冰崩涌浪作用下的冰湖潰決過(guò)程試驗(yàn)研究

阮合春, 陳華勇*, 陳曉清, 趙萬(wàn)玉, 陳劍剛, 李霄, 俞昀晗

(1.中國(guó)科學(xué)院山地災(zāi)害與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都 610299; 2.中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所, 成都 610299; 3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

全球氣候變暖致使冰川強(qiáng)烈消融退化[1],在水量供給上增加了冰湖潰決風(fēng)險(xiǎn)[2];同時(shí),冰崩也呈增加趨勢(shì);由冰崩形成的涌浪演進(jìn)至壩體后,對(duì)壩體的穩(wěn)定性構(gòu)成嚴(yán)重威脅[3]。例如:1988 年7月15日米堆溝冰湖潰決型泥石流堵塞帕隆藏布江,潰決洪水危及下游97 km 外的波密縣城,川藏線中斷長(zhǎng)達(dá)半年之久[4];2013年7月5日然則日阿錯(cuò)冰湖發(fā)生潰決,潰決洪水致使嘉黎縣忠玉鄉(xiāng)大面積受災(zāi),受災(zāi)人數(shù)達(dá)1 160人,大量交通、房屋、農(nóng)田被沖毀,直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)2.7億元[5]。

目前,在滑坡型堰塞壩潰決方面取得了大量研究成果,包括壩體潰決過(guò)程[6-7]、潰決流量預(yù)測(cè)[8]、壩體內(nèi)部孔壓變化[9]等,但滑坡型堰塞壩與冰磧壩在形成過(guò)程、幾何形態(tài)、壩體內(nèi)部組成、結(jié)構(gòu)特征、運(yùn)行狀況、潰決激發(fā)因素等方面存在顯著差別,因此,這些成果難以應(yīng)用于冰磧壩中。揭示冰崩涌浪作用下冰磧壩的潰決過(guò)程與機(jī)理是對(duì)冰湖潰決災(zāi)害進(jìn)行準(zhǔn)確風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的關(guān)鍵前提條件。在冰湖潰決方面,劉威等[10]將滑坡誘發(fā)冰湖潰決災(zāi)害鏈危害劃分為滑坡運(yùn)動(dòng)、涌浪傳播、冰湖潰決和洪水傳播4個(gè)階段,對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行了模擬,但滑坡涌浪與冰崩涌浪存在很大差別,并且模擬洪峰流量過(guò)程中采用了傳統(tǒng)的滑坡壩經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?并不適用于一般的冰磧壩。郝盛藍(lán)[11]通過(guò)物理模擬實(shí)驗(yàn)研究了冰塊落入冰湖后產(chǎn)生涌浪高度的沿程衰減規(guī)律,但并未涉及冰磧壩的潰決等相關(guān)內(nèi)容。Bazai等[12]以庫(kù)爾多平冰川(喀喇昆侖)為例,闡明了冰崩涌浪的關(guān)鍵行為特征,使用冰湖潰決洪水?dāng)?shù)據(jù)集研究了1880—2020年以19～20 a間隔發(fā)生的與Khurdopin冰川相關(guān)的7次浪涌周期性規(guī)律,但并未涉及冰崩涌浪激發(fā)冰磧壩潰決的動(dòng)力過(guò)程。Majeed等[13]使用水動(dòng)力學(xué)模型HEC-RAS進(jìn)行了2014年Gya冰湖潰決洪水的重建和潛在危險(xiǎn)評(píng)估,但并未研究冰磧壩的潰決過(guò)程及誘因等內(nèi)容。周路旭等[14]通過(guò)模擬建立數(shù)學(xué)模型,推算出以冰磧湖湖寬和湖長(zhǎng)為變量的冰湖體積表達(dá)式,并利用龍巴薩巴冰湖進(jìn)行案例驗(yàn)算,驗(yàn)證了公式的有效精確性。以上研究均未對(duì)冰崩涌浪引起的冰磧壩潰決過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。

隨著人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)不斷向山區(qū)延伸,特別是眾多關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的重大工程(如在建的川藏鐵路、雅魯藏布江梯級(jí)水電工程等)不斷向高寒山區(qū)展布,冰湖潰決洪水及致災(zāi)區(qū)與重大工程布置區(qū)和山區(qū)城鎮(zhèn)布局高度重疊。因此,開展冰崩涌浪作用下冰湖潰決過(guò)程及機(jī)理的研究,為冰湖潰決的防災(zāi)減災(zāi)提供參考顯得尤為重要。通過(guò)水槽模型試驗(yàn),研究在冰崩涌浪作用下,不同顆粒級(jí)配、壩高、下游壩坡坡度時(shí)冰磧壩的潰決模式和過(guò)程,分析冰崩涌浪對(duì)冰磧壩潰決的影響以及潰決峰值流量的變化規(guī)律,從動(dòng)力學(xué)的角度提出冰磧壩漫頂潰決臨界條件的判別方法。

1 研究方法

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)院、水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所的實(shí)驗(yàn)大廳內(nèi)進(jìn)行。整個(gè)試驗(yàn)裝置主要由水池、主水槽、廢料池、滑板4個(gè)部分組成,均為鋼結(jié)構(gòu)(圖1)。

圖1 試驗(yàn)裝置Fig.1 Experimental apparatus

水池尺寸為1.5 m(長(zhǎng))×1.0 m(寬)×1.0 m(高),可通過(guò)進(jìn)水閥調(diào)節(jié)上游來(lái)水流量,最大供水流量為4.0 L/s,用于充當(dāng)冰湖的庫(kù)盆。主水槽長(zhǎng)4 m、寬0.4 m、高0.4 m,縱坡為1°,用于模擬天然河道。水槽兩側(cè)為全透明的鋼化玻璃,并貼有1 cm×1 cm的全透明高清網(wǎng)格紙,通過(guò)水槽兩側(cè)的全透明鋼化玻璃,可以直接觀測(cè)到水槽內(nèi)的試驗(yàn)現(xiàn)象,尤其是潰口的縱向演化過(guò)程和潰口水流的水力特性等。尾料池長(zhǎng)1.0 m、寬1.0 m、高0.8 m,用于回收廢料。冰磧壩按設(shè)計(jì)形狀布置于水池末端,即水槽的首端?；宀贾糜谒氐氖锥?長(zhǎng)2.0 m,寬0.4 m,坡度為25°,滑塊為邊長(zhǎng)為20 cm的立方體,在滑板上的滑動(dòng)距離為1.2 m,為了保證每一次試驗(yàn)時(shí),滑塊入水時(shí)的沖擊面相同,在滑板中安裝了一個(gè)寬度為22 cm的滑軌,避免滑塊在滑動(dòng)過(guò)程中發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)過(guò)程中用到試驗(yàn)所需設(shè)備主要為智能數(shù)字壓力傳感器、流量計(jì)、4 K攝像機(jī)、彩色示蹤小球、土工實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)篩、激光粒度儀、攪拌車等。智能數(shù)字壓力傳感器用于監(jiān)測(cè)孔隙水壓力以及水位。型號(hào)為DY202,測(cè)量精度為0.1%,最大量程為20 kPa,過(guò)載能力為150%;將傳感器布置于壩前,可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上游水位的變化,進(jìn)一步采用水量平衡方程,可計(jì)算得到潰決流量的變化過(guò)程,同時(shí)還可監(jiān)測(cè)動(dòng)水壓力。4 k攝像機(jī)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冰磧壩的潰決過(guò)程,幀率為25幀/s,實(shí)驗(yàn)所需的4個(gè)攝像機(jī)分別布置于壩頂、壩體左側(cè)、壩體下游、水池左側(cè),見圖1。土工實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)篩和激光粒度儀用于測(cè)量壩體的顆粒級(jí)配。攪拌車用于制備壩體材料,保證壩體的均質(zhì)性。

1.3 方案設(shè)計(jì)

為了研究不同影響因子對(duì)冰崩涌浪作用下冰磧壩的潰決機(jī)理,選取了顆粒級(jí)配、壩高、下游壩坡坡度3個(gè)變量;其中,顆粒級(jí)配考慮了5種工況,含兩種極端工況:高細(xì)顆粒含量(GSD01)、高粗顆粒含量(GSD02),粗細(xì)含量以1.0 mm為區(qū)分界限,顆粒級(jí)配曲線見圖2;壩高考慮了5種工況(壩高分別為10、15、20、25、30 cm),下游壩坡坡度考慮了6種工況(坡度分別為20°、25°、30°、35°、40°、45°),共16種工況,試驗(yàn)采用控制變量法進(jìn)行,詳見表1。上游壩坡坡度為35°,來(lái)水流量為0.3 L/s,壩頂寬度為10 cm,壩體初始含水量為3.5%。為了觀測(cè)潰口的下切過(guò)程及潰口水力特性,在冰磧壩壩頂最左側(cè)人為開挖一個(gè)深4 cm、寬5 cm的初始潰口,引導(dǎo)潰口發(fā)生單向側(cè)蝕,詳見圖3。此外,為了讓試驗(yàn)更加接近實(shí)際情況,在堆筑壩體時(shí),均未對(duì)土體進(jìn)行壓實(shí),僅將土料放置于設(shè)計(jì)位置后對(duì)土體進(jìn)行輕微修飾成設(shè)計(jì)形狀。試驗(yàn)時(shí),在壩體剛開始溢流時(shí)開始釋放冰滑塊。

表1 試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)Table 1 Design of experimental schemes

圖2 冰磧壩顆粒級(jí)配曲線Fig.2 Grain gradation curve of moraine dams

H為壩高;α為下游壩坡坡度

如圖3所示,為了監(jiān)測(cè)涌浪對(duì)壩體的作用,在上游壩坡中部布設(shè)了一個(gè)水壓傳感器(2#),用于監(jiān)測(cè)涌浪給壩體提供的外部荷載。此外,還在壩體上游水面波動(dòng)較小的區(qū)域(上游壩腳角隅處)布設(shè)了一個(gè)水位傳感器(1#),用于監(jiān)測(cè)庫(kù)水位的變化,進(jìn)而根據(jù)水量平衡方程計(jì)算潰決流量。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 冰磧壩潰決模式

根據(jù)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),在冰崩涌浪的激發(fā)作用下,冰磧壩的潰決出現(xiàn)了漫頂溢流潰決,壩坡失穩(wěn)、管涌破壞3種模式,占比分別為68.75%、25.0%、6.25%,不同試驗(yàn)方案的潰決模式見圖4。

圖4 冰磧壩的潰決模式Fig.4 The modes of moraine dam failure

在蓄水過(guò)程中,隨水位的不斷上升,雖然壩體內(nèi)仍存在明顯的滲流,并在下游坡面上形成了濕潤(rùn)區(qū)[圖4(a)],但壩體并未發(fā)生滲透破壞,即使在水位蓄滿和發(fā)生冰崩涌浪后仍處于穩(wěn)定狀態(tài),壩體是以過(guò)壩水流逐漸侵蝕下游坡面和壩頂土體顆粒材料而潰決的[圖4(a)],這種潰決模式稱為漫頂潰決,也是最常見的一種潰決模式。

對(duì)于壩體細(xì)顆粒含量較少的壩體,如工況G02,壩體具有較高的滲透系數(shù),在水位上升過(guò)程中,滲流不斷將大顆粒之間的細(xì)顆粒帶走,滲流通道不斷發(fā)展擴(kuò)大,致使通道上部土體的穩(wěn)定性急劇下降[圖4(b)],當(dāng)滲流通道發(fā)展到一定程度或者在上游冰崩涌浪的瞬時(shí)荷載作用下,下游壩坡會(huì)發(fā)生整體失穩(wěn),最終導(dǎo)致壩體潰決,放大潰決流量,這種潰決模式稱為管涌破壞。

與漫頂潰決和管涌破壞不同的是,當(dāng)壩體顆粒級(jí)配較為均勻(即細(xì)顆粒不能通過(guò)較大顆粒的空隙中流出)時(shí),在滲流力作用下,下游坡面的坡腳處會(huì)出現(xiàn)流土破壞,從而導(dǎo)致局部土體的流失,削弱了下游壩坡的穩(wěn)定性,最終在蓄水過(guò)程中或者在上游冰崩涌浪的瞬時(shí)荷載作用下發(fā)生了下游壩坡失穩(wěn)破壞[圖4(c)]。另外,即使下游坡面沒有發(fā)生流土,僅在浸潤(rùn)線升高和涌浪瞬時(shí)荷載作用下,壩體也可能發(fā)生下游壩坡的失穩(wěn)破壞,最終導(dǎo)致壩體潰決,工況S05就屬于該種潰決模式。

2.2 冰磧壩潰決過(guò)程

冰磧壩的潰決過(guò)程是一個(gè)多因素共同作用的結(jié)果,因其黏粒含量很低,潰決過(guò)程中不像泥石流壩和部分滑坡壩一樣存在明顯的溯源侵蝕,而是壩頂和下游壩坡同時(shí)被過(guò)壩水流侵蝕下切,潰口的縱向演化全過(guò)程并無(wú)明顯的特征轉(zhuǎn)化,潰決歷時(shí)也相對(duì)較短;但冰崩涌浪形成初期對(duì)壩體的侵蝕促進(jìn)作用較為顯著,涌浪形成后期(即涌浪急劇削弱后)的侵蝕過(guò)程類似庫(kù)區(qū)靜水溢流侵蝕。因此,根據(jù)冰崩涌浪對(duì)壩體的侵蝕效應(yīng),結(jié)合潰口的縱向演化過(guò)程,將冰磧壩的潰決過(guò)程劃分為兩個(gè)階段:涌浪侵蝕階段(階段Ⅰ)、庫(kù)區(qū)小擾動(dòng)溢流侵蝕階段(階段Ⅱ),其中階段Ⅱ中包含了潰口的快速下切和衰退兩個(gè)過(guò)程?，F(xiàn)以工況G03為例進(jìn)行解釋。

通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試得到了工況G03漫頂潰決的潰口縱向和橫向演化過(guò)程(圖5、圖6),t=0 s是指壩體剛開始溢流的時(shí)刻,隨后在上游施加冰滑塊激發(fā)涌浪。

圖5 冰磧壩的潰口縱向演化過(guò)程(工況G03)Fig.5 Longitudinal evolution process of the moraine dam failure (G03)

圖6 冰磧壩潰口橫向展寬演化過(guò)程(工況G03)Fig.6 Lateral Evolution process of the moraine dam failure (G03)

t=0～40 s為涌浪侵蝕階段(階段Ⅰ)。在此階段,涌浪波強(qiáng)烈,具有強(qiáng)水動(dòng)力條件的涌浪爬高翻過(guò)壩體后對(duì)壩頂及下游壩坡產(chǎn)生嚴(yán)重侵蝕[圖5(b)、圖6(b)],迅速擴(kuò)大潰口。在此階段末,涌浪波已嚴(yán)重衰減,在壩前已不明顯[圖5(c)、圖6(c)]。此外,此階段中潰口的橫向展寬過(guò)程不明顯,因潰口高度較低,發(fā)生側(cè)向坍塌的概率較低。

t=40～105 s為庫(kù)區(qū)小擾動(dòng)溢流侵蝕階段(階段Ⅱ)。在此階段中,由于涌浪波已不再明顯,涌浪對(duì)潰決過(guò)程的貢獻(xiàn)微弱,但由于涌浪在階段Ⅰ中擴(kuò)大了潰口,形成了一個(gè)暢通的潰決通道,在階段Ⅱ中仍能正常潰決,只是此時(shí)的潰決過(guò)程基本等同于沒有涌浪時(shí)的溢流潰決過(guò)程,潰口快速下切和展寬[圖5(c)、圖5(d)、圖6(c)、圖6(d)],并且伴隨著潰口邊坡的間歇性坍塌[圖6(c)],洪峰流量也出現(xiàn)在本階段。在此階段末,潰口發(fā)展基本恒定,潰決流量趨于來(lái)水流量(0.3 L/s)。

2.3 冰崩涌浪對(duì)冰磧壩潰決的影響

為了進(jìn)一步分析涌浪對(duì)冰磧壩潰決過(guò)程的影響,選取A、B、C、D、E共5個(gè)斷面[圖7(a)]研究涌浪波過(guò)壩時(shí)的水深h、水流流速v和侵蝕率E,其中,侵蝕率是指單位時(shí)間內(nèi)的侵蝕深度。

當(dāng)涌浪形成初期,每一波涌浪之間存在明顯的界限,如工況G03[圖7(b)～圖7(d)],t=23 s時(shí)剛好為第一波涌浪形成前1 s[圖7(b)],t=24 s時(shí)第一波涌浪形成并翻越壩頂[圖7(c)],t=25 s時(shí)第一波涌浪結(jié)束[圖7(d)],也剛好為第二波涌浪的開始,即第一波涌浪共持續(xù)了2 s。通過(guò)視頻錄像提取了每個(gè)斷面位置處第一波涌浪歷時(shí)內(nèi)及涌浪產(chǎn)生前的平均水深、平均流速和平均侵蝕率,結(jié)果如圖8所示。

圖8 第一波涌浪在不同斷面處的動(dòng)力學(xué)參數(shù)變化(工況G03)Fig.8 Variation of dynamic parameters of the first surge at different sections (G03)

從圖8中可以看出,涌浪產(chǎn)生前的斷面平均水深、潰口平均流速、平均侵蝕率明顯小于涌浪產(chǎn)生后。表明涌浪的作用加快了壩體的侵蝕,促進(jìn)了壩體的潰決過(guò)程。

圖9為工況G03上游壩面中部(測(cè)點(diǎn)2#)階段Ⅰ的水壓變化過(guò)程,從圖9中可以看出,在涌浪產(chǎn)生前測(cè)點(diǎn)2#的水壓力在0.62 kPa左右,涌浪產(chǎn)生后形成了較大的瞬時(shí)荷載作用于壩體上,如第一波涌浪在測(cè)點(diǎn)2#處產(chǎn)生的最大水壓力達(dá)到0.88 kPa,為無(wú)涌浪時(shí)測(cè)點(diǎn)2#處水壓的1.35倍,這種在涌浪傳播期提供的水壓力作用于壩體上,必將大幅削減壩體的穩(wěn)定性。

圖9 上游壩面中部(測(cè)點(diǎn)2#)階段Ⅰ的水壓變化過(guò)程(G03)Fig.9 Change process of water pressure in the middle of upstream dam face (measuring point 2 #) in stage Ⅰ(G03)

綜上所述,冰崩涌浪對(duì)冰磧壩潰決的影響主要有兩方面:一方面,涌浪過(guò)壩后的強(qiáng)水動(dòng)力條件增加了壩體的侵蝕率,壩體的初始潰口發(fā)展加快,促進(jìn)了壩體的潰決,當(dāng)潰口貫通后,涌浪已基本消散,為正常的溢流潰決;另一方面,涌浪提供的瞬時(shí)荷載,減小了壩體的穩(wěn)定性,易導(dǎo)致壩體失穩(wěn)潰決。

2.4 冰磧壩潰決臨界條件

壩體潰決是一個(gè)壩體顆粒材料與過(guò)壩水流相互作用的復(fù)雜過(guò)程,二者共同決定了壩體發(fā)生潰決的臨界條件。因壩體含有多種粒徑組成,按以往分析壩體單顆粒的起動(dòng)條件作為壩體潰決臨界條件的方法與實(shí)際情況存在較大差距。從土體侵蝕的角度來(lái)分析壩體的臨界潰決條件,當(dāng)壩體侵蝕率E<0時(shí),壩體不會(huì)發(fā)生漫頂潰決;侵蝕率E>0時(shí),壩體會(huì)發(fā)生漫頂潰決;侵蝕率E=0時(shí),壩體處于臨界潰決狀態(tài)。

在計(jì)算侵蝕率時(shí),通常都從動(dòng)力學(xué)的角度,考慮水流剪切力τ與土體臨界剪切力τc的平衡條件來(lái)構(gòu)建經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式,以下線性關(guān)系的侵蝕率模型被廣泛應(yīng)用于堰塞壩的潰口發(fā)展侵蝕計(jì)算中[15-16],表達(dá)式為

E=k(τ-τc)

(1)

式(1)中:k為侵蝕率系數(shù);τ為水流剪切力,Pa;τc為土體的臨界剪切力,Pa。

水流剪切力τ采用式(2)計(jì)算[17-19],表達(dá)式為

(2)

式(2)中:ρw為水的密度,取1.0 g/cm3;g為重力加速度,取9.81 m/s2;h為平均水深,m;v為潰口流速,m/s;n為曼寧系數(shù),可用式(3)進(jìn)行計(jì)算[20-21],表達(dá)式為

(3)

式(3)中:D50為土體質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑大小,即中值粒徑;An是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù),對(duì)于小比尺室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn),An=16,對(duì)于原型或大比尺模型實(shí)驗(yàn),An=12[20]。

臨界切應(yīng)力τc采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[22-23],表達(dá)式為

(4)

式(4)中:g為重力加速度,取9.81 m/s2;ρs為土體顆粒密度,g/cm3;φ為內(nèi)摩擦角,(°)。

已有研究表明,侵蝕率系數(shù)k均大于0[21,24], 故當(dāng)(τ-τc)>0時(shí),壩體會(huì)發(fā)生漫頂潰決;當(dāng)(τ-τc)<0時(shí),壩體不會(huì)發(fā)生漫頂潰決;當(dāng)(τ-τc)=0時(shí),壩體處于臨界狀態(tài)。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試,采用式(1)～式(4)計(jì)算了5種不同顆粒級(jí)配試驗(yàn)工況的臨界剪切力(τc)和水流剪切力(τ),計(jì)算結(jié)果見表2?？梢钥闯龉rG01～G05的(τ-τc)均大于0,判定為壩體會(huì)發(fā)生漫頂潰決,與試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果一致。

表2 冰崩涌浪作用下冰磧壩漫頂潰決判別的計(jì)算結(jié)果Table 2 Calculation results of judgment of overtopping break of moraine dam under the action of glacier avalanche surge

2.5 冰磧壩潰決洪峰流量

潰決峰值流量作為潰壩問(wèn)題中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù),直接決定了下游的災(zāi)害程度。通過(guò)試驗(yàn)得到了所有試驗(yàn)工況下冰磧壩的潰決峰值流量Qp(圖10)。

圖10 不同影響因素下的潰決洪峰流量Fig.10 Peak discharge under different influencing factors

從圖10中可以看出,隨壩高和下游壩坡的增加,冰湖潰決洪峰流量逐漸增加,且呈線性相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.989、0.958,原因在于壩高的增加,加大了潛在下泄水體的體積和水體勢(shì)能;下游壩坡的增大,減小了可被水體侵蝕的泥沙量,導(dǎo)致侵蝕速率不斷加快。隨壩體中值粒徑(D50)的增加,顆粒起動(dòng)所需的水動(dòng)力條件加大,故潰決洪峰流量逐漸較小,但幅度逐漸變小。

3 結(jié)論

通過(guò)水槽模型試驗(yàn),研究了在冰崩涌浪作用下,不同顆粒級(jí)配、壩高、下游壩坡坡度對(duì)冰磧壩潰決過(guò)程的影響,主要結(jié)論如下。

(1)在冰崩涌浪的激發(fā)作用下,冰磧壩的潰決出現(xiàn)了漫頂潰決,壩坡失穩(wěn)、管涌破壞3種模式,占比分別為68.75%、25.0%、6.25%。

(2)根據(jù)冰崩涌浪對(duì)壩體的侵蝕效應(yīng),結(jié)合潰口的縱向演化過(guò)程,將冰磧壩的潰決過(guò)程劃分為兩個(gè)階段:涌浪侵蝕階段(階段Ⅰ)、庫(kù)區(qū)小擾動(dòng)溢流侵蝕階段(階段Ⅱ),其中階段Ⅱ中包含了潰口的快速下切和衰退兩個(gè)過(guò)程。

(3)冰崩涌浪對(duì)冰磧壩潰決過(guò)程的影響主要有兩方面:一方面,涌浪過(guò)壩后的強(qiáng)水動(dòng)力條件增加了壩體的侵蝕率,壩體的初始潰口發(fā)展加快,促進(jìn)了壩體的潰決,當(dāng)潰口貫通后,涌浪已基本消散,潰決過(guò)程轉(zhuǎn)為為正常的溢流潰決;另一方面,涌浪提供了作用于壩體的高頻瞬時(shí)荷載,減小了壩體的穩(wěn)定性,易導(dǎo)致壩體失穩(wěn)潰決。

(4)考慮水流剪切力τ與土體臨界剪切力τc的平衡條件,提出了冰磧壩漫頂潰決臨界條件的判別方法。

(5)冰湖潰決洪峰流量與壩高和下游壩坡呈現(xiàn)正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.989、0.958,與壩體中值粒徑(D50)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.991。