姚 朗

(三峡大学科技学院，湖北宜昌 443002)

0 引言

水库大坝的修建为人类带来了巨大的经济效益和社会效益，如防洪、发电、灌溉等，然而一旦溃坝将产生巨大的危害。尤其从1958年大跃进开始到20世纪70年代中期，我国各地掀起建坝高潮，高坝大库不断出现，但与此同时，也出现了一部分“三边”工程，导致现今存在大量病险库坝。根据水利部门的水库统计，截止2002年，病险水库占水库总数的30%～40%，数量仍然较大［1］。有些水库位于城市和人口密集地区河流的上游，特别是小型水库分布广，遍布全国各地，尤其是铁路沿线交叉河流上游的小型水库。国内外已经进行了一系列土石坝漫顶溃坝机理研究的现场或室内试验［2-4］，本文建立基于溃坝机理的数值模拟，为建立溃坝灾害预警体制提供了前提条件。

1 溃口发展模拟

1.1 溃口连续冲刷扩展

水流在漫顶之后，由于水流的连续冲刷，首先在坝体下游坡面中线处产生矩形冲槽，输沙公式选择的合理性将大大影响下游坡面冲槽冲刷变化计算的准确性。

采用 Smart［5］输沙公式计算坝体冲刷率 qb，即:

其中，qb为单宽输沙体积，m2s;φ为无量纲的输沙率;g为重力加速度;s为泥沙密度与水密度的比值;d为平均粒径，mm。

根据计算出的单宽输沙体积及坝顶溃口与下游坡面冲槽的形状关系，计算Δt时间内坝体下游坡面冲槽连续冲刷深度ΔD2、溃口底部宽度变化ΔBm及溃口顶部宽度变化ΔBn(见图1，图2)。

图1 溃口及冲槽示意图

图2 坝顶溃口与坝体下游坡面冲槽图

1.2 溃口边坡间断坍塌扩展

在溃口不断加深加宽的同时，由于水流和坝体土体性质的影响，溃口边坡将可能失去稳定，发生间断性坍塌。……