地震涌浪机理及冰碛堰塞湖溃决风险研究
对于由松散堆积体构成的冰碛坝,在地震涌浪作用下存在溃决的风险。但冰碛堰塞湖大多分布在高寒、高海拔地区,相关记录较少,远不如人工水坝等建筑受到重视,而地震涌浪的量级对于人工水坝一般不会造成严重威胁,因此,地震涌浪的研究相对较少。十三五规划中已提上日程的川藏铁路将经过藏东南的帕隆藏布流域,该区域现代季风海洋性冰川分布密集、规模大,冰湖溃决风险较大。地震涌浪作为冰湖溃决的一个重要致灾因子,其影响因素以及波浪特征亟待研究。
本文主要从以下几个方面对地震涌浪进行了研究:(1)在对国内外地震涌浪以及类似涌浪的研究现状调查基础上,选择Chen Bang-Fuh等人的提出地震涌浪模型,对其采取静水假设,得到模拟地震涌浪的浅水波模型,并采用有限差分法获得数值解。通过与Sato模型和Demirel&Aydin模型对比分析,对本文模型的合理性与准确性进行验证,分别在不同地震波、不同地震峰值加速度以及不同水深条件下进行了对比。利用本文数值模拟结果给出了地震涌浪最大浪高的预测公式。(2)开展振动台水箱模拟实验,研究矩形水箱中水体在地震作用下的涌浪特征。
分别分析了地震波形、地震峰值加速度、水深以及不同位置对地震涌浪最大浪高的影响。将
模拟实验结果与文本提出的数值模型计算结果进行对比分析,并根据实验结果对第2章中提出的预测公式进行了修正,修正后的经验公式计算结果与数值模拟结果以及实验测量结果均能保持较好的一致性。(3)针对考虑底部不平整效应的地震涌浪,开展振动台水箱模拟实验,通过在规则几何水箱模型底部安装木条模拟不平整底部。从能量的角度分析了不平整底部振动时,底部能量的产生、传递以及耗散。
利用模拟实验结果分别分析了地震峰值加速度,水深以及底部不平整高度对考虑底部效应的地震涌浪最大浪高的影响。最后结合第3章中的地震涌浪最大浪高的经验公式以及第4章中涌浪最大浪高增幅的特征给出了考虑底部效应的地震涌浪最大浪高的预测公式。(4)考虑地震涌浪产生过程中,同时发生地震触发滑坡入水这一现象,开展关于地震-滑坡复合涌浪的振动台水箱模拟实验。分别讨论了地震峰值加速度、水深、滑块入水速度以及滑块体积对复合涌浪峰值的影响,基于振动台实验结果和第3章中的地震涌浪经验公式建立了地震-滑坡复合涌浪峰值与相关参数之间的统计模型。
(5)结合蒋忠信等人给出的冰碛湖漫溢型溃决判据与本文中提出的不同条件下的地震涌浪计算方法,给出了地震效应下的冰湖溃决风险评估程式。此外,利用李斯特万公式,谢任之公式
以及黄河水利委员会水利科学研究所的计算公式等方法,给出了溃决洪水演进计算的程式。利用以上冰湖溃决风险评估程式以及以及溃决洪水演进程式对米堆冰湖溃决案列进行计算。针对西藏地区冰湖溃决引发的溃决洪水在下游造成的灾害主要为水毁灾害这一情况,提出相应的防治原则与减灾对策。
