一种堰塞坝几何形态参数的预测方法技术

本发明专利技术公开了一种堰塞坝几何形态参数的预测方法，包括：获取物理参数及地形地貌参数建立堰塞坝形成过程的计算模型；分析滑坡体积量、滑动面倾角、滑坡体自然休止角和滑坡体速度对堰塞坝几何形态参数的影响获得所述拟合公式。获取潜在滑坡体的分布位置与进入河谷的体积量，基于所述分布位置与所述进入河谷的体积量，获得单位时间内进入河谷的体积量；对比所述进入河谷的体积量与河流流量，判断堰塞坝是否可能形成；获取潜在滑坡体与潜在堰塞坝的状态参数；基于所述几何公式、潜在滑坡体与潜在堰塞坝的状态参数，对堰塞坝的几何形态参数进行预测。本发明专利技术可提前预测潜在可能形成的堰塞坝几何形态，为山区堰塞坝地质灾害的预测预警提供新方法。警提供新方法。警提供新方法。

【技术实现步骤摘要】
一种堰塞坝几何形态参数的预测方法


[0001]本专利技术属于堰塞坝地质灾害防灾减灾领域，特别是涉及一种堰塞坝几何形态参数的预测方法。

技术介绍

[0002]由岩崩、滑坡和泥石流引起的滑坡堰塞坝是全球高山峡谷地区常见的地质灾害。滑坡堰塞坝的稳定性变化很大，其寿命从几小时到几年不等。一旦滑坡堰塞坝溃决，会引起灾难性的洪水，对下游人民和其财产构成重大威胁。例如，2008年中国汶川地震时，堰塞湖堰坝崩塌严重威胁了下游近100万人的生命。2018年在中国形成的白格滑坡堰塞坝直接造成了150亿元的经济损失。研究表明，滑坡堰塞坝的形成过程可以影响坝体的几何形状，进而影响堰塞湖蓄水容量，从而进一步影响潜在洪水灾害的规模。由此可见，滑坡堰塞坝的三维几何形状是其灾害防治的关键参数，总结为如下三个方面。首先，滑坡堰塞坝高度决定了堰塞湖库容量。其次，滑坡堰塞坝的稳定性通常受其几何形状的影响。第三，滑坡堰塞坝的几何形状是评估因坝体破坏造成溃决洪水流量的关键先决条件。因此，若在确定潜在滑坡可能发生后，即预测可能的滑坡堰塞坝的三维几何形状，将为滑坡堰塞坝灾害的预测和预警提供关键技术支撑。然后，目前这类预测方法考虑的影响因素不足，造成预测结果不准确。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种堰塞坝几何形态参数的预测方法，以解决上述现有技术存在的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种堰塞坝几何形态参数的预测方法，包括：
[0005]获取滑坡体的物理力学参数及地形高程参数建立堰塞坝形成过程的数值分析计算模型；
[0006]基于所述数值分析计算模型，采用数据模拟分析滑坡体积量、滑动面倾角、滑坡体自然休止角和滑坡体速度对堰塞坝几何形态参数的影响获得拟合公式；
[0007]获取潜在滑坡体的分布位置与进入河谷的体积量，基于所述分布位置与所述进入河谷的体积量，获得单位时间内进入河谷的体积量；
[0008]对比所述进入河谷的体积量与河流流量，判断堰塞坝是否形成；
[0009]若堰塞坝能够形成，则基于所述拟合公式、潜在滑坡体与潜在堰塞坝的状态参数，对潜在滑坡体对应形成的堰塞坝的几何形态参数进行预测。
[0010]可选的，采用光滑流体动力学方法构建堰塞坝形成过程的计算模型，其中，滑动面与河床分别采用不考虑变形的刚体模拟，滑坡体颗粒采用考虑摩尔库伦的本构模型进行模拟。
[0011]可选的，获得单位时间内进入河谷的体积量的过程包括：
[0012]确认滑坡体的质心位置，基于所述质心位置、进入河谷的体积量获得计算滑坡体
滑动速度，并进一步获得滑动时间，根据滑动时间与进入河谷的体积量，获得单位时间滑坡体的入水量。
[0013]可选的，若滑坡单位时间入河谷的体积量是河流流量的预设倍数，则认为可能形成堰塞坝；反之，则认为不能形成堰塞坝。
[0014]可选的，所述潜在滑坡体的状态参数包括：潜在滑坡体的位置、自然休止角、体积量、宽度、潜在滑动面的位置和倾角；
[0015]获取潜在堰塞坝的状态参数包括：堰塞坝所在区域的河流流量、河谷的左右岸坡角、河谷的底部宽度及河床倾角。
[0016]可选的，所述拟合公式包括堰塞坝最大坝宽预测公式、堰塞坝坝长预测公式、堰塞坝最大坝高预测公式、堰塞坝最低坝高预测公式；
[0017]其中，堰塞坝最大坝宽预测公式表示为：
[0018][0019]式中，w
max
是堰塞坝最大坝宽，V是滑坡体入江的体积量，v是滑坡体的滑动速度，l是堰塞坝坝长，α是滑动面倾角，θ是河床倾角，是滑坡体的自然休止角，g是重力加速度。
[0020]可选的，堰塞坝坝长预测公式表示为：
[0021][0022]式中，l是堰塞坝的坝长，b是河谷底宽，φ
l
和φ
r
分别是河谷左右岸坡角。
[0023]可选的，堰塞坝最大坝高预测公式表示为：
[0024][0025]式中，h
max
表示堰塞坝的最大坝高。
[0026]可选的，堰塞坝最低坝高预测公式表示为：
[0027][0028]式中，h
min
表示堰塞坝的最低坝高。
[0029]本专利技术的技术效果为：
[0030]本方法根据潜在滑坡体的状态，可提前判断堰塞坝是否形成以及形成的堰塞坝几何形态，弥补了堰塞坝几何形态预测模型经验公式的空缺，为山区堰塞坝地质灾害的预测预警提供新方法。
附图说明
[0031]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0032]图1为本专利技术实施例中的堰塞坝几何形态参数预测方法的流程图；
[0033]图2为本专利技术实施例中的基于光滑流体动力学方法的堰塞坝形成过程模拟结果；
[0034]图3为本专利技术实施例中的堰塞坝最大坝宽、最大坝高和最小坝高表达式的拟合结果图，其中，(a)最大坝高,(b)最小坝高,(c)最大坝宽。
具体实施方式
[0035]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0036]需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0037]实施例一
[0038]如图1
‑
3所示，本实施例中提供一种堰塞坝几何形态参数的预测方法，包括：
[0039]S1：获取滑坡体的物理力学参数及地形高程参数建立堰塞坝形成过程的数值分析计算模型；
[0040]S2：数值模拟分析滑坡体积量、滑动面倾角、滑坡体自然休止角和滑坡体速度对堰塞坝形态特征的影响，建立上述关系物理量的定量关系式；
[0041]S3：通过地质勘察，查明潜在滑坡体的位置、自然休止角、体积量、宽度、潜在滑动面的位置和倾角，并进行记录；如果发现斜坡上有裂缝，或者斜坡发生了位移，就认为这个斜坡是潜在的滑坡。
[0042]S4：通过地质勘察，查明可能的堰塞坝所在区域的河流流量、河谷的左右岸坡角、河谷的底部宽度以及河床倾角；
[0043]S5：对比滑坡单位时间入河谷的体积量和河水流量，判断是否可能形成堰塞坝；
[0044]S6：若判断堰塞坝可能形成，则按照本专利技术提供的计算公式，预测堰塞坝几何形态参数。
[0045]本实施方案中，S1中采用光滑流体动力学方法建立了堰塞坝形成过程的计算模型，滑动面与河床分别采用不考虑变形的刚体模拟，滑坡体颗粒采用考虑摩尔库伦的本构模型进行模拟。图2给出了基于光滑流体动力学方法的堰塞坝形成过程模拟结果。
[0046]滑动面和滑床采用刚体模拟，不考虑变形，可以提高计算效率；滑坡体颗粒采用摩尔库伦的本构模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种堰塞坝几何形态参数的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取滑坡体的物理力学参数及地形高程参数建立堰塞坝形成过程的数值分析计算模型；基于所述数值分析计算模型，采用数据模拟分析滑坡体积量、滑动面倾角、滑坡体自然休止角和滑坡体速度对堰塞坝几何形态参数的影响获得拟合公式；获取潜在滑坡体的分布位置与进入河谷的体积量，基于所述分布位置与所述进入河谷的体积量，获得单位时间内进入河谷的体积量；对比所述进入河谷的体积量与河流流量，判断堰塞坝是否形成；若堰塞坝能够形成，则基于所述拟合公式、潜在滑坡体与潜在堰塞坝的状态参数，对潜在滑坡体对应形成的堰塞坝的几何形态参数进行预测。2.根据权利要求1所述的堰塞坝几何形态参数的预测方法，其特征在于，采用光滑流体动力学方法构建堰塞坝形成过程的计算模型，其中，滑动面与河床分别采用不考虑变形的刚体模拟，滑坡体颗粒采用考虑摩尔库伦的本构模型进行模拟。3.根据权利要求1所述的堰塞坝几何形态参数的预测方法，其特征在于，获得单位时间内进入河谷的体积量的过程包括：确认滑坡体的质心位置，基于所述质心位置、进入河谷的体积量获得计算滑坡体滑动速度，并进一步获得滑动时间，根据滑动时间与进入河谷的体积量，获得单位时间滑坡体的入水量。4.根据权利要求1所述的堰塞坝几何形态参数的预测方法，其特征在于，若滑坡单位时间入河谷的体积量是河流流量的预设倍数，则认为可能形成堰塞坝；反之，则认为不能形成堰塞坝。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴昊，钟启明，邓曌，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：