凌汛期堤防漫顶溃口破坏规律断面模型试验Ⅰ：黏性土堤

刘 昉， 周世佳， 戚园春， 吴敏睿， 张 剑， 徐国宾

(1.天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室， 天津 300354； 2.天津大学前沿技术研究院有限公司， 天津 301700)

1 研究背景

凌汛是地处较高纬度地区的河流特有的现象，是冰凌对水流产生阻力而引起的河道水位明显上涨的水文现象[1]。冰凌洪水在向下游演进的过程中，容易在急弯、浅滩或窄口处卡冰结坝，导致水位急剧上升，威胁堤防安全[2]。干、支流出现的各种冰凌现象往往会衍生为冰塞、冰坝等，进而形成冰凌灾害。灾害的发生除对滩地、村庄、引水工程、水电枢纽等设施有直接影响外，还会破坏桥梁、堤防等基础设施[3-5]。2008年3月20日杭锦旗独贵特拉奎素段大堤发生溃堤险情，塌方长度超过450 m，随后大堤决口，溃堤宽度大约50 m，水淹面积达106 km2，受洪水威胁的村屯涉及群众13 000多人，造成直接经济损失6.9×108元。

目前国内外研究堤坝溃决过程的物理模型试验取得了一定成果，南京水利科学研究院[6]、长江科学院[7-8]、中国水利水电科学研究院[9]和美国农业部[10-11]等均开展了均质土堤坝的溃决试验研究。Powledge等[12-13]通过室内模型试验表明，陡坎的形成和发展是黏性土堤漫溢侵蚀最关键的机制，溃堤后期堤顶高程不断降低、溃决流量增大，会反过来加剧溃口的冲深和扩宽。朱勇辉等[7]和罗优等[14]的试验研究也证明了这一点。石国钰等[15]基于长江和汉江的堤防溃口拓宽实测资料，研究了堤防溃口的变化规律。Dhiman等[16]通过试验发现黏性土堤坝溃决过程取决于堤前蓄水量、堤体几何特征、含水率和压实度等因素。……