极端干旱对黏土斜墙坝的致灾机理及对策研究

优选气候变化导致特别事件频发，给大坝的安全运行和管理带来了新的挑战。本书针对特别干旱对黏土斜墙坝的致灾作用机理进行了系统研究，通过理论分析、数值模拟、物模试验等方法，探究了黏土体干缩裂缝受旱扩展模式以及裂缝出现后的防渗体渗流变化情况，并结合实际工程提出了应对措施。主要内容包括：构建了黏土干缩裂缝扩展模型，模拟了干缩裂缝扩展过程以及分布情况；建立了裂缝表征体系，挖掘出裂缝扩展与土体参数之间的关系；讨论了裂缝出现之前的降雨入渗以及积水入渗机理，明晰了不同时期渗流水在裂缝土体内的渗流过程；开展了大比尺模型试验与离心模型试验，揭示了黏土斜墙防渗体干缩裂缝对大坝的致灾过程；计算分析了干旱过程黏土斜墙的脆弱性，探究了特别干旱中土石坝的恢复力；挖掘了裂缝扩展特征，以宽度信息确定了裂缝深度发育大小；建立了裂缝参数与大坝渗流之间的关系，确定了干旱后的裂缝渗流预警指标；结合实际工程，制定了应对持续干旱、低水位工况的水库运行应急综合决策方法，提出了土石坝应对特别干旱的工程和非工程防灾减灾措施。

目录
前言
章 绪论 1
1.1 气候变化与极端干旱事件 1
l.1.1 气候变化 1
1.1.2 极端干旱 3
1.2 极端干旱对大顼安全的影响 7
1.2.1 极端干旱的影响 7
1.2.2 旱涝急转的影响 10
1.3 干缩裂缝影响下的黏土体渗流演化研宄进展 11
1.3.1 裂缝影响土体渗透性 11
1.3.2 裂缝影响土体渗流过程 12
1.4 土石坝渗透破坏研宄进展 14
1.4.1 土石坝渗透破坏 14
1.4.2 土石坝渗透破坏的试验研宄 17
1.4.3 土石坝渗透破坏的数值模拟 19
参考文献 20
第2章 受旱过程黏土体干缩裂缝扩展机理 28
2.1 受旱过程中黏土体裂缝扩展理论 28
2.1.1 微观层面颗粒间作用力 28
2.1.2 宏观层面体积收缩 33
2.2 土体干缩裂缝深度扩展模型 41
2.2.1 土中基质吸力垂直分布 41
2.2.2 干缩裂缝发展深度计算模型 44
2.2.3 干缩裂缝发展宽度计算模型 47
2.2.4 复杂裂缝网络形态表征体系 51
2.3 受旱过程中黏土体裂缝扩展试验 54
2.3.1 试验过程 54
2.3.2 裂缝度量指标确定 56
2.4 受旱过程中黏土体裂缝扩展数值模拟 66
2.4.1 裂缝出现时刻含水率 66
2.4.2 裂缝深度 67
2.4.3 裂缝宽度 68
2.4.4 裂缝随机分布模拟 79
参考文献 80
第3章 极端干旱后黏土斜墙坝渗流性态模型试验 82
3.1 干湿循环模型试验 82
3.1.1 试验系统 82
3.1.2 试验过程 87
3.1.3 试验结果 88
3.2 水槽模型试验 91
3.2.1 相似性分析 91
3.2.2 试验系统 93
3.2.3 试验过程 98
3.2.4 试验结果分析 103
3.3 离心模型试验 110
3.3.1 相似性分析 110
3.3.2 试验系统 112
3.3.3 试验过程 114
3.3.4 试验结果分析 116
参考文献 124
第4章 极端干旱后黏土斜墙坝渗流性态数值模拟 125
4.1 降雨条件下斜墙现入渗过程 125
4.1.1 降雨入渗理论 125
4.1.2 积水入渗理论 128
4.2 水位上升条件下斜墙坝渗流过程 130
4.2.1 初始阶段水流进入裂缝 131
4.2.2 后续阶段水流进入土体 133
4.2.3 水力劈裂 136
4.3 不同条件下黏土斜墙坝渗流性态的数值模拟分析 138
4.3.1 旱前稳定饱和渗流分析 139
4.3.2 旱涝急转渗流分析 140
4.3.3 裂缝存在时渗流分析 146
4.3.4 计算成果与试验对比分析 148
参考文献 149
第5章 极端干旱下黏土斜墙规脆弱性与恢复力 151
5.1 大坝脆弱性与恢复力 151
5.1.1 大坝脆弱性 151
5.1.2 大坝恢复力 153
5.2 极端干旱中黏土斜墙坝脆弱性 156
5.2.1 受旱过程中黏土体脆弱性 156
5.2.2 旱涝急转工况下黏土斜墙坝脆弱性 164
5.2.3 旱后正常运行期黏土斜墙坝脆弱性 184
5.3 极端干旱后黏土斜墙坝恢复力 188
5.3.1 裂缝愈合分析 188
5.3.2 裂缝愈合后渗流计算 209
参考文献 210
第6章 极端低水位下水库运行安全综合处置措施 212
6.1 干缩裂缝检测与探测 212
6.1.1 土体开裂部分检测 212
6.1.2 裂缝深度探测 217
6.2 综合决策方法 218
6.3 渗流安全预警指标 218
6.3.1 常规渗流安全预警指标 218
6.3.2 裂缝渗流安全预警指标 220
6.3.3 裂缝深度确定 222
6.4 综合处置措施 224
6.4.1 运行管理措施 224
6.4.2 工程施工措施 225
参考文献 226
第7章 工程应用 227
7.1 昭平台水库极端低水位下运行综合决策 227
7.1.1 工程概况 227
7.1.2 动用死库容的必要性 228
7.1.3 库容曲线估算 228
7.1.4 监测资料分析 230
7.1.5 渗流安全复核 235
7.1.6 结构安全分析 242
7.1.7 综合决策 243
7.2 白龟山水库极端低水位下应对措施 244
7.2.1 工程概况 244
7.2.2 运行管理措施 246
7.2.3 工程施工措施 248
7.2.4 渗流安全预警指标 250
参考文献 259
第8章 极端干旱下黏土斜墙坝安全运行经验与总结 260
8.1 极端干旱中黏土体裂缝发育机理 260
8.2 极端干旱后黏土斜墙坝渗流性态变化 260
8.3 极端干旱中黏土斜墙坝安全运行对策 261
附录 裂缝分布模拟程序 263