混凝土面板砂砾石坝是一种以砂砾石为主要材料分层碾压填筑成坝体,以混凝土面板为主要防渗结构的土石坝。因其具有较好的安全性、经济性以及对复杂地形地质有较强的适应性等优点,加之砂砾石在我国储量丰富且具有较高的抗剪强度和变形模量,压缩变形较小,易于压实,压实密度大等特点,使面板砂砾石坝已逐步发展成为一种优选坝型。但由于超标洪水、山体滑坡以及地震涌浪等原因往往会造成库水漫顶,面板防渗作用失效。而混凝土面板是面板砂砾石坝主要的防渗结构,防渗系统一旦失效,由于砂砾石颗粒级配较粗、渗透系数偏大的材料特性,坝体内往往会造成严重的渗漏,渗流场严重恶化,严重影响砂砾石坝的漫顶溃坝过程。本文假设面板砂砾石坝的混凝土面板完全失效,坝体内渗流场严重恶化,在此情况下砂砾石坝发生漫顶溃决。通过模型试验和数值模拟两种方法探究了砂砾石坝在前期渗流场影响下的漫顶溃坝过程。主要研究内容及研究成果如下:(1)在水槽内进行了砂砾石坝漫顶溃坝试验,试验通过改变蓄水高度和坝体内是否设置排水体使前期形成不同的渗流场,在此基础上蓄水使坝体发生漫顶溃决。利用埋置在坝体内的孔隙水压力传感器监测蓄水期及溃决过程中的孔隙水压力。利用试验得出的溃口流量过程(主要参数为峰值流量和峰现时间)、上游水位变化过程、溃口顶部扩展过程以及溃决历时等参数对溃坝过程进行评估。试验研究表明:在均不设置排水体的情况下,蓄水高度越高,坝体内渗流场约严重,其溃决过程越剧烈;在蓄水高度相同的情况下,设置排水体可明显改善坝体内渗流场,其溃决过程也相对缓和。由此可见,坝体内前期渗流场对溃坝过程有较为明显的影响,前期渗流场越恶劣,即漫顶溃坝发生前处于饱和状态的坝体体积越大,溃决过程越剧烈,具体表现为溃口峰值流量增大、峰现时间提前、溃决历时缩短等方面。这是因为在前期渗流场的影响下,坝体抗冲刷强度降低,坝体更易于被冲刷。(2)通过对坝坡上的土颗粒进行受力分析,考虑渗流力的作用,推导了考虑渗流力影响的土颗粒临界起动流速公式,在此基础上建立了考虑渗流影响的砂砾石坝漫顶溃坝数学模型并编制了相应的计算程序。以唐家山堰塞坝作为工程算例,利用本文溃坝模型在考虑渗流作用和未考虑渗流作用两种情况下对其进行溃坝模拟计算,计算结果包括溃口流量过程、库水位变化过程、溃口横向扩展过程以及溃口底高程变化过程,将考虑渗流作用和未考虑渗流作用的计算结果进行比较并与实测值进行比较。结果表明:考虑渗流作用的溃坝过程比未考虑渗流作用的溃坝过程较剧烈,且考虑渗流作用时的溃坝过程与实际情况更为接近。由此证明了渗流作用可以加剧砂砾石坝的溃决过程。在渗流作用下,坝体材料的临界起动流速降低,从而影响坝体的冲刷过程,进而影响溃坝过程。