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A numerical investigation of tsunamis impacting dams
Coastal Engineering ( IF 4.4 ) Pub Date : 2021-06-22 , DOI: 10.1016/j.coastaleng.2021.103942
Tommaso Attili , Valentin Heller , Savvas Triantafyllou

Landslides, rockfalls, and iceberg calving impacting into a water body generate large landslide-tsunamis posing a serious hazard in lakes and reservoirs. These waves can impact and even overtop dams as in the 1963 Vajont disaster in Italy. However, estimating the effects of tsunamis on dams, e.g. pressures and forces, and 3D effects is challenging. An accurate prediction of these effects is also important for a range of coastal and offshore applications. The present study focuses on the numerical modelling of landslide-tsunamis impacting dams with the open source toolbox solids4foam. After a validation with theoretical, experimental, and numerical results, 5th order Stokes, cnoidal, and solitary waves were simulated in 72 2D experiments with dams of steep to vertical inclinations. The wave loading on dams was found to be in agreement with predictions based on an existing empirical approach, significantly expanding its limited validation conditions. New empirical equations are suggested to predict the wave run-up height together with the overtopping volume and depth. These address the cases where no empirical equations are available or existing equations result in large deviations from the numerical results. Novel insight in the dynamic pressure is provided, supported by new semi-empirical equations. Further, simulations in 3D were performed to quantify the effects of the dam curvature and asymmetrical wave impact angles. Both effects combined induce an increase in the run-up height at dam flanks of up to 32%. Such findings support the design of dams and tsunami hazard assessment.



中文翻译:

海啸冲击水坝的数值研究

滑坡、落石和冰山崩塌撞击水体会产生大型滑坡海啸,对湖泊和水库造成严重危害。1963 年在意大利发生的 Vajont 灾难中,这些波浪会冲击甚至淹没大坝。然而,估计海啸对大坝的影响,例如压力和力,以及 3D 影响是具有挑战性的。对这些影响的准确预测对于一系列沿海和近海应用也很重要。本研究的重点是使用开源工具箱solids4foam 对影响大坝的滑坡-海啸进行数值模拟。在对理论、实验和数值结果进行验证后,在 72 个 2D 实验中模拟了 5 阶斯托克斯波、cnoidal 波和孤立波,这些实验采用了陡峭到垂直倾斜的大坝。发现大坝上的波浪载荷与基于现有经验方法的预测一致,显着扩大了其有限的验证条件。建议使用新的经验方程来预测波浪爬升高度以及溢流体积和深度。这些解决了没有经验方程可用或现有方程导致数值结果有很大偏差的情况。在新的半经验方程的支持下,提供了对动态压力的新见解。此外,还进行了 3D 模拟以量化大坝曲率和非对称波浪冲击角的影响。两种效应共同导致大坝侧翼的爬坡高度增加了 32%。这些发现支持大坝设计和海啸灾害评估。显着扩大了其有限的验证条件。建议使用新的经验方程来预测波浪爬升高度以及溢流体积和深度。这些解决了没有经验方程可用或现有方程导致数值结果有很大偏差的情况。在新的半经验方程的支持下,提供了对动态压力的新见解。此外,还进行了 3D 模拟以量化大坝曲率和非对称波浪冲击角的影响。两种效应共同导致大坝侧翼的爬坡高度增加了 32%。这些发现支持大坝设计和海啸灾害评估。显着扩大了其有限的验证条件。建议使用新的经验方程来预测波浪爬升高度以及溢流体积和深度。这些解决了没有经验方程可用或现有方程导致数值结果有很大偏差的情况。在新的半经验方程的支持下,提供了对动态压力的新见解。此外,还进行了 3D 模拟以量化大坝曲率和非对称波浪冲击角的影响。两种效应共同导致大坝侧翼的爬坡高度增加了 32%。这些发现支持大坝设计和海啸灾害评估。建议使用新的经验方程来预测波浪爬升高度以及溢流体积和深度。这些解决了没有经验方程可用或现有方程导致数值结果有很大偏差的情况。在新的半经验方程的支持下,提供了对动态压力的新见解。此外,还进行了 3D 模拟以量化大坝曲率和非对称波浪冲击角的影响。两种效应共同导致大坝侧翼的爬坡高度增加了 32%。这些发现支持大坝设计和海啸灾害评估。建议使用新的经验方程来预测波浪爬升高度以及溢流体积和深度。这些解决了没有经验方程可用或现有方程导致数值结果有很大偏差的情况。在新的半经验方程的支持下,提供了对动态压力的新见解。此外,还进行了 3D 模拟以量化大坝曲率和非对称波浪冲击角的影响。两种效应共同导致大坝侧翼的爬坡高度增加了 32%。这些发现支持大坝设计和海啸灾害评估。由新的半经验方程支持。此外,还进行了 3D 模拟以量化大坝曲率和非对称波浪冲击角的影响。两种效应共同导致大坝侧翼的爬坡高度增加了 32%。这些发现支持大坝设计和海啸灾害评估。由新的半经验方程支持。此外,还进行了 3D 模拟以量化大坝曲率和非对称波浪冲击角的影响。两种效应共同导致大坝侧翼的爬坡高度增加了 32%。这些发现支持大坝设计和海啸灾害评估。

更新日期:2021-07-15
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