[發明專利]一種垃圾填埋場失穩流滑災害數值仿真方法

在審

• 申請號: 201610043863.6
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105718670A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 黃雨;朱崇強
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

1.一種垃圾填埋場失穩流滑災害數值仿真方法，其特征在于具體步驟如下：

1)確定垃圾填埋場的研究區域及物理參數，所述物理參數包括填埋場尺寸、垃 圾體密度及強度參數；

2)根據步驟1)確定的垃圾填埋場的研究區域計算粒子的初始分布；

3)根據步驟2)得到的粒子的初始分布考慮粘性力項和重力項以計算粒子的臨 時速度；所述粘性力項采用下式(1)賓漢姆流體本構模型計算得到；

τ=ηγ·+τminτ>τminγ·=0τ≤τmin---(1)]]>

其中：τ為剪應力，η是粘度系數，為應變速率，τ_min為屈服剪切強度；為考 慮垃圾土的特性，將摩爾-庫倫準則引入上述賓漢姆流體本構模型以界定垃圾填 埋場失穩流滑的初始狀態，則得到屈服剪切強度τ_min如下式(2)：

τ_min＝c+Ptanφ(2)

c表示垃圾土粘聚力，P表示垃圾土正應力，φ表示垃圾土內摩擦角；同時為簡 化數值計算，將等效粘度引入η′(如下式(3))引入賓漢姆流體本構模型得到 修正后的賓漢姆流體本構模型如下式(4)；

η′=η+c+Ptanφ|γ·|(1-e-mγ·)---(3)]]>

τ=η′γ·---(4)]]>

其中m為壓力增長系數；

4)根據步驟3)得到的粒子的臨時速度計算粒子的臨時位置；

5)根據步驟4)得到的粒子的臨時位置計算粒子的臨時粒子數密度n_i，公式如 下式(5)：

ni=Σj≠iw(|rj-ri|)---(5)]]>

其中：rj和ri代表粒子j和i的坐標，w(r)表示核函數，r表示粒子間距離；由于 傳統MPS采用的核函數，當r＝0時，取值為無窮大，會導致壓力出現震蕩；為 平衡壓力震蕩，采用下式(6)所述的核函數代替傳統MPS采用的核函數；

w(r)=(1-rre)3(1+rre)3(0≤r<re)0(r≥re)---(6)]]>

r_e為影響域半徑；

6)根據步驟5)得到的粒子的臨時粒子數密度建立Poisson壓力方程；采用包 含一個主項和兩個修正項的Poisson壓力方程(下式(7))以平衡壓力震蕩：

1ρ▿2Pk+1=n*-2nk+nk-1n0Δt2+aΔtnk-nk-1n0Δt+bΔt2nk-n0n0---(7)]]>

其中：ρ表示垃圾體密度，▽表示梯度算子，P_k+1表示第(k+1)步的壓力，n* 表示臨時粒子數密度，n^k表示第k步的粒子數密度，n^k-1表示第(k-1)步的粒 子數密度，n⁰表示初始粒子數密度，△t表示時間增量，a和b為誤差項修正系 數；

7)根據步驟6)求解Poisson壓力方程得到壓力場分布；

8)采用自由表面判別公式(8)確定自由表面粒子，并將自由表面粒子的壓力 置為零，得到修改后的壓力場分布；

n^*<βn⁰(8)

n*表示臨時粒子數密度，n⁰表示初始粒子數密度，β為系數；

9)根據步驟8)得到的修改后的壓力場分布，計算壓力梯度修正粒子速度及位 置；

10)根據步驟9)，判斷是否達到預設計算時間，若達到即停止計算，否則重復 步驟3)-9)，直至達到預設計算時間。

2.根據權利要求1所述一種垃圾填埋場失穩流滑災害數值仿真方法，其特征在 于：所述步驟8)中所涉及的系數β設為0.9，以減小因自由表面判別引起的壓 力震蕩。