[發(fā)明專利]一種滑坡涌浪計算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611191288.0
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106844859A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設計）人: 毛佳;趙蘭浩;郭博文;李同春
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 張艷

1.一種滑坡涌浪計算方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1：根據(jù)已有地形、水位和滑坡體形狀位置資料，建立三維有限元模型；

步驟2：結合Navier-Stokes方程和改進的守恒式Level Set方法，計算流體各運動參數(shù)，捕捉自由面；

步驟3：采用沿水深積分的流體控制方程模擬涌浪傳播過程，對涌浪運動軌跡和泛濫區(qū)域進行數(shù)值預報。

2.根據(jù)權利要求1所述的滑坡涌浪計算方法，其特征在于所述步驟2中對土質(zhì)或松散介質(zhì)坡體，基于“流體化”的特點，以流體力學基本方程Navier-Stokes方程配以非牛頓流體或擬流體本構關系描述其物理特性和運動過程，由于將滑坡體視作似流體，滑坡體、水體和空氣三相介質(zhì)可用同一本構模型表示：

$\mathrm{\τ}=(\frac{{\mathrm{\τ}}_{y0}cos\mathrm{\φ}+psin\mathrm{\φ}}{\sqrt{I_{2D}}}+2\mathrm{\μ}{\left(I_{2D}\right)}^{\frac{\mathrm{\η}-1}{2}})D$

式中，τ_y0表示流體屈服應力，φ為內(nèi)摩擦角，I_2D是應變張量D的第二不變量，μ為黏性系數(shù)，η為表示流體特性的參量。

3.根據(jù)權利要求2所述的滑坡涌浪計算方法，其特征在于在利用Navier-Stokes方程計算出的流場信息的基礎上，采用改進的守恒式雙重Level Set方法捕捉滑坡體、水體和空氣三者的交界面，反映三者間強烈的流固耦合作用，真實模擬滑坡體入水產(chǎn)生涌浪的過程，改進的守恒式雙重Level Set方法包含兩個部分：指示函數(shù)的輸運，和指示函數(shù)的重新初始化。

4.根據(jù)權利要求3所述的滑坡涌浪計算方法，其特征在于在三相流中，各點的物理參數(shù)用指示函數(shù)H表示，各點的物理參數(shù)包括密度或黏性；引入指示函數(shù)H₁、H₂，滑坡體、水體和空氣三相介質(zhì)各自區(qū)域分別記作Ω₁、Ω₂、Ω₃，滑坡體與水體、水體與空氣、滑坡體與空氣界面依次用Γ₁₂、Γ₂₃、Γ₁₃表示，P表示物理參數(shù)，則各區(qū)域參數(shù)用統(tǒng)一的方程表示：

P＝P₁+(P₂-P₁)H₁+(P₃-P₂)H₂

在Ω₁內(nèi)，H₁＝H₂＝0；在Ω₂內(nèi)，H₁＝1，H₂＝0；在Ω₃內(nèi)，H₁＝H₂＝1。