[發(fā)明專(zhuān)利]一種泥石流沖刷橋墩的計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711264093.9
• 申請(qǐng)日: 2017-12-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108009363B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳克堅(jiān);劉發(fā)明;游勵(lì)暉;徐勇;付剛;李明清;何思明;王東坡
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/23
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/23;G06F30/13;G06F111/10
• 代理公司: 四川力久律師事務(wù)所 51221
• 代理人: 王蕓

1.一種泥石流沖刷橋墩的計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：建立泥石流沖刷橋梁的侵蝕速率公式

假設(shè)泥石流是均勻混合物，且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中處于不可壓縮狀態(tài)，二維淺水波侵蝕數(shù)值模型可表達(dá)為：

式中：h——泥石流厚度，t——時(shí)間，u、v——泥石流沿地表順流以及橫向速度，e_b——侵蝕速率；

將上式沿深度方向進(jìn)行積分，可得侵蝕速率計(jì)算公式為：

式中：τ_1bot——基底剪切力，τ_2top——基底阻力，ρ——泥石流密度，u_1bot——侵蝕邊界上的泥石流及基底沉積物速度，u_2top——侵蝕邊界上的基底沉積物速度；

對(duì)τ_1bot采取修正的基底剪切力公式，對(duì)τ_2top假設(shè)為遵守庫(kù)倫失效準(zhǔn)則，同時(shí)為了防止無(wú)限大侵蝕速率的產(chǎn)生，引入經(jīng)驗(yàn)參數(shù)ξ，修訂后的侵蝕速率公式為：

式中：s——與速度分布有關(guān)的系數(shù)，取值范圍從0到1，ξ——經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，取值為0.06；

步驟二：根據(jù)泥石流沖刷橋梁確定的工況物理參數(shù)完成數(shù)值計(jì)算

A.方程離散

將修訂后的侵蝕速率計(jì)算公式轉(zhuǎn)化為向量形式：

式中：w，f，m，s和t——分別代表變量在x和y方向上的通量和在x和y方向上源項(xiàng)的向量形式；

將上述向量方程進(jìn)行時(shí)間和空間上的離散，可得：

式中：i——網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，Δt——時(shí)間步長(zhǎng)，Δx——網(wǎng)格在x方向上的邊界長(zhǎng)度，Δy——網(wǎng)格在y方向上的邊界長(zhǎng)度，f_e——網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上通過(guò)東方向的通量，f_w——網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上通過(guò)西方向的通量，m_n——網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上通過(guò)北方向的通量，m_s——網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上通過(guò)南方向的通量；

B.確定實(shí)際物理區(qū)域以及進(jìn)行計(jì)算域網(wǎng)格劃分；

C.根據(jù)室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)、水力實(shí)驗(yàn)確定泥石流的各個(gè)工況物理參數(shù)，并對(duì)物理參數(shù)進(jìn)行賦值；

D.采用有限體積法進(jìn)行通量黎曼問(wèn)題求解，并在每個(gè)計(jì)算步中采用防數(shù)值震蕩處理；

E.在x和y方向按照上述離散方程和計(jì)算格式分別進(jìn)行求解，并按照修訂后的侵蝕速率公式進(jìn)行沖刷條件判斷，其判斷條件為：

當(dāng)e_b0時(shí)，發(fā)生沖刷；

當(dāng)e_b0時(shí)，不發(fā)生沖刷；

從而完成一個(gè)計(jì)算循環(huán)；

步驟三：可視化處理，獲得沖刷信息結(jié)果

利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將計(jì)算數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像輸出，進(jìn)行圖像解讀，并獲得泥石流沖刷橋墩的結(jié)論。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泥石流沖刷橋墩的計(jì)算方法，其特征在于，所述物理參數(shù)包括

ω——密度比；

——基底沉積物的內(nèi)摩擦角；

——基底剪切摩擦角；

α_s——固相體積分?jǐn)?shù)；

ρ_s——固相顆粒密度；

ρ_f——液相密度；

C_z——謝才系數(shù)；

λ——沉積物的液化程度；

c——基底沉積物的粘聚力；

——河床泥沙平均粒徑。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種泥石流沖刷橋墩的計(jì)算方法，其特征在于，所述計(jì)算方法還包括步驟四：敏感性分析，對(duì)各個(gè)物理參數(shù)在不同取值情況下的泥石流侵蝕過(guò)程進(jìn)行模擬。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種泥石流沖刷橋墩的計(jì)算方法，其特征在于，所述敏感性分析包括對(duì)不同固相體積分?jǐn)?shù)α_s下的泥石流侵蝕過(guò)程進(jìn)行模擬。