[發明專利]一種海底滑坡過程模擬方法及系統

在審

• 申請號: 202110827772.2
• 申請日: 2021-07-21
• 公開（公告）號: CN113761774A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 周宗青;陳雨雪;李利平;劉聰;成帥;高上;高成路
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F30/28;G06F111/10
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 閆偉姣

本發明提供了一種海底滑坡過程模擬方法及系統，包括：將海底滑坡體模擬區域無網格離散化后構建滑坡體粒子模型，初始化滑坡體粒子的物理力學參數值；構建滑坡體粒子的鄰近粒子緊支域，在每個時間步內，對鄰近粒子緊支域內的滑坡體粒子進行遍歷，得到滑坡體粒子間的相對運動狀態和滑坡體粒子的應力張量狀態，以此判斷滑坡體粒子所處的臨界狀態，并選擇對應的本構方程；根據本構方程得到固液邊界密度和壓強的預測?校正循環結果，以及得到滑坡體粒子的密度變化率、應力變化率和動量變化率，并以此對滑坡體粒子的物理力學參數值進行更新，在設定的時間步長內，實現海底滑坡災害發生后滑坡體的滑動與堆積災變過程的有效模擬。

技術領域

本發明涉及海洋工程技術領域，尤其涉及一種海底滑坡過程模擬方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

海底滑坡是海洋工程中常見的一種地質災害，廣泛分布于近海大陸坡、江河入海口、深海溝谷等地帶，掌握海底滑坡體的災后演化過程，有利于海底人工場地、吹填島礁斜坡的穩定性評價，有利于海底通信光纜、石油工程設施、海底航道的通暢性。由于海底滑坡的隱蔽性特征，導致其不易被直觀觀測，通常是在滑坡發生后，根據地球物理勘探方法觀測到滑移面，或者在海面波浪異常甚至發生海嘯時，推測出海底滑坡發生的區域與規模，但是都難以實現災害發生時機以及災害規模的有效判定，災害防控大為滯后，限制海底滑坡災害的臨災預警與防災減災技術水平的提升，威脅到海底工程場地和臨近海域水下構筑物的安全。

目前，常見的海底滑坡問題分析方法包括離散單元法(DEM)、無網格伽遼金法、細胞自動機法、非連續變形分析方法(DDA)等，以上方法對海底滑坡誘發機制、失穩分析以及災害評估提供一定的研究基礎；而海底滑坡與陸上滑坡的最典型區別是海底滑坡具有大規模的滑動和較長的滑移距離，針對海底滑坡的滑移速度、滑移距離或堆積過程仍有待深入研究。

由于海底滑坡災害的成因和滑移發生環境不盡相同，滑坡體的運動應具有不同的驅動機理。對于坡體初始破壞階段，海床呈現明顯的連續介質屬性，可以采用土力學以及巖石力學規律進行穩定狀態判定或解釋；但對于破壞后階段，滑坡體呈現顯著的流動特性，通常需要依靠流體力學理論進行解決。海底滑坡發生過程中，滑坡體與海水相互作用，水與坡體材料的比例時刻發生變化，滑坡體的物理力學性質和物態也隨之改變；針對海底滑坡體的滑動與堆積過程，既存在靜止堆積的固態階段，也存在快速流動的液態滑動過程。雖然固體力學領域的彈塑性本構方程以及流體力學領域的粘塑性本構方程可以描述滑坡體堆積狀態下以及滑坡體下滑流動狀態下的力學行為，但如何正確并及時的選取彈塑性本構方程或粘塑性本構方程，使得模型準確描述海底滑坡體的固態堆積、液態滑動以及固液轉變的特征，至今尚未完全解決。

此外，光滑粒子流體動力學方法(Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH)雖然已被廣泛應用于海洋工程和地質災害等流體問題研究，但面對大規模的流體場景時，標準的SPH方法模擬流體時會被極大的壓縮，造成嚴重的失真現象，因此，需解決不可壓縮的流體模擬分析問題。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種海底滑坡過程模擬方法及系統，能夠獲取多變的海底滑坡體的滑動與堆積特征，實現海底滑坡災害發生后滑坡體的滑動與堆積災變過程的有效模擬，實時判斷粒子模型的臨界狀態，追蹤粒子的滑動或堆積特性，避免固液轉化過程中粒子邊界的密度與壓力失真問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

第一方面，本發明提供一種海底滑坡過程模擬方法，包括：

將海底滑坡體模擬區域無網格離散化后構建滑坡體粒子模型，初始化滑坡體粒子的物理力學參數值；

構建滑坡體粒子的鄰近粒子緊支域，在每個時間步內，對鄰近粒子緊支域內的滑坡體粒子進行遍歷，得到滑坡體粒子間的相對運動狀態和滑坡體粒子的應力張量狀態，以此判斷滑坡體粒子所處的臨界狀態，并選擇對應的本構方程；