[發(fā)明專利]一種基于DEM-CFD-SPH建模的滑坡涌浪模擬方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210359006.2
• 申請(qǐng)日: 2022-04-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114781136A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王環(huán)玲;馬行生;徐衛(wèi)亞;劉宇軒;屈曉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 郭楠

1.一種基于DEM-CFD-SPH建模的滑坡涌浪模擬方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)根據(jù)滑坡地質(zhì)情況建立顆粒離散元DEM滑坡運(yùn)動(dòng)演化模型，設(shè)置巖土體參數(shù)及邊界條件；所述顆粒離散元DEM滑坡運(yùn)動(dòng)演化模型包括滑體和滑床；

(2)根據(jù)水體條件建立CFD計(jì)算網(wǎng)格，并施加水流條件和水體參數(shù)；

(3)根據(jù)顆粒離散元DEM滑坡運(yùn)動(dòng)演化模型模擬在水阻力影響下滑體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并導(dǎo)出滑體中顆粒的運(yùn)動(dòng)過(guò)程；

(4)根據(jù)顆粒離散元DEM滑坡運(yùn)動(dòng)演化模型建立SPH滑坡涌浪計(jì)算模型，并將步驟(3)中的顆粒的運(yùn)動(dòng)過(guò)程導(dǎo)入SPH滑坡涌浪計(jì)算模型作為滑體顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡；

(5)通過(guò)SPH滑坡涌浪計(jì)算模型計(jì)算滑坡涌浪特征，具體為，在SPH滑坡涌浪計(jì)算模型中設(shè)置計(jì)算時(shí)間、核函數(shù)、重力加速度、水體密度、粘滯系數(shù)，進(jìn)行滑坡涌浪的模擬計(jì)算，得到滑坡涌浪的涌浪產(chǎn)生、傳播、涌浪高度以及涌浪爬高。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DEM-CFD-SPH建模的滑坡涌浪模擬方法，其特征在于；步驟(1)包括以下過(guò)程：

(1.1)建立的顆粒離散元DEM滑坡運(yùn)動(dòng)演化模型中的滑體采用顆粒進(jìn)行離散，滑床采用面單元表示；

(1.2)采用彈性材料設(shè)置滑體和滑床的力學(xué)參數(shù)，所述滑體的力學(xué)參數(shù)包括顆粒間的接觸剛度，以及顆粒與滑床的接觸剛度；然后通過(guò)初始平衡建立表征實(shí)際滑體形態(tài)的密實(shí)滑體；

(1.3)重新設(shè)置初始平衡后滑體和滑床的力學(xué)參數(shù)，具體為，設(shè)置顆粒間的接觸剛度以及顆粒與滑床之間的接觸剛度，使顆粒間的接觸剛度以及顆粒與滑床之間的接觸剛度準(zhǔn)確表征滑體和滑床的力學(xué)特性；

(1.4)在顆粒離散元DEM滑坡運(yùn)動(dòng)演化模型中，限制滑床各個(gè)方向的位移使滑床在計(jì)算過(guò)程中固定，并對(duì)滑體部分的運(yùn)動(dòng)施加零約束，使滑體在計(jì)算過(guò)程中自由下滑。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DEM-CFD-SPH建模的滑坡涌浪模擬方法，其特征在于：步驟(2)包括以下過(guò)程：

(2.1)根據(jù)地形輪廓和水位高程，建立水體；

(2.2)將水體剖分為四面體或六面體進(jìn)而形成水體網(wǎng)格；

(2.3)將水體網(wǎng)格中的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)編號(hào)和網(wǎng)格單元編號(hào)導(dǎo)入至文件中，形成水體網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)和單元文件；

(2.4)將水體網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)和單元文件導(dǎo)入至顆粒離散元DEM滑坡運(yùn)動(dòng)演化模型中，形成流體計(jì)算單元；

(2.5)設(shè)置步驟(2.4)中的流體計(jì)算單元的材料性質(zhì)，所述材料性質(zhì)包括水體的粘度、流速、密度，使流體計(jì)算單元表征水體的力學(xué)特性。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于DEM-CFD-SPH建模的滑坡涌浪模擬方法，其特征在于：步驟(2.1)中，建立水體的方法為，首先建立與水位高度相同的水平面，所述水平面與地形輪廓包圍住的空間形成的閉合實(shí)體為水體。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于DEM-CFD-SPH建模的滑坡涌浪模擬方法，其特征在于：步驟(2.3)中，在將網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)編號(hào)導(dǎo)入至文件中時(shí)，在文件的第一行寫(xiě)入節(jié)點(diǎn)的總數(shù)，并在后續(xù)每一行按照節(jié)點(diǎn)索引，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的x、y和z分量的格式寫(xiě)入文件。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于DEM-CFD-SPH建模的滑坡涌浪模擬方法，其特征在于：步驟(2.3)中，在將網(wǎng)格單元編號(hào)導(dǎo)入至文件中時(shí)，在文件的第一行寫(xiě)入單元的總數(shù)，在其余的行中按照每三行確定一個(gè)單元的格式進(jìn)行寫(xiě)入；其中，在網(wǎng)格單元的第一行寫(xiě)入單元類型的代表數(shù)值；在網(wǎng)格單元的第二行寫(xiě)入單元的序號(hào)、單元包含的節(jié)點(diǎn)序號(hào)、以及4個(gè)浮點(diǎn)數(shù)；在網(wǎng)格單元的第三行寫(xiě)入整數(shù)0。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于DEM-CFD-SPH建模的滑坡涌浪模擬方法，其特征在于：所述單元類型的代表數(shù)值中，六面體網(wǎng)格的代表數(shù)值為8，四面體網(wǎng)格的代表數(shù)值為6。