[發明專利]一種基于DEM-CFD-SPH建模的滑坡涌浪模擬方法

在審

• 申請號: 202210359006.2
• 申請日: 2022-04-07
• 公開（公告）號: CN114781136A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 王環玲;馬行生;徐衛亞;劉宇軒;屈曉
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 郭楠

本發明公開了一種基于DEM?CFD?SPH建模的滑坡涌浪模擬方法，包括以下步驟：(1)根據滑坡地質情況建立顆粒離散元DEM滑坡運動演化模型，設置巖土體參數及邊界條件；(2)根據水體條件建立CFD計算網格，施加水流條件和水體參數；(3)模擬水阻力影響下滑體的運動情況，導出顆粒的運動過程；(4)根據顆粒離散元DEM滑坡運動演化模型建立SPH滑坡涌浪計算模型，并將顆粒的運動過程導入SPH滑坡涌浪計算模型作為滑體顆粒的運動軌跡；(5)通過SPH滑坡涌浪計算模型計算滑坡涌浪特征。本發明解決了顆粒離散元模擬滑坡運動過程中難以考慮水體影響，以及SPH方法滑坡涌浪計算中難以準確獲得滑體運動情況的問題，使模擬結果更加符合實際。

技術領域

本發明涉及巖土工程領域中滑坡涌浪的模擬方法，尤其涉及一種基于DEM-CFD-SPH建模的滑坡涌浪模擬方法。

背景技術

庫岸滑坡涌浪是水庫運行過程中重要的災害類型，給人民的生命財產安全以及大壩穩定運行帶來巨大隱患。1963年10月意大利瓦依昂水庫滑坡，1985年中國三峽庫新灘滑坡、2003年中國三峽庫區千將坪滑坡等都滑坡涌浪造成的災難性事故。因此全面準確評價滑坡涌浪全過程對確保庫區的正常安全運行有重要科學意義。

在解決滑坡涌浪的問題中，光滑粒子流體動力學計算方法(Smoothed ParticleHydrodynamics，SPH)作為一種無網格粒子法，計算效率高，魯棒性好，但是在滑坡涌浪的模擬計算中，SPH方法使用規則分布的粒子建立模擬計算模型，其邊界多為臺階狀，滑體在運動過程中受到邊界形狀影響嚴重；同時，SPH方法難以對滑動面的材料進行定義，導致模擬結果難以準確表示滑體的運動情況。目前常用單一剛體對滑體進行表征，通過給定剛體運動形式對滑坡涌浪進行計算，但該方法準確性較低。

顆粒離散元計算方法DEM作為模擬滑坡運動的有效手段，雖然能夠準確考慮滑體以及滑動面力學特性對滑坡運動的影響，進而模擬滑坡運動演化過程。但該方法在模擬過程通常忽略水對滑坡運動的作用，因而無法直接用于滑坡涌浪的模擬。

而如何在模擬滑坡運動過程中兼顧水體影響的同時，又準確獲得滑體運動情況，使滑坡涌浪的模擬結果更加精確并與實際相符，成為一個亟需解決的技術問題。

發明內容

發明目的：針對現有技術中在模擬滑坡涌浪時存在的問題，本發明提出一種基于DEM-CFD-SPH建模的滑坡涌浪模擬方法，解決了顆粒離散元在計算滑坡運動過程中難以考慮水體影響，以及SPH方法在滑坡涌浪模擬計算中難以準確獲得滑體運動情況的技術缺陷，且本發明的滑坡涌浪模擬結果更加符合實際。

技術方案：本發明基于DEM-CFD-SPH建模的滑坡涌浪模擬方法包括以下步驟：

(1)根據滑坡地質情況建立顆粒離散元DEM滑坡運動演化模型，設置巖土體參數及邊界條件；所述顆粒離散元DEM滑坡運動演化模型包括滑體和滑床；

(2)根據水體條件建立CFD計算網格，并施加水流條件和水體參數；

(3)根據顆粒離散元DEM滑坡運動演化模型模擬在水阻力影響下滑體的運動過程，并導出滑體中顆粒的運動過程；

(4)根據顆粒離散元DEM滑坡運動演化模型建立SPH滑坡涌浪計算模型，并將步驟(3)中的顆粒的運動過程導入SPH滑坡涌浪計算模型作為滑體顆粒的運動軌跡；

(5)通過SPH滑坡涌浪計算模型計算滑坡涌浪特征，具體為，在SPH滑坡涌浪計算模型中設置計算時間、核函數、重力加速度、水體密度、粘滯系數，進行滑坡涌浪的模擬計算，得到滑坡涌浪的涌浪產生、傳播、涌浪高度以及涌浪爬高。

步驟(1)包括以下過程：

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