[发明专利]一种垃圾填埋场失稳流滑灾害数值仿真方法

权利要求书

1.一种垃圾填埋场失稳流滑灾害数值仿真方法，其特征在于具体步骤如下：

1)确定垃圾填埋场的研究区域及物理参数，所述物理参数包括填埋场尺寸、垃 圾体密度及强度参数；

2)根据步骤1)确定的垃圾填埋场的研究区域计算粒子的初始分布；

3)根据步骤2)得到的粒子的初始分布考虑粘性力项和重力项以计算粒子的临 时速度；所述粘性力项采用下式(1)宾汉姆流体本构模型计算得到；

τ=ηγ·+τminτ>τminγ·=0τ≤τmin---(1)]]>

其中：τ为剪应力，η是粘度系数，为应变速率，τ_min为屈服剪切强度；为考 虑垃圾土的特性，将摩尔-库伦准则引入上述宾汉姆流体本构模型以界定垃圾填 埋场失稳流滑的初始状态，则得到屈服剪切强度τ_min如下式(2)：

τ_min＝c+Ptanφ(2)

c表示垃圾土粘聚力，P表示垃圾土正应力，φ表示垃圾土内摩擦角；同时为简 化数值计算，将等效粘度引入η′(如下式(3))引入宾汉姆流体本构模型得到 修正后的宾汉姆流体本构模型如下式(4)；

η′=η+c+Ptanφ|γ·|(1-e-mγ·)---(3)]]>

τ=η′γ·---(4)]]>

其中m为压力增长系数；

4)根据步骤3)得到的粒子的临时速度计算粒子的临时位置；

5)根据步骤4)得到的粒子的临时位置计算粒子的临时粒子数密度n_i，公式如 下式(5)：

ni=Σj≠iw(|rj-ri|)---(5)]]>

其中：rj和ri代表粒子j和i的坐标，w(r)表示核函数，r表示粒子间距离；由于 传统MPS采用的核函数，当r＝0时，取值为无穷大，会导致压力出现震荡；为 平衡压力震荡，采用下式(6)所述的核函数代替传统MPS采用的核函数；

w(r)=(1-rre)3(1+rre)3(0≤r<re)0(r≥re)---(6)]]>

r_e为影响域半径；

6)根据步骤5)得到的粒子的临时粒子数密度建立Poisson压力方程；采用包 含一个主项和两个修正项的Poisson压力方程(下式(7))以平衡压力震荡：

1ρ▿2Pk+1=n*-2nk+nk-1n0Δt2+aΔtnk-nk-1n0Δt+bΔt2nk-n0n0---(7)]]>

其中：ρ表示垃圾体密度，▽表示梯度算子，P_k+1表示第(k+1)步的压力，n* 表示临时粒子数密度，n^k表示第k步的粒子数密度，n^k-1表示第(k-1)步的粒 子数密度，n⁰表示初始粒子数密度，△t表示时间增量，a和b为误差项修正系 数；

7)根据步骤6)求解Poisson压力方程得到压力场分布；

8)采用自由表面判别公式(8)确定自由表面粒子，并将自由表面粒子的压力 置为零，得到修改后的压力场分布；

n^*<βn⁰(8)

n*表示临时粒子数密度，n⁰表示初始粒子数密度，β为系数；

9)根据步骤8)得到的修改后的压力场分布，计算压力梯度修正粒子速度及位 置；

10)根据步骤9)，判断是否达到预设计算时间，若达到即停止计算，否则重复 步骤3)-9)，直至达到预设计算时间。

2.根据权利要求1所述一种垃圾填埋场失稳流滑灾害数值仿真方法，其特征在 于：所述步骤8)中所涉及的系数β设为0.9，以减小因自由表面判别引起的压 力震荡。