[发明专利]一种垃圾填埋场失稳流滑灾害数值仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种垃圾填埋场失稳流滑灾害数值仿真方法，属于岩土计算力 学、流体力学与环境科学技术领域。

背景技术

垃圾填埋场在我国处理城市固体废弃物中广泛使用。城市固体废弃物在填 埋环境作用下，在降雨、地震、渗滤液回灌等外部因素的影响下，容易液化失 稳。液化使原有结构遭到破坏，并形成新的流动结构，最终演化为流滑灾害事 故，造成废弃物、渗滤液及发酵气体大范围扩散，严重污染城市地表及地下环 境。因此分析研究垃圾填埋场失稳流滑灾害具有重大的经济效益和环境效益。 传统基于网格的数值仿真方法处理流滑等大变形灾害时，在不规则区域网格布 置、自由表面追踪等方面面临极大挑战与困难。以MPS为代表的粒子法，通过 一系列粒子离散问题域，能够克服网格类方法面临的网格扭曲、畸变等问题。 因此，采用MPS方法开展垃圾填埋产失稳流滑灾害的数值仿真具有极大的优势。 然而传统的MPS方法存在极大的压力震荡，影响数值仿真的准确性。同时失稳 流滑的垃圾体流动已超出牛顿流体的范畴，急需发展一种能准确刻画该现象的 本构关系，以捕捉其流体动力特性，为垃圾填埋场的规划选址提供有力的科学 依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于准确仿真垃圾填埋场失稳流滑灾害的数 值方法。

为达到上述目的，本发明采取了一下技术方案：

一种垃圾填埋场失稳流滑灾害数值仿真方法，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)；