[发明专利]一种泥石流冲刷桥墩的计算方法

权利要求书

1.一种泥石流冲刷桥墩的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：建立泥石流冲刷桥梁的侵蚀速率公式

假设泥石流是均匀混合物，且在运动过程中处于不可压缩状态，二维浅水波侵蚀数值模型可表达为：

式中：h——泥石流厚度，t——时间，u、v——泥石流沿地表顺流以及横向速度，e_b——侵蚀速率；

将上式沿深度方向进行积分，可得侵蚀速率计算公式为：

式中：τ_1bot——基底剪切力，τ_2top——基底阻力，ρ——泥石流密度，u_1bot——侵蚀边界上的泥石流及基底沉积物速度，u_2top——侵蚀边界上的基底沉积物速度；

对τ_1bot采取修正的基底剪切力公式，对τ_2top假设为遵守库伦失效准则，同时为了防止无限大侵蚀速率的产生，引入经验参数ξ，修订后的侵蚀速率公式为：

式中：s——与速度分布有关的系数，取值范围从0到1，ξ——经验参数，取值为0.06；

步骤二：根据泥石流冲刷桥梁确定的工况物理参数完成数值计算

A.方程离散

将修订后的侵蚀速率计算公式转化为向量形式：

式中：w，f，m，s和t——分别代表变量在x和y方向上的通量和在x和y方向上源项的向量形式；

将上述向量方程进行时间和空间上的离散，可得：

式中：i——网格节点，Δt——时间步长，Δx——网格在x方向上的边界长度，Δy——网格在y方向上的边界长度，f_e——网格节点上通过东方向的通量，f_w——网格节点上通过西方向的通量，m_n——网格节点上通过北方向的通量，m_s——网格节点上通过南方向的通量；

B.确定实际物理区域以及进行计算域网格划分；

C.根据室内土工实验、水力实验确定泥石流的各个工况物理参数，并对物理参数进行赋值；

D.采用有限体积法进行通量黎曼问题求解，并在每个计算步中采用防数值震荡处理；

E.在x和y方向按照上述离散方程和计算格式分别进行求解，并按照修订后的侵蚀速率公式进行冲刷条件判断，其判断条件为：

当e_b0时，发生冲刷；

当e_b0时，不发生冲刷；

从而完成一个计算循环；

步骤三：可视化处理，获得冲刷信息结果

利用计算机图形学和图像处理技术，将计算数据转换成图形或图像输出，进行图像解读，并获得泥石流冲刷桥墩的结论。

2.根据权利要求1所述的一种泥石流冲刷桥墩的计算方法，其特征在于，所述物理参数包括

ω——密度比；

——基底沉积物的内摩擦角；

——基底剪切摩擦角；

α_s——固相体积分数；

ρ_s——固相颗粒密度；

ρ_f——液相密度；

C_z——谢才系数；

λ——沉积物的液化程度；

c——基底沉积物的粘聚力；

——河床泥沙平均粒径。

3.根据权利要求2所述的一种泥石流冲刷桥墩的计算方法，其特征在于，所述计算方法还包括步骤四：敏感性分析，对各个物理参数在不同取值情况下的泥石流侵蚀过程进行模拟。

4.根据权利要求3所述的一种泥石流冲刷桥墩的计算方法，其特征在于，所述敏感性分析包括对不同固相体积分数α_s下的泥石流侵蚀过程进行模拟。