[发明专利]一种暴雨环境下管道多物理场作用致灾机理演示方法

说明书

本发明涉及一种暴雨环境下管道多物理场作用致灾机理演示方法，包括S1、构建管道标准结构模型；S2、构建管道‑流体场耦合模型：设置所述管道的三维模型内部空间为流体场，管道内流体场为气液两相流场，并设置液相流场为紊流状态；S3、对所述管道‑流体场耦合模型进行耦合计算，进而得到管道上覆土压力、交通荷载和流体荷载对管道的致灾机理，并进行可视化展示。本发明可实现真正意义上的混凝土管道多物理场耦合求解，用于揭示暴雨环境下长期服役混凝土管道的致灾机理，同时可对影响混凝土管道力学响应的因素，如流量、流速、内压、管壁粗糙度等进行参数化分析，且该方法同样适用于混凝土、PCCP、HDPE等多种管道多物理场耦合作用下的致灾机理研究。

技术领域

本发明涉及管道致灾机理研究领域，尤其涉及一种暴雨环境下管道多物理场作用致灾机理演示方法。

背景技术

在我国城市地下管网建设中，混凝土管道长度已经超过100万公里，且随着我国城镇化进程的加快，混凝土管道的建设规模还在不断攀升。然而，我国早期修建的混凝土管道服役时间较长，老旧失修问题异常突出，导致管道腐蚀、渗漏、脱空、脱节等病害共存，在某些不利条件组合下诱发爆管、地面坍塌等事故的概率显著增加。

当前针对埋地混凝土管道力学机理的研究大多只考虑交通荷载、管内流体、管土相互作用等单一因素，而实际中的管道通常受多种荷载的耦合作用，如交通荷载、上覆土压力和管内流体荷载。研究指出，当管道受流体荷载单独作用时，其对管道的影响并不显著，而当管内流体和其他荷载耦合作用时，可能会诱发不可预测的风险。

专利号为ZL201710012823.X的专利文献公开了一种基于计算流体动力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)的管道快速充水过程中滞留气团热力学特性的模拟方法，首先进行三维建模、网格划分，然后采用VOF(Volume Of Fluid)方法进行气水两相瞬变流动计算；最后，利用后处理软件对计算结果进行处理。同时考虑水体、气体压缩性的基础上，考虑水体-气体-固体壁面之间的热传导及对流传热效应，从而更准确地模拟快速充水过程中能量耗散，进而更深入地研究该过程中气-水耦合作用及气团热动力学特性。但是不能有效的解决混凝土在暴雨情况下的致灾机理。

因而现有的混凝土致灾机理研究方面存在不足，还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种暴雨环境下管道多物理场作用致灾机理演示方法，能够用于揭示暴雨后长期服役的埋地混凝土管道在上覆土压力、交通荷载、管道内流体荷载共同作用下管道的致灾机理。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种暴雨环境下管道多物理场作用致灾机理演示方法，包括

S1、构建管道标准结构模型：分别建立管道、土体、橡胶圈三维模型，构建以实际工况为基础的整合模型，将所述管道的内壁定义为耦合面，并在整合模型中土体上表面构建交通荷载模型，得到管道标准结构模型；

S2、构建管道-流体场耦合模型：设置所述管道的三维模型内部空间为流体场，管道内流体场为气液两相流场，并设置液相流场为紊流状态；将所述气液两相流场与所述管道标准结构模型进行耦合构建；

S3、对所述管道-流体场耦合模型进行耦合计算，进而得到管道上覆土压力、交通荷载和流体荷载对管道的致灾机理，并进行可视化展示。

优选的所述的暴雨环境下管道多物理场作用致灾机理演示方法，步骤S1中，构建所述管道标准结构模型步骤如下：

S11、分别按照预设工况建立管道、土体、橡胶圈三维模型；

S12、材料属性设置：使用CDP模型描述管道应力应变关系对管道赋予材料参数，同时对土体、橡胶圈赋予基础材料参数；所述应力应变关系包括受拉关系和受压关系；