[发明专利]一种基于DEM-CFD-SPH建模的滑坡涌浪模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于DEM‑CFD‑SPH建模的滑坡涌浪模拟方法，包括以下步骤：(1)根据滑坡地质情况建立颗粒离散元DEM滑坡运动演化模型，设置岩土体参数及边界条件；(2)根据水体条件建立CFD计算网格，施加水流条件和水体参数；(3)模拟水阻力影响下滑体的运动情况，导出颗粒的运动过程；(4)根据颗粒离散元DEM滑坡运动演化模型建立SPH滑坡涌浪计算模型，并将颗粒的运动过程导入SPH滑坡涌浪计算模型作为滑体颗粒的运动轨迹；(5)通过SPH滑坡涌浪计算模型计算滑坡涌浪特征。本发明解决了颗粒离散元模拟滑坡运动过程中难以考虑水体影响，以及SPH方法滑坡涌浪计算中难以准确获得滑体运动情况的问题，使模拟结果更加符合实际。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域中滑坡涌浪的模拟方法，尤其涉及一种基于DEM-CFD-SPH建模的滑坡涌浪模拟方法。

背景技术

库岸滑坡涌浪是水库运行过程中重要的灾害类型，给人民的生命财产安全以及大坝稳定运行带来巨大隐患。1963年10月意大利瓦依昂水库滑坡，1985年中国三峡库新滩滑坡、2003年中国三峡库区千将坪滑坡等都滑坡涌浪造成的灾难性事故。因此全面准确评价滑坡涌浪全过程对确保库区的正常安全运行有重要科学意义。

在解决滑坡涌浪的问题中，光滑粒子流体动力学计算方法(Smoothed ParticleHydrodynamics，SPH)作为一种无网格粒子法，计算效率高，鲁棒性好，但是在滑坡涌浪的模拟计算中，SPH方法使用规则分布的粒子建立模拟计算模型，其边界多为台阶状，滑体在运动过程中受到边界形状影响严重；同时，SPH方法难以对滑动面的材料进行定义，导致模拟结果难以准确表示滑体的运动情况。目前常用单一刚体对滑体进行表征，通过给定刚体运动形式对滑坡涌浪进行计算，但该方法准确性较低。

颗粒离散元计算方法DEM作为模拟滑坡运动的有效手段，虽然能够准确考虑滑体以及滑动面力学特性对滑坡运动的影响，进而模拟滑坡运动演化过程。但该方法在模拟过程通常忽略水对滑坡运动的作用，因而无法直接用于滑坡涌浪的模拟。

而如何在模拟滑坡运动过程中兼顾水体影响的同时，又准确获得滑体运动情况，使滑坡涌浪的模拟结果更加精确并与实际相符，成为一个亟需解决的技术问题。

发明内容

发明目的：针对现有技术中在模拟滑坡涌浪时存在的问题，本发明提出一种基于DEM-CFD-SPH建模的滑坡涌浪模拟方法，解决了颗粒离散元在计算滑坡运动过程中难以考虑水体影响，以及SPH方法在滑坡涌浪模拟计算中难以准确获得滑体运动情况的技术缺陷，且本发明的滑坡涌浪模拟结果更加符合实际。

技术方案：本发明基于DEM-CFD-SPH建模的滑坡涌浪模拟方法包括以下步骤：

(1)根据滑坡地质情况建立颗粒离散元DEM滑坡运动演化模型，设置岩土体参数及边界条件；所述颗粒离散元DEM滑坡运动演化模型包括滑体和滑床；

(2)根据水体条件建立CFD计算网格，并施加水流条件和水体参数；

(3)根据颗粒离散元DEM滑坡运动演化模型模拟在水阻力影响下滑体的运动过程，并导出滑体中颗粒的运动过程；

(4)根据颗粒离散元DEM滑坡运动演化模型建立SPH滑坡涌浪计算模型，并将步骤(3)中的颗粒的运动过程导入SPH滑坡涌浪计算模型作为滑体颗粒的运动轨迹；

(5)通过SPH滑坡涌浪计算模型计算滑坡涌浪特征，具体为，在SPH滑坡涌浪计算模型中设置计算时间、核函数、重力加速度、水体密度、粘滞系数，进行滑坡涌浪的模拟计算，得到滑坡涌浪的涌浪产生、传播、涌浪高度以及涌浪爬高。

步骤(1)包括以下过程：

(1.1)建立的颗粒离散元DEM滑坡运动演化模型中的滑体采用颗粒进行离散，滑床采用面单元表示；