[发明专利]一种基于SPH远近场耦合计算的滑坡涌浪模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于SPH远近场耦合计算的滑坡涌浪模拟方法，包括以下步骤：(1)建立SPH近场滑坡涌浪计算模型；(2)进行SPH近场滑坡涌浪计算；(3)提取SPH近场滑坡涌浪中滑体运动速度，首浪浪高，以及对岸浪高；(4)建立远场滑坡涌浪计算模型；(5)以SPH近场滑坡涌浪计算模型获得的首浪高度为依据，通过标定远场模型的对岸浪高，确定远场滑坡涌浪计算模型中涌浪的输入；(6)进行远场涌浪的计算，获得涌浪远场传播特征；(7)提取远场滑坡涌浪计算模型中各测点的最大浪高，绘制涌浪最大浪高分布云图，确定灾害影响范围。本发明解决了滑坡涌浪模拟计算中岩土体材料参数难以准确确定以及涌浪产生边界难以准确输入的问题。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域中的滑坡涌浪的模拟计算方法，尤其涉及一种基于SPH远近场耦合计算的滑坡涌浪模拟方法。

背景技术

滑坡涌浪作为滑坡入水产生的次生灾害，严重威胁河道两岸人们的生命财产安全以及大坝的稳定运行。正确评估滑坡涌浪灾害从而进行针对性预防和治理具有重要科学意义和工程价值。

滑坡涌浪主要包含滑坡入水激起涌浪以及涌浪传播部分。滑坡运动演化特征是滑坡涌浪的主要影响因素，对滑坡涌浪大小和特征起到控制作用。岩土体力学参数决定了滑坡运动情况，参数的准确输入是模拟计算中的难题。非牛顿流体表征岩土体材料的方法材料参数难以获取，DEM方法需要进行大量标定工作。在涌浪传播的模拟计算中，涌浪产生边界作为水-岩交互边界，控制了计算结果的准确性。

滑坡涌浪的影响范围广，动则数十公里，使用求解N-S方程的数值方法对滑坡涌浪的影响范围进行计算，其精度受网格尺寸影响，难以兼顾计算精度和计算时间。水波动力学方法中涌浪产生边界的涌浪特征使用公式计算获得，无法准确反映滑坡入水推动水体产生涌浪的整个过程。具体体现在，水波动力学方法能够较好刻画涌浪的传播情况，该方法在保证计算精度的前提下缩短了计算时间，在计算广范围的涌浪传播情况有突出优势。但水波动力学方法中滑坡涌浪产生边界输入的涌浪特征大多通过经验公式确定，该涌浪特征是在大量简化后获得，难以反映实际滑体以及滑动面条件下的滑坡涌浪特征，导致涌浪远场传播的初始条件与实际有较大偏差，后续计算结果的准确性下降。

发明内容

发明目的：针对滑坡涌浪计算中存在的问题，本发明提供一种基于SPH远近场耦合计算的滑坡涌浪模拟方法，通过对照远、近场的对岸浪高大小，确定远场计算模型中涌浪产生边界涌浪输入的准确性，解决了滑坡涌浪计算中岩土体材料参数难以准确确定以及涌浪产生边界难以准确输入的问题。

技术方案：本发明基于SPH远近场耦合计算的滑坡涌浪模拟方法包括以下步骤：

(1)建立SPH近场滑坡涌浪计算模型；包括步骤(1.1)～(1.5)：

(1.1)对地质剖面进行处理，保留底滑面、带有岩性分界线的滑体、滑带以及水位线；

(1.2)使用岩性分界线和水位线对滑体进行切割，将形成的不同岩性和饱和度的滑体作为SPH近场滑坡涌浪计算模型的滑体；

(1.3)将底滑面向下偏移为有厚度的面，将所述有厚度的面作为SPH近场滑坡涌浪计算模型的底部边界；

(1.4)根据水位线以及水位线下部地形建立水体；

(1.5)使用相同间隔的粒子对步骤(1.2)的滑体、步骤(1.1)的滑带、步骤(1.3)的底部边界和步骤(1.4)的水体(1.4)进行填充，确定SPH粒子的分布；

(2)进行SPH近场滑坡涌浪计算；包括步骤(2.1)～(2.3)：

(2.1)使用摩尔-库伦本构模型，根据滑体以及滑带的力学特性赋值SPH近场滑坡涌浪计算模型中的岩土体参数，使用状态方程计算水体的压力p；

(2.2)将底部边界设定为固定边界来限制滑体和水体的运动；