[发明专利]研究滑坡涌浪传播规律及其对大坝寿命预测的模型和方法

摘要

本发明属于水利工程领域，提供了一种研究滑坡涌浪传播规律及其对大坝寿命预测的模型和方法，在考虑滑坡体的材料和运动状态的前提下，建立一种既能体现滑坡体与水体相互作用、又能考虑滑坡涌浪在河道特征的滑坡涌浪模型。该方法是在N—S方程水波模型算法基础上，构建一种库区滑坡涌浪计算模型，然后结合数值模拟和滑坡涌浪模型试验，利用相关仪器采集的源数据，通过多种滑坡涌浪模型方案来验证建立的滑坡涌浪计算模型的合理性和普适性，并引入损失边界面来考虑大坝损伤效应，不仅揭示了滑坡涌浪的传播规律，还研究出了一种预测大坝剩余寿命的方法，为进一步研究滑坡涌浪的传播规律，合理预测大坝的使用寿命提供了理论基础和科学依据。

主权项

一种研究滑坡涌浪传播规律及其对大坝寿命预测的方法,其特征是：所述方法包括以下步骤：1)实测滑坡现场得到滑坡体的形状和质量m、密度ρ、粘度η物理参数；2)收集的滑坡现场空气、水体的密度ρ、粘度η以及扩散系数K；3)通过N—S方程和Euler方程的交替迭代求解方式,建立滑坡涌浪计算模型，求解方法如下:A)在N—S方程水波模型求解中，将滑坡体质量m、密度ρ、粘度η物理参数及滑坡现场空气、水体的密度ρ、粘度η以及扩散系数K代入公式得到速度场分布，通过计算浓度场的对流方程得到浓度场分布规律；B)利用质量守恒系数和自由表面光滑系数校正A)中浓度场分布规律，由浓度场分布规律和滑坡现场空气、水体的密度、粘度重新构建N—S方程中密度和粘度系数，从而实现N—S方程水波随着时间逐渐演化传播特点；C)在N—S方程水波模型求解基础上，结合河道水位变化特点，充分考虑滑坡体与水体接触面粘滞性的特点，忽略滑坡体内部材料的相互作用，将滑坡体视作一种流体与水体、气体组成的三相非定常流，在靠近滑坡体与水体附近区域直接采用N—S方程求解，而远离滑坡体区域则采用Euler方程模拟整体流场，从而构建出了一种滑坡涌浪计算模型；4)滑坡涌浪计算模型中，在N—S水波模型基础上，引入滑坡体浓度控制方程以及三者组分控制方程，计算过程与N—S水波模型类似，流体表面的跟踪依据水体、空气浓度场变化确定；5)验证，具体步骤如下；E)收集实验室的空气、水体的密度ρ、粘度η以及扩散系数K；F)在实验室内测定不同类型滑坡体的质量m、摩擦参数μ、滑坡体在滑槽开始滑动的位置和滑槽末端之间的距离，可以求出滑坡体在恰好入水那一刻的速度V，进而求出沿水槽方向即x方向速度V；G)记录不同滑坡体以不同滑速在不同水槽中入水过程的水波传播规律，包括涌浪波形、波高、传递时间；Η)绘出不同滑坡体以不同滑速形成的波形时域图、波高时域图，从而得到不同坡角和形态滑坡体入水后涌浪过程及最大涌浪高，并测定出涌浪在平直河道和弯曲河道的传播规律；I)收集坝体模型、水槽模型中不同滑坡体以不同滑速在不同水位下水波冲击的压力作用时间历程，从而绘制出压力时间历程图和应力时间历程图。