[发明专利]一种泥石流冲刷桥墩的计算方法

摘要

本发明公开了一种泥石流冲刷桥墩的计算方法，包括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，引入经验参数ξ，得到修订后的侵蚀速率公式；根据泥石流冲刷桥梁确定的工况物理参数完成数值计算：将修订后的侵蚀速率计算公式转化为向量形式并进行时间和空间上的离散，确定泥石流的物理参数并进行赋值，采用有限体积法进行通量黎曼问题求解；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，从而完成一个计算循环；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，获得泥石流冲刷桥墩的结论。

主权项

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： ∂ h ∂ t + ∂ ∂ x ( u h ) + ∂ ∂ y ( v h ) = e b ]]>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，eb——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： e b = T 1 b o t - T 2 t o p ρ ( | u 1 b o t | - | u 2 t o p | ) ]]>式中：τ1bot——基底剪切力，τ2top——基底阻力，ρ——泥石流密度，u1bot——侵蚀边界上的泥石流及基底沉积物速度，u2top——侵蚀边界上的基底沉积物速度；对τ1bot采取修正的基底剪切力公式，对τ2top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： e b = τ 1 b o t - τ 2 t o p ρ ( 1 - s ) | u | ( 1 - e - ξ | u | 2 ) ]]>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： ∂ w ∂ t + ∂ f ∂ x + ∂ m ∂ y = s + t ]]>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： w i n + 1 = w i n - Δ t Δ x ( f e n - f w n ) - Δ t Δ y ( m n n - m s n ) + Δ t ( s i n + t i n ) ]]>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，fe——网格节点上通过东方向的通量，fw——网格节点上通过西方向的通量，mn——网格节点上通过南方向的通量，ms——网格节点上通过北方向的通量；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eb＞0时，发生冲刷；当eb＜0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。