论文摘要
滑坡、岩崩、雪崩、火山碎屑流、泥石流等（为方便起见,本文统称为滑坡）发生在水库、湖泊、河道、峡湾、海洋等水体附近时激起巨大的涌浪,对人民的生命财产安全造成严重威胁。降雨、地震、人类活动等均能诱发滑坡。研究滑坡及其产生的涌浪对灾害范围（涌浪淹没区域）的预测和评估具有重要意义。此外,当滑坡体的体积超过106m3时往往呈现出高速远程特征,这类滑坡具有更大的破坏性,常规分析方法已不适用。深入研究高速远程滑坡机制,改进现有数值模型,对正确预测滑速、滑距、堆积形态及涌浪至关重要。滑坡涌浪灾害的形成包含滑坡体的启动和入水、涌浪的产生和传播、沿岸爬高和淹没等一系列过程,涉及多重时间和空间尺度。针对高速远程滑坡的机制研究者们提出了很多猜想,如声发射液化、破碎、空气垫层润滑、滑坡体液化（热增压或底部剪切带剪缩产生超孔隙水压力）以及摩擦系数的衰减等。定量研究主要集中在理论推导、物理试验和数值模拟方向。数值模拟不受试验场地的限制,可重复性强,随着计算机性能的发展受到越来越多的关注。本文在离散单元法中考虑滑速与摩擦系数的关系来模拟高速远程滑坡。同时基于DEM-SPH耦合模型和开源软件DualSPHysics v4.0,从滑坡体刚度、初始位置、滑速和维度四个方面来研究滑坡产生的涌浪及其在近场的传播。主要研究成果如下:（1）滑坡涌浪研究现状的总结。指出数值仿真中基于网格方法的局限性,并结合离散单元法DEM和光滑粒子流体动力学SPH两种无网格方法,提出了新的DEM-SPH耦合模型,用来模拟滑坡涌浪。（2）刚体滑坡涌浪研究。对不同块体形状、初始条件和过渡类型的物理试验进行了数值仿真,模拟了单块体、多块体滑坡产生的涌浪以及冲击坑的形成等复杂水力现象。刚体滑坡的运动由块体离散元计算得到,运动轨迹不需要事先指定。对块体摩擦角、拖曳力系数和附加质量系数进行了敏感性分析。改进了块体浮力的计算算法使之适用于块体部分在水下的块体滑动问题。（3）可变形滑坡涌浪研究。模拟了水下、水上慢速以及水上快速可变形滑坡涌浪,并将数值结果与物理试验比对,验证了耦合模型的有效性。可变形滑坡的运动采用颗粒离散元求解,能够考虑滑坡体的变形效应,同时引入滚动摩擦限制颗粒之间的转动。提出了不规则滑坡体的建模方法,并对影响滑坡体运动的滚动摩擦系数、全局阻尼系数以及影响涌浪运动的人工粘度系数进行了敏感性分析。（4）高速远程滑坡研究。考虑声发射液化、破碎、空气垫层润滑和滑坡体液化等机制,滑坡体的摩擦系数不再保持为常数,而是随着滑速动态变化。基于块体和颗粒离散元开展了高速远程滑坡的数值研究。（5）实际工程应用。基于开源软件DualSPHysics v4.0,采用GPU显卡加速,对西班牙Es Vedrà岛的三维刚体滑坡涌浪进行了数值仿真,模拟了涌浪的侧向传播,涌浪呈半圆形向外扩展过程,初步揭示了高速远程滑坡产生的涌浪特征。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 谭海
导师: 陈胜宏,徐青
关键词: 高速远程滑坡,滑坡涌浪,离散单元法,光滑粒子流体动力学,耦合模型,摩擦系数的衰减
来源: 武汉大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑
专业: 地质学,地质学,地球物理学,工业通用技术及设备,水利水电工程
单位: 武汉大学
分类号: P642.22;TV139.23
总页数: 189
文件大小: 9035K
下载量: 144
相关论文文献
标签：高速远程滑坡论文; 滑坡涌浪论文; 离散单元法论文; 光滑粒子流体动力学论文; 耦合模型论文; 摩擦系数的衰减论文;