岩土力学 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (1): 388-394.doi: 10.16285/j.rsm.2017.1268

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基于流体动力学-离散单元耦合算法的 海底滑坡动力学分析

景 路1,郭颂怡1, 2,赵 涛2   

  1. 1. 香港大学 土木工程系,香港;2. 四川大学 水力学与山区河流开发保护国家重点试验室,四川 成都 610065
  • 收稿日期:2017-06-21 出版日期:2019-01-11 发布日期:2019-01-31
  • 通讯作者: 郭颂怡,女,1979年生,博士,助理教授,主要从事岩土力学数值方法方面的研究工作。E-mail: fioan.kwok@hku.hk E-mail:lljing@hku.hk
  • 作者简介:景路,男,1989年生,博士,主要从事泥石流研究和流固耦合动力学方面的计算工作
  • 基金资助:
    大学教育资助委员会(香港)优配研究金(No. 17203614);水力学与山区河流开发保护国家重点实验室(四川大学)开放基金(No. SKHL1610);国家自然科学基金(No. 41602289)。

Understanding dynamics of submarine landslide with coupled CFD-DEM

JING Lu1, KWOK Chung-yee1, 2, ZHAO Tao2   

  1. 1. Department of Civil Engineering, The University of Hong Kong, Hong Kong, China; 2. State Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering, Sichuan University, Chengdu, Sichuan 610065, China
  • Received:2017-06-21 Online:2019-01-11 Published:2019-01-31
  • Supported by:
    This wok was supported by the General Research Fund from the Research Grants Council of Hong Kong (17203614), the Open Funding of the State Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering, Sichuan University (SKHL1610) and the National Natural Science Foundation of China (41602289).

摘要: 采用计算流体动力学(CFD)和离散单元法(DEM)建立描述水与颗粒相互作用的耦合算法,用以分析海底滑坡的动力学特性。通过颗粒堆积体坍塌试验验证了模型的有效性。模拟分析了不同初始高宽比的水下坍塌过程,并与空气中的坍塌过程进行详细对比。研究表明:该耦合算法可以较好地描述海底边坡的失稳、流动、堆积过程;水下滑坡体与水体会发生复杂的相互作用,在颗粒由垂直下落转为水平流出时,会在水中形成涡旋;在高宽比较大的情形下,水中涡旋会明显改变颗粒最终堆积的表面形态;水中滑坡的移动距离较小、堆积厚度较大、表面松散介质易受水流影响。

关键词: 计算流体动力学, 离散单元法, 耦合, 海底滑坡

Abstract: A coupled computational fluid dynamics (CFD) and discrete element method (DEM) model is established to capture the fluid-particle interactions in submarine landslide. The model is validated with experimental data of granular collapse in the literatures. Underwater granular collapse, as a paradigm of submarine landslide, is simulated with various initial aspect ratios, in detailed comparison with aerial granular collapse. The results show that CFD-DEM can well capture the key processes of submarine landslide, including its collapse, propagation, and deposition. Complicated interactions between water and grains are observed, such as the formation of vortex in water when the granular flow transits from vertical falling to lateral spreading. When the initial aspect ratio is high, the vertex in water can significantly modify the surface morphology of the final deposit. Compared to dry granular collapse, the underwater landslide generally leads to a shorter runout distance and thicker deposit; the loose materials on the surface are easily affected by the water flow.

Key words: computational fluid dynamics (CFD), discrete element method (DEM), coupling, submarine landslide

中图分类号: 

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[1] 王珂, 盛金昌, 郜会彩, 田晓丹, 詹美礼, 罗玉龙, . 应力−渗流侵蚀耦合作用下粗糙裂隙渗流特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 30-40.
[2] 李任融, 孔纲强, 杨庆, 孙广超. 流速对桩−筏基础中能量桩换热效率 与热力耦合特性影响研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 264-270.
[3] 杨济铭, 张小勇, 张福友, 曾超峰, 梅国雄, . 砂土中桩-土-承台协同作用下桩基 承载特性细观研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2271-2282.
[4] 姚玉文, 刘方成, 补国斌, 景立平, . 橡胶砂弹性动力学参数的弯曲-伸缩元试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2369-2379.
[5] 毛浩宇, 徐奴文, 李彪, 樊义林, 吴家耀, 孟国涛, . 基于离散元模拟和微震监测的白鹤滩水电站左岸地下厂房稳定性分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2470-2484.
[6] 郑立夫, 高永涛, 周喻, 田书广, . 浅埋隧道冻结法施工地表冻胀融沉规律及冻结壁厚度优化研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2110-2121.
[7] 孙德安, 薛垚, 汪磊, . 变荷载作用下考虑半透水边界热传导性的 一维饱和土热固结特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1465-1473.
[8] 徐毅青, 邓绍玉, 葛琦. 锚索预应力初期与长期损失的预测模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1663-1669.
[9] 薛阳, 吴益平, 苗发盛, 李麟玮, 廖康, 张龙飞. 库水升降条件下考虑饱和渗透系数空间变异性的白水河滑坡渗流变形分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1709-1720.
[10] 胡田飞, 王天亮, 常键, 刘建勇, 卢玉婷, . 基于有限体积法的冻土水热耦合程序开发及验证[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1781-1789.
[11] 刘媛, 马祥华, 刘洋, 肖飞, 陈玉海. 干耦合超声波检测及波初至的自动拾取[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1455-1464.
[12] 郑立夫, 高永涛, 周喻, 田书广. 基于流固耦合理论水下隧道冻结壁厚度优化研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 1029-1038.
[13] 侯会明, 胡大伟, 周辉, 卢景景, 吕涛, 张帆. 考虑开挖损伤的高放废物地质处置库温度-渗流-应力耦合数值模拟方法[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 1056-1064.
[14] 侯公羽, 谢冰冰, 韩育琛, 胡涛, 李子祥, 杨兴昆, 周天赐, 肖海林, . 分布埋入式光纤与隧道衬砌耦合性能试验及应用[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 714-726.
[15] 夏才初, 喻强锋, 钱 鑫, 桂 洋, 庄小清. 常法向刚度条件下岩石节理剪切−渗 流特性试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 57-66.
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