›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (4): 1226-1232.doi: 10.16285/j.rsm.2017.04.038

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基于SPH-DEM流-固耦合算法的滑坡涌浪模拟

王志超1,李大鸣2   

  1. 1. 江西省水利科学研究院,江西 南昌 330029;2. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300072
  • 收稿日期:2016-01-18 出版日期:2017-04-11 发布日期:2018-06-05
  • 作者简介:王志超,男,1988年生,博士,工程师,主要从事水动力学和流固耦合运动力学问题的数值模拟研究工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(No. 51079095,No.51369011);国家自然科学基金创新研究群体学基金(No. 51021004)。

Fluid-structure coupling algorithm based on SPH-DEM and application to simulate landslide surge

WANG Zhi-chao1, LI Da-ming2   

  1. 1. Jiangxi Provincial Institute of Water Sciences, Nanchang, Jiangxi 330029, China; 2. State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety, Tianjin University, Tianjin 300072, China
  • Received:2016-01-18 Online:2017-04-11 Published:2018-06-05
  • Supported by:

    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51079095, 51369011) and the Science Fund for Creative Research Groups of the National Natural Science Foundation of China (51021004).

摘要: 采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法和离散单元法(DEM),并基于达西渗透试验原理,提出一种SPH-DEM耦合算法用于处理宏观尺度下离散体与流体之间的相互作用问题,并基于该流-固耦合方法采用FORTRAN语言建立滑坡涌浪数学模型。模拟了块体滑坡问题,并与试验数据进行对比以验证该耦合方法的有效性。模拟分析了离散体滑坡产生涌浪以及涌浪传播的过程,分析比较了数值模拟得到的最大涌浪高度与经验公式结果间的关系。研究表明:采用该耦合方法模拟水下块体滑坡问题得到的结果与试验数据吻合良好;模拟离散体滑坡涌浪问题时,较清晰地反映了滑坡体对水的排挤到涌浪的产生过程、水在滑坡体中的渗透过程和滑坡体与水耦合作用发生变形的过程;不同公式分析方法得到的最大涌浪高度之间均有一定差别,算例中滑坡体受重力作用沿倾斜坡面滑动入水过程更接近于潘家铮法的垂直运动模式,因此,模拟结果与之最为接近。

关键词: 光滑粒子流体动力学, 离散单元法, 流-固耦合, 滑坡, 涌浪

Abstract: To handle the interactions between discrete medium and fluid in macro scale problems, the paper develops a fluid-structure coupling algorithm using smoothed particle hydrodynamics (SPH) method and discrete element method (DEM) and based on the principle of Darcy permeability test. A numerical model for landslide surge applying this coupling algorithm is developed by Fortran. The proposed procedure is used to simulate surge triggered by underwater block landslide, and numerical results are compared with the experimental data to verify the validity of the coupling algorithm. In addition, the generation, propagation and dissipation processes of surge induced by discrete medium landslide are also studied. Numerical maximum surge height is compared with the results of empirical formulas. Research shows that: simulated underwater block landslide surge is in good agreement with the tested results. In dealing with discrete medium landslide surge problems, the coupling algorithm can clearly reflect the process of surge formation, infiltration and deformation of landslide medium. Moreover the empirical formulas deduce different maximum surge heights. The process of discrete medium freely sliding along the inclined slope into water is closer to the vertical motion mode of Panjiazheng method, so does the numerical result.

Key words: smoothed particle hydrodynamics (SPH), discrete element method (DEM), fluid-structure coupling, landslide, surge

中图分类号: 

  • TU 473.1

[1] 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.
[2] 罗刚, 张辉傲, 马国涛, 周海文, 胡卸文, 王文健, 王文沛, . 高速岩质滑坡滑面滑动摩擦特性研究——以王山 抓口寺滑坡为例[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2441-2452.
[3] 杜文杰, 盛谦, 付晓东, 汤华, 陈贺, 杜宇翔, 周永强, . 地震作用下岩羊村滑坡稳定性与失稳机制研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2461-2469.
[4] 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.
[5] 简文彬, 黄聪惠, 罗阳华, 聂闻. 降雨入渗下非饱和坡残积土湿润锋运移试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1123-1133.
[6] 韩冬冬, 门玉明, 胡兆江. 土质滑坡格构锚杆抗滑机制及受力试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1189-1194.
[7] 黄晓虎, 易武, 黄海峰, 邓永煌. 优势流入渗与坡体变形关系研究及应用[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1396-1403.
[8] 汤明高, 李松林, 许 强, 龚正峰, 祝 权, 魏 勇. 基于离心模型试验的库岸滑坡变形特征研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 755-764.
[9] 陈贺, 张玉芳, 张新民, 魏少伟, . 高压注浆钢花管微型桩抗滑特性 足尺模型试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 428-436.
[10] 于一帆, 王平, 王会娟, 许书雅, 郭海涛, . 堆积层滑坡地震动力响应的物理模型试验[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 172-180.
[11] 闫国强, 殷跃平, 黄波林, 张枝华, 代贞伟, . 三峡库区巫山金鸡岭滑坡成因机制与变形特征[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 329-340.
[12] 旷杜敏, 龙志林, 周益春, 闫超萍, 陈佳敏, . 基于BP神经网络的岩土胶结材料速率敏感 效应预测研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 390-399.
[13] 韩征, 粟滨, 李艳鸽, 王伟, 王卫东, 黄健陵, 陈光齐, . 基于HBP本构模型的泥石流动力过程SPH数值模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 477-485.
[14] 陈宇龙, 内村太郎, . 基于弹性波波速的降雨型滑坡预警系统[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3373-3386.
[15] 黄晓虎, 雷德鑫, 夏俊宝, 易武, 张鹏, . 降雨诱发滑坡阶跃型变形的预测分析及应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3585-3592.
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