土石坝溃决溃口数值模拟与溃坝虚拟现实技术研究

发布时间：2020-08-19 19:44

【摘要】：土石坝因其就地取材、结构简单、施工简单等特点而被广泛使用。在我国,土石坝的数量占大坝总数量的95%,土石坝在发挥重要作用的同时,也存在潜在的安全隐患。土石坝一旦溃决,将会对下游造成严重打击,威胁着人民生产生活安全。溃坝问题主要包括三个方面:溃决洪水、溃口发展、洪水演进。其中溃口发展影响着溃坝洪水的计算进而影响洪水演进计算。现有的溃口数值模拟方法多用直线滑面的楔形体稳定分析法模拟,其结果与真实溃坝现象相差较大。此外,当土石坝面临溃决时,直观的向政府决策者展示可能溃坝灾害状况将影响着决策的效率,可目前三维溃坝虚拟现实研究较少。本文针对土石坝溃决溃口模拟和溃坝虚拟现实问题进行了研究,主要研究内容如下:(1)采用圆弧滑面稳定分析方法模拟土石坝溃口横向扩展。并针对此问题开发基于EXCEL VBA的边坡稳定程序DBS-IWHR,该程序能计算指定圆弧滑面的安全系数,并提供枚举法、单纯形法两种方法完成临界滑裂面的搜索。为工程人员快速计算土石坝溃口横向扩展过程提供技术支持;(2)针对无地形资料的小流域土石坝,采用固定翼无人机对小流域进行航拍,获得高精度的DEM高程数据和正射投影图像。以高精度地形资料为基础,利用DB-IWHR模型计算溃坝溃口洪水流量过程线,将这一结果作为边界条件输入到MIKE21模型,计算下游洪水演进过程。最后,将MIKE21的计算结果导入到Arcgis平台,在Arcgis平台上可直观地观测洪水淹没范围、水深等数据随时间的变化情况,为土石坝的管理和安全防护提供技术支持;(3)利用3dsMax、Realflow、Rayfire等虚拟现实软件将精确的三维地面模型、城市街道、建筑物等融合,再现土石坝实地情形,在虚拟场景中表现了溃口的发展、边坡的坍塌、以及溃决洪水的演进,实现了溃坝过程虚拟现实;(4)开发基于Java和Unity3d的三维场景漫游管理系统,实现对坝区房屋的有效管理,并提供坝区虚拟场景的漫游功能。
【学位授予单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV122.4
【图文】：

日本凭其强大的计算机仿真技术，率先开展了堰塞湖溃坝虚拟现实研究，其成果能逡逑逼真的展示堰塞湖的形成、堰塞坝溃决、洪水漫延场景，使得非专业人员也能快速了解逡逑灾害状况，为决策人员提供直观的技术支持。日本制作堰塞湖溃决虚拟现实效果如图１－２。逡逑而我国目前利用虚拟现实技术模拟溃坝灾害的研究较少。逡逑＊邋１逡逑

溃坝虚拟现实研究现状逡逑传统的溃坝计算结果最终都会体现在一维表格或者二维图像上，专业人员受到相关逡逑，能在图表中获得所需信息；但非专业人员想迅速了解溃坝情况，了解溃口如何形逡逑洪水漫延真实三维情况等，通过传统计算结果很难达到目的。逡逑

溃坝虚拟现实研究现状逡逑传统的溃坝计算结果最终都会体现在一维表格或者二维图像上，专业人员受到相关逡逑，能在图表中获得所需信息；但非专业人员想迅速了解溃坝情况，了解溃口如何形逡逑洪水漫延真实三维情况等，通过传统计算结果很难达到目的。逡逑

【参考文献】

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本文编号：2797503