基于SPH方法的粘性泥石流运动过程模拟研究

发布时间：2024-02-19 20:58

　　泥石流通常在暴雨情况下诱发,具有初始势能大、持续时间短、运行速度快和预测困难等特点。近年来,人类活动日益频繁,极端天气出现频率明显增高,导致世界各地泥石流灾害频发。因此,研究泥石流运动过程对泥石流的致灾范围预测和合理防治具有重大意义。泥石流动力学特征复杂多变,其运动过程中往往涉及大变形问题。采用传统的基于网格的数值方法计算时,很容易造成网格畸变、扭曲等问题。此外,现有的泥石流运动模型或在二维纵剖面对泥石流的运动特征进行分析,或基于深度积分理论(Depthintergrated)将三维研究对象概化为二维问题,在水平剖面上表征泥石流的流速、流深等属性,不能准确表达泥石流的三维运动特征。本文将光滑粒子动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法应用于流体大变形问题的研究,发挥其不依赖于网格的计算特性和处理自由表面等问题上的天然优势;基于Navier-Stokes方程,从二维无粘性溃坝流体的SPH形式运动控制方程出发,逐步拓展至三维粘性溃坝流体运动的模拟;最终推导得到了三维粘性泥石流运动的控制方程。主要成果如下:(1)基于Navier-Stokes方程,...

【文章页数】：130 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1欧拉视角和拉格朗日视角Savage和Hutter（1991）研究了干颗粒物质沿粗糙斜面崩滑问题

求解积分形式的控制方程。的计算方法中，数值模拟的前提是将计算域剖分生成网格则底床和复杂沟道网格的剖分和维护是非常困难的。欧拉自由表面、变形界面或不同物质之间交界面同样是很困难采用自适应网格和网格再分技术处理交界面的移动、捕捉小，计算耗时明显增加（图1-1）。此外，在岩土体崩滑或....

图1-2离散元和有限元结合的方法

图1-2离散元和有限元结合的方法动力学模型及其局限性流体的角度出发，将物质组成复杂的泥石流视作连续体，rgrated），沿深度方向积分N-S方程，将三维泥深属性压缩的计算过程（Mcdougalletal.,2006；Pastoretal.,2009,201节中重点介绍泥石....

图1-3应力状态莫尔应力圆（满足库仑屈服准则）

中国地质大学（北京）博士学位论文0hsintancoscosθcostancoscosθcosθjjxxxxyxxyyyxyyyvhxvvavvgsgvghghKghtxyxvvvbhvvsg....

图1-4应力张量坐标示意图

zzz/yactpasszzz2211422xzxzxz2114tan12xxKK型早起源于Hungr提出的“等效流体”概念，即假定泥石为流体的运....

本文编号：3903307