庫岸邊坡失穩運動及涌浪產生傳播全過程數值預測研究

《庫岸邊坡失穩運動及涌浪產生傳播全過程數值預測研究》是依託河海大學，由趙蘭浩擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：庫岸邊坡失穩運動及涌浪產生傳播全過程數值預測研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙蘭浩
• 依託單位：河海大學

項目摘要

庫岸失穩、坡體滑動、首浪產生直至涌浪傳播應為完整連續的過程，每一階段的準確描述都將對災害預報的可信度產生較大影響，但目前的研究基本只是針對其中某個階段而展開。本項目擬建立庫岸邊坡失穩運動及涌浪產生與傳播全過程數值預測分析方法。研究庫岸邊坡穩定分析中的關鍵問題、坡體失穩啟動模式，開展坡體失穩滑動過程和入水產生涌浪的機理及數值模擬方法研究，進行涌浪傳播過程數值模擬和災害預測。採用雙重LEVEL SET函式追蹤不同介質分界面，開發有限元-離散元混合法和移動嵌套格線技術，反映滑坡體、庫水和空氣三者間強烈耦合作用。著力解決不同過程間的無縫連線，運用並行計算技術，在一個原始碼中通過一次計算實現庫岸邊坡失穩運動及涌浪產生與傳播全過程數值仿真計算，評價涌浪對大壩安全度的影響。推動固體力學與流體力學相關交叉學科的發展，解決單一學科知識所不能解決的問題，克服以往研究只是孤立開展的缺點，提高災害預報的可信度。

結題摘要

庫岸失穩、坡體滑動、首浪產生直至涌浪傳播應為完整連續的過程，每一階段的準確描述都將對災害預報的可信度產生較大影響，但目前的研究基本只是針對其中某個階段而展開。本項目將岸坡失穩—坡體滑動—首浪產生—涌浪傳播等視為連續的四個階段，建立了庫岸邊坡失穩運動及涌浪產生與傳播全過程數值預測分析方法。具體研究內容如下：以有限元強度折減法為基礎，提出了基於分區有限元與塊體界面元混合解法的邊坡穩定動力分析方法，套用飽和-非飽和非穩定滲流場與應力場耦合的方法，研究了超孔隙水壓力的增長消散對邊坡動力穩定的影響；針對土質和岩質邊坡失穩運動問題，分別提出了三相流模型和距離勢離散單元法，對鬆散土質坡體和岩質塊體邊坡分別建立失穩滑動過程的數值仿真模擬方法；提出了基於守恆式的Level-Set方法來捕捉滑坡體、庫水和空氣三者之間的交界面，模擬滑坡體入水首浪產生過程中強烈的耦合作用，並在此基礎上分別提出了改進的守恆式Level-Set方法和基於薄界面的Particle Level-Set方法來捕捉自由液面的變化；以首浪產生數值模結果作為前提，基於限制水深法提出了修正水深梯度方法來處理乾濕界面問題，模擬了涌浪的傳播過程，研究了涌浪對大壩的衝擊影響，並對涌浪災害進行了評價。 本項目以金沙江下游向家壩、溪洛渡水電站庫區8處代表性庫岸邊坡為例，進行了庫岸穩定性及涌浪災害全過程數值預測和災害評價。以乾海子滑坡為例，研究結果表明，滑坡前緣蓄水後有局部失穩的可能，失穩後絕大部分滑體滑入河道，涌浪沿著金沙江河道向上下游傳播，涌浪浪高在滑坡附近幾百米內發生急劇衰減；隨時間增長，涌浪逐漸向壩址衰減傳播，傳播到壩址前的浪高低於大壩高度，對大壩的衝擊速度較低，在無外界不可抗力因素的影響下，滑坡涌浪對大壩存在一定的影響，但不會產生危害性的破壞。 本項目發表標註基金資助的學術論文15篇，其中SCI檢索論文11篇；培養博士研究生2名，碩士研究生2名；申請發明專利3項；申請計算機軟體著作權1項；出版專著1本。各項研究指標均達到或超過原申請書之規定。