《滑坡涌浪的產生過程及近場特徵研究》是依託北京理工大學，由劉青泉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：滑坡涌浪的產生過程及近場特徵研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：劉青泉
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
地質體滑坡失穩入水往往引起巨大的涌浪，造成嚴重災害，合理分析預測涌浪的產生和特徵，具有重要科學意義和套用價值。本項目針對滑坡體失穩入水產生的涌浪問題開展研究，重點關注滑坡入水涌浪產生的力學機制和初期（近區）特徵這一關鍵問題。以水體與滑坡體的相互作用及其產生的涌浪首浪的三維特徵為切入點，採用基於Lagrange描述的光滑粒子動力學（SPH）方法，建立複雜滑坡涌浪產生過程的數值模型，實現滑坡體與流體及其相互作用的流固土全耦合模擬。同時輔以針對性的機理性實驗，對涌浪的產生過程進行細緻地數值模擬和模型實驗研究，分析滑坡體與水體的強耦合作用機制，討論滑坡體入水後的滑動速度修正，揭示涌浪首浪的產生機制和特徵，得到首浪特徵的變化規律，最終建立模擬複雜滑坡涌浪產生過程的有效手段和首浪特徵參數的估算公式，並開展初步套用，為水庫滑坡涌浪預報提供有效分析方法。
結題摘要
滑坡失穩入水往往引起巨大的涌浪，並造成嚴重災害。由於滑坡涌浪產生過程中的複雜水土耦合作用，對滑坡涌浪的精確模擬和預測，以及對涌浪特徵的認識是個一直被關注而尚未解決好的重要科學問題。本項目針對這一問題，系統地研究了滑坡涌浪產生的水土耦合力學機制、數值模擬方法和涌浪的近場特徵，取得如下重要進展：(1) 針對滑坡體在失穩滑動過程往往產生大變形和破壞的特點，將土體看作彈塑性體，基於二維本構關係，構建了基於Drucker–Prager模型的土體三維彈塑性本構關係，首次建立了基於SPH方法的滑坡體失穩產生大變形與破壞的三維數值模型，得到了實驗資料的良好驗證，實現了滑坡體大變形及破壞過程的三維數值模擬。（2）針對涌浪產生過程中的典型水土耦合特點，採用基於拉格朗日觀點的光滑粒子動力學（SPH）方法的優點，將土體的變形、破壞過程和水體的運動過程統一起來，建立了基於N-S方程和SPH方法的三維滑坡涌浪水土耦合數值模型，能夠合理模擬滑坡體的複雜變形破壞及其與水體的相互作用過程，首次實現了對複雜可變形滑坡誘導涌浪的水土耦合數值模擬。（3）運用建立的三維滑坡涌浪水土耦合模型，對滑坡涌浪的首浪和近場特徵進行了細緻的數值實驗研究。細緻分析了不同條件下產生的涌浪類型和特徵，揭示了涌浪產生過程中的水土耦合機制，以及複雜邊界對涌浪的影響機制，給出了首浪的波形、波速、波高、波長等變化規律。並從非線性特徵出發，揭示了首浪波形與表征波非線性特徵參數Ursell數的關係，給出了產生不同首浪波形的臨界判斷條件。（4）建立了基於S-V方程的淺水涌浪傳播模型，與涌浪產生模型有機結合，發展了可以統一模擬滑坡涌浪產生及傳播過程的組合數值模擬方法，實現了對滑坡涌浪產生、傳播和致災全過程的合理模擬。套用於擬建的如美水庫滑坡涌浪實際問題，得到了滑坡誘導涌浪的特徵和演化過程，為大壩工程設計提供了科學依據。
