基于SPH方法的黏性泥石流堆积形态数值模拟.pdf

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1、第22卷第6期自然灾害学报V01．22No．62013年12月JOURNALOFNATURALDISASTERSDec．2013文章编号：1004—4574(2013)06—0125—06基于SPH方法的黏性泥石流堆积形态数值模拟缪吉伦，张文忠，周家俞(1．重庆交通大学西南水运工程研究所，重庆400016；2．重庆大学资源及环境学院，重庆400015)摘要：泥石流常常导致严重的灾难。黏性泥石流的运动符合宾汉流体运动规律，认为黏性泥石流遵循可压缩流Navier—Stokes方程，建立了基于无网格粒子算法的SPH数值模型。对SPH法

2、的基本原理、核函数及控制方程离散格式、边界处理及数值解法等进行了介绍。在此基础上分析研究了黏性泥石流堆积运动过程，并与试验结果及其他理论方法得到的结果进行了比较，表明该方法能够模拟黏性泥石流的堆积运动过程。关键词：泥石流；光滑粒子流体动力学；无网格法；数值模拟中图分类号：P642．23文献标志码：ANumericalsimulationoftheaccumulationstateofviscousdebrisflowbysmoothparticlehydrodynamicsmethodMIAOJilun，ZHANGWenzhon

3、g，ZHOUJiayu(1．SouthwestResearchInstituteofWaterwayTransportation，ChongqingJiaotongUniversity，Chongqing400016，China2．Resource＆EnvironmentEngineeringCollege，ChongqingUniversity，Chongqing400015，China)Abstract：Debrisflowoftencausesseriousdisasters．Theviscousdebrisflowmot

4、ionagreeswiththeBinghamnovementlaw．whichassumesthattheVISCOUSdebrisflowcouldbedescribedbycompressibleNavier．Stokesequations．ThisstudyestablishedameshfreeparticleSPH(smoothedparticlehydrodynamics)model，andintroducedthebasicprinciple，kernelfunction，discretizationscheme

5、andboundarytreatmentsoftheSPH．Basedonthemode1．themovementprocessoftheaccumulationofviscousdebrisflowsiSanalyzed．Theanalysisresultsarecomparedwithresultsfromexperimentsandothermethods．Themodelisshowncapableofsimulatingthewholeprocessofaccumulationofviscousdebrisflows．

6、Keywords：debrisflows；smoothparticlehydrodynamics；meshfreemethod；numericalsimulation泥石流是一种山区沟谷中常见的自然灾害，是由冰雪融水、暴雨等激发的、含有大量泥砂石块的特殊洪流，具有爆发突然、冲击剧烈、历时短暂、成灾快速等特点。我国是泥石流灾害频繁的国家，每年因公路泥石流造成的直接经济损失达50亿元左右。2010年8月7日，甘肃舟曲县突发特大山洪泥石流灾害，致使1239人遇难，505人失踪。因此，研究泥石流的运动特性，对于防灾减灾具有重要的现实意义

7、。由于开展泥石流室内试验成本高、难度大，目前国内外一些学者常常通过计算机对泥石流运动过程进行仿真模拟，对灾害波及的范围进行研究。如王沁等建立了特殊的格子Boltzmann模型，罗元华等采用算子分裂法，其它一些学者采用基于网格的数值方法，如三角网格的有限差分法、FVM法等，对溃决泥石流的运动进行了研究。目前的研究成果都未讨论或模拟泥石流堆积的动态过程。收稿日期：2012—11—27；修回日期：2013—01—15基金项目：教育部博士点专项基金资助项目(2011019111036)；中央高校基本科研业务费(CDJZR12240070

8、)作者简介：缪吉伦(1971一)，男，副研究员，主要从事水利水运工程研究．E—mail：jimcqcu@163．con通讯作者：周家俞，男，助理研究员．E—mail：zjyxks@163．com·126·自然灾害学报第22卷光滑粒子流体动力学方法(smoothp