基于HBP本构模型的泥石流动力过程SPH数值模拟

本构模型是描述泥石流流变特性的关键,也是决定其动力过程数值模拟准确性的核心问题之一。泥石流流体属多相混合物,现有的研究已证实其存在剪切增稠或剪切变稀的现象,传统基于Bingham及Cross线性本构关系的数值模型难以准确描述泥石流流变特性。文中探讨了Bingham模型在低剪应变率下的数值发散问题,在光滑粒子流体动力学(SPH)方法框架上建立了整合Herschel-Bulkley-Papanastasiou(HBP)本构关系的稀性泥石流动力过程三维数值模型。相比传统基于浅水波假设的二维数值模型,所述方法从三维尺度建立SPH形式下的泥石流浆体纳维-斯托克斯方程并进行数值求解,可获取泥石流速度场时空分布及堆积形态,同时采用HBP本构关系描述泥石流流变特性,能在确保数值收敛的前提下反映泥石流流体在塑性屈服过渡段及大变形状态下应力-应变的非线性变化。为验证提出方法的合理性,结合小型模型槽实验观测进行了对比,结果表明数值模拟与实测结果基本吻合。

台风暴雨诱发边坡破坏机理与动力演进过程研究

为分析台风暴雨诱发边坡破坏机理,基于4个台风期间实测降雨资料,针对福建某边坡遭遇台风暴雨时的安全状态开展数值模拟,以分析台风暴雨诱发边坡破坏及演进传播机制。对于失稳前的边坡,基于有限元法采用蒙特卡罗法计算边坡实时失效概率、可靠性指数,并揭示边坡渗流场及塑性区的瞬时变化特征。对于失稳后的边坡,基于光滑粒子流体动力学方法,采用基于Drucker-Prager准则的Herschel-Bulkley-Papanastasiou(HBP)流变模型计算其失稳后大变形行为,进而从滑动速度和堆积特征等方面分析滑坡动力灾变过程。结果表明,降雨是诱发边坡失稳的关键因素,边坡发生失稳后,其前缘滑动速度可达到15 m/s。研究结果可为极端条件下边坡工程的安全预警和防灾减灾提供借鉴。

考虑基层裹挟的碎屑流铲刮效应数值模拟

基于碎屑流铲刮基层的作用机理,引入浓度悬浮模型用于描述混合区土体动力特性,采用考虑基层裹挟的Herschel-Bulkley-Papanastasiou(HBP)模型描述高速运移的碎屑流与基层材料裹挟掺混的动力过程,并采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法求解.选择典型小比尺室内模型试验验证该方法的有效性,计算所得滑体最终堆积形态和碎屑流影响范围与试验结果一致.在此基础上开展基层材料物理力学参数的敏感性分析,结果表明,在一定范围内基层厚度增加将导致侵蚀深度增大并收敛于某极限值.基层材料的内摩擦角、黏聚力和动力黏度的增加均会减少碎屑流对基层的铲刮效应和基层隆起范围,但内摩擦角和动力黏度的增加对基层隆起范围影响较小.在合理土体物理参数范围内,仅黏聚力的增加即能显著抑制以上2种现象.