滑坡演进过程及其对下游结构物冲击模型的建立、实现及实验验证

The SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) method can effectively solve complicated calculations of landslide deformation, free surface boundary motion process and large deformation problem .According to the demand of China's earthquake disaster prevention, in view of the present situation of the lack of effective simulation of earthquake induced landslide movement process, this study will carry out numerical simulation solution technology research and program development based on the SPH method, will apply SPH numerical simulation of earthquake induced landslide motion process and will study dynamics of landslide like as motion range, speed and impact force. Finally, a software platform with high quality parametric numerical modeling, numerical calculation and visual processing function will be created through theoretical and experimental verification. It will provide a platform for research on the slope seismic analysis method and application of computing technology in engineering geology, provide a reliable scientific basis for improving the seismic safety performance of buildings in earthquake areas and for evaluation of post disaster reconstruction site.

光滑粒子流体动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics，简称SPH)在进行滑坡运动过程的模拟研究中，可有效求解滑坡运动过程中出现的自由表面、变形边界以及大变形等复杂计算难题。本课题根据我国抗震防灾需求，针对当前缺乏有效模拟强震诱发滑坡运动过程的现状，应用SPH方法开展相关的数值模拟求解技术研究和程序研制，完成强震诱发滑坡运动过程的SPH数值模拟，研究滑坡运动的范围、速度以及冲击力等动力学特征。最终通过理论和实验验证创建具有高质量参数化数值建模、数值计算和可视化处理功能的软件平台，为斜坡抗震分析方法先进高性能计算技术在工程地质中的应用研究提供平台，为提高地震灾区建(构)筑物的抗震安全性能以及评估灾后重建选址提供可靠、有力的科学依据。

本课题根据我国抗震防灾需求，针对当前缺乏有效模拟强震诱发滑坡运动过程的现状，应用SPH方法开展了相关的数值模拟求解技术研究和程序研制，完成了滑坡涌浪运动过程的SPH数值模拟，研究滑坡涌浪运动的范围、速度以及冲击力等动力学特征。最终通过理论和实验验证创建了具有高质量数值建模、数值计算和可视化处理功能的软件平台，为斜坡抗震分析方法先进高性能计算技术在工程地质中的应用研究提供平台，为提高地震灾区建(构)筑物的抗震安全性能以及评估灾后重建选址提供了可靠、有力的科学依据。研究中对SPH方法的数学理论基础进行了更深入的研究，提出了对传统SPH方法的修正方法、不同质量粒子分步法等改进算法。将算法应用到了函数导数的计算、静水数值模拟，和半浸泡振荡圆筒所产生的小振幅水波的数值模拟等，对算法的改进效果进行了验证。通过SPH方法对干边界和湿边界上的溃坝涌浪演变问题进行了模拟研究。模拟结果与物理实验中的监测数据相当吻合。同时，该模型可以研究涌浪演进过程中不同的传播方式。特别是，确定了溃坝演变过程中不同的耗散机制：底部摩擦和波浪破碎。建立了基于SPH方法的三维数值模型对滑坡涌浪对结构物冲击作用问题进行了研究分析，对不同的冲击减缓机制进行了评估。将单个阻挡物块体作为减缓冲击对象，对不同高度的阻挡物块体以及与结构物距离不同的情况作了数值模拟。采用SPH方法建立了滑坡涌浪问题的三维数值模型。该模型较好地再现了山体滑坡引起的波浪传播与水体爬坡过程，通过将计算结果与已有的实验数据进行对比分析，验证了该模型的有效性。结果表明SPH方法能够模拟滑坡涌浪运动过程，可进一步用于模拟水体中由大型崩岸产生的高速远程滑坡涌浪或复杂的海啸模拟。