【技术实现步骤摘要】
一种基于力学平衡原理的土体崩塌数值模拟方法
本专利技术涉及土体崩塌模拟与计算机数值计算
，尤其涉及一种基于力学平衡原理的土体崩塌数值模拟方法。
技术介绍
崩塌是重力侵蚀的常见形式之一。崩塌是指在沟岸或河岸等基岩或母质垂直节理比较发育的陡坡地段，当水流下切淘刷或人工开挖其基部，使陡壁土体失去平衡时，成块土体脱离岸坡，发生倾倒、滚落或翻转的现象。美国密西西比河、欧洲莱茵河以及我国七大江河等大多数江河的沙质岸坡都存在不同程度的崩塌现象。崩塌会威胁江河大堤的安全、导致大量良田和耕地丧失、影响河床冲淤演变和船舶航行等，黄河上游宁蒙河段大量崩塌泥沙入黄，淤积河床，还加速了黄河上游“新悬河”的形成，直接影响黄河下游的“悬河”安全。经文献调研，已有关于重力侵蚀定量模拟的研究多是针对总重力侵蚀量进行宏观估算，针对崩塌型重力侵蚀的研究很粗浅，且以统计学方法为主，即采用回归分析等手段，依据观测或实验数据建立侵蚀量与主要影响因素之间的相关关系对土体崩塌进行模拟，其本质上属于经验模型。该方法不涉及土体崩塌的力学机理，也未考虑崩塌发生的随机性，方法精细化程度低、计算尺度大，对于小尺度沟...
【技术保护点】
1.一种基于力学平衡原理的崩塌数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，确定发生崩塌型重力侵蚀的土体；S2，将崩塌型重力侵蚀的土体概化为平躺的棱柱体，所述棱柱体的横断面包括梯形、直角三角形和矩形；S3，对于预发生崩塌型重力侵蚀的土体，获取土体的几何参数：裂隙深度h、崩塌土体在垂直于水流方向的水平长度d、水流淘刷面与水平面的夹角θ以及土体临空面的厚度hs；根据几何参数判定预崩塌土体的断面形状；S4，根据几何参数，对不同断面形状的预崩塌土体的裂隙水压力、土体自身重力以及粘聚力分别进行模拟计算，根据模拟计算结果判断对应断面形状的预崩塌土体是否发生崩塌；S5，若发生崩塌，则获取...
【技术特征摘要】
1.一种基于力学平衡原理的崩塌数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，确定发生崩塌型重力侵蚀的土体；S2，将崩塌型重力侵蚀的土体概化为平躺的棱柱体，所述棱柱体的横断面包括梯形、直角三角形和矩形；S3，对于预发生崩塌型重力侵蚀的土体，获取土体的几何参数：裂隙深度h、崩塌土体在垂直于水流方向的水平长度d、水流淘刷面与水平面的夹角θ以及土体临空面的厚度hs；根据几何参数判定预崩塌土体的断面形状；S4，根据几何参数，对不同断面形状的预崩塌土体的裂隙水压力、土体自身重力以及粘聚力分别进行模拟计算，根据模拟计算结果判断对应断面形状的预崩塌土体是否发生崩塌；S5，若发生崩塌，则获取不同断面形状的预崩塌土体土体的质量。2.根据权利要求1所述的基于力学平衡原理的崩塌数值模拟方法，其特征在于，S4中，对于横断面为梯形的土体，分别按照如下公式计算裂隙水压力、土体自身重力以及粘聚力：其中，ρ＝ρd·(1+ω/100)c＝c0+c1c1＝a·ωb式中，T为沿水流方向单位长度的裂隙水压力(N/m)；L为发生崩塌土体的长度(即梯形柱体的高度，沿水流方向)(m)；LT为裂隙水压力的力臂(m)；m为崩塌土体的重力(kg)；g为重力加速度，一般取9.8N/kg；LG为重力的力臂(m)；c为崩裂面单位面积的土体粘聚力(N/m2)；LC为粘聚力的力臂(m)；ρw为水的密度(kg/m3)，一般取1000kg/m3；h为裂隙深度(m)；hs为土体临空面的厚度(m)，也就是梯形断面的上底；d为崩塌土体在垂直于水流方向的水平长度(m)，也就是梯形断面的高；θ为水流淘刷面与水平面的夹角(°)；ρ为含水土体的密度(kg/m3)；ω为土体质量含水率(％)；ρd为土体干密度(kg/m3)；c0为饱和土体粘聚力(N/m2)，c1为附加粘聚力(N/m2)；a、b为经验系数。3.根据权利要求1所述的基于力学平衡原理的崩塌数值模拟方法，其特征在于，S4中，对于横断面为直角三角形的土体，分别按照如下公式计算裂隙水压力、土体自身重力以及粘聚力：其中，ρ＝ρd·(1+ω/100)c＝c0+c1c1＝a·ωb式中，T为沿水流方向单位长度的裂隙水压力(N/m)；L为发生崩塌土体的长度(即三角形柱体的高度，沿水流方向)(m)；LT为裂隙水压力的力臂(m)；m为崩塌土体的重力(kg)；g为重力加速度，一般取9.8N/kg；LG为重力的力臂(m)；c为崩裂面...
【专利技术属性】
技术研发人员：周祖昊，蔡静雅，刘佳嘉，徐东坡，龚家国，严子奇，王浩，贾仰文，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11
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