一种泥石流运动动力模拟方法与系统技术方案

本发明专利技术涉及一种泥石流运动动力模拟方法与系统，其中该方法包括：根据泥石流体的流速确定泥石流运动动力控制方程；泥石流运动动力控制方程包括连续方程和动量方程；根据泥石流运动动力控制方程得到泥石流体密度；根据泥石流体密度确定悬沙的泥沙量及其床面表层泥沙的单宽输沙率；采用推移质层厚度计算公式确定推移质层厚度；利用悬沙的泥沙量、床面表层泥沙的单宽输沙率及其推移质层厚度计算泥石流沟床底部的形状。本发明专利技术基于泥石流运动动力控制方程得到悬沙的泥沙量、床面表层泥沙的单宽输沙率及其推移质层厚度，并基于此能够更加准确的计算泥石流沟床底部的形状，为防治工程基础埋深的设计提供了依据。础埋深的设计提供了依据。础埋深的设计提供了依据。

【技术实现步骤摘要】
一种泥石流运动动力模拟方法与系统


[0001]本专利技术涉及自然灾害预警
，特别是涉及一种泥石流运动动力模拟方法与系统。

技术介绍

[0002]在遭遇极端降雨天气时，陡山坡地区沟道暴发大规模泥石流是不可避免的。泥石流沟道的演进过程极为复杂，尤其是在流域中上游沟道狭窄，沟坡急陡段，经历强降雨后，流域快速汇流于陡峭河道中，流体呈具有脉动现象的紊流或湍流流场，其动量、能量以及扩散能力较大，水体通过“冲击”、“打击”、“搅拌”等作用对流场产生影响造成沟道冲刷。在流域下游一般为平缓的堆积区，若沟道中上游存在“消防水管”效应，水体巨大的惯性冲击力导致该段松散固体物质解体，直至破坏而裹挟于流体中，泥石流浆体形成，同时在洪积扇堆积体上迅速深切拉槽形成狭窄而短直的沟道，沟道内纵坡比之前显著加大，流体的流量急剧变化，极大的增加了泥石流的破坏力。
[0003]高陡山坡地区的泥石流，与传统的泥石流成因机理、破坏方式、乃至治理理念均大相径庭。近来，虽然有人针对高陡山坡地区的泥石流对沟道土体的侵蚀能量条件进行了理论研究，但却缺乏力学机理解析，因而难以定量描述侵蚀速率变化等侵蚀过程的发展，也不能对侵蚀深度或者冲刷演进机制等物理过程进行预测，因此，要以此为依据去指导泥石流沟道的治理还远远不够。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种泥石流运动动力模拟方法与系统。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种泥石流运动动力模拟方法，包括：<br/>[0007]根据所述泥石流体的流速确定泥石流运动动力控制方程；所述泥石流运动动力控制方程包括连续方程和动量方程；
[0008]根据所述泥石流运动动力控制方程得到泥石流体密度；
[0009]根据所述泥石流体密度确定悬沙的泥沙量及其床面表层泥沙的单宽输沙率；
[0010]采用推移质层厚度计算公式确定推移质层厚度；
[0011]利用所述悬沙的泥沙量、床面表层泥沙的单宽输沙率及其推移质层厚度计算泥石流沟床底部的形状。
[0012]优选地，所述连续方程为：
[0013][0014]其中，V
F
为流体流动部分的体积分数，t表示时间，ρ为流体密度，R
DIF
为湍流扩散项，R
sOR
为质量源项，u、v、w分别为在坐标方向x、y、z上的速度分量，A
x
、A
y
、A
z
分别表示流体在x、y、z方向的投影面积，R和ξ为与坐标系统的选择相关的系数。
[0015]优选地，所述动量方程为：
[0016][0017][0018][0019]式中:G
x
、G
y
、G
z
为流体重力加速度；f
x
、f
y
、f
z
为黏滞加速度；b
x
、b
y
、b
z
为流体通过物源体孔隙的能量损失；A为流体截面积；u
w
、u
s
分别为水和固体颗粒在x方向上的速度分量；v
w
和v
s
分别为水和固体颗粒在y方向上的速度分量；δ表示推移质层厚度。
[0020]优选地，所述悬沙的泥沙量计算公式为：
[0021][0022]其中，u
lift
为用来计算由底沙转化为悬沙的泥沙量；α为挟带系数；n
s
为沙床面的外法线方向；d*为泥沙颗粒的无量纲粒径；θ为床面希尔兹数；θ
cr
为临界希尔兹数；g为重力加速度；d
s
为泥沙颗粒的直径；ρ
s
为泥沙的密度。
[0023]优选地，所述床面表层泥沙的单宽输沙率为：
[0024][0025]其中，q
b
表示床面表层泥沙的单宽输沙率，Φ表示推移质输沙强度，d表示泥沙粒径。
[0026]优选地，所述推移质层厚度计算公式为：
[0027][0028]其中，δ表示推移质层厚度，θ
i
表示第i床面单元希尔兹数。
[0029]本专利技术还提供了一种泥石流运动动力模拟系统，包括：
[0030]泥石流运动动力控制方程构建模块，用于根据所述泥石流体的流速确定泥石流运
动动力控制方程；所述泥石流运动动力控制方程包括连续方程和动量方程；
[0031]泥石流体密度计算模块，用于根据所述泥石流运动动力控制方程得到泥石流体密度；
[0032]泥石流体密度分析模块，用于根据所述泥石流体密度确定悬沙的泥沙量及其床面表层泥沙的单宽输沙率；
[0033]推移质层厚度计算模块，用于采用推移质层厚度计算公式确定推移质层厚度；
[0034]沟床底部的形状计算模块，用于利用所述悬沙的泥沙量、床面表层泥沙的单宽输沙率及其推移质层厚度计算泥石流沟床底部的形状。
[0035]本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的一种泥石流运动动力模拟方法中的步骤。
[0036]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0037]本专利技术提供的一种泥石流运动动力模拟方法与系统的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术基于泥石流运动动力控制方程得到悬沙的泥沙量、床面表层泥沙的单宽输沙率及其推移质层厚度，并基于此能够更加准确的计算泥石流沟床底部的形状，为防治工程基础埋深的设计提供了依据。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]图1为本专利技术提供的实施例中的一种泥石流运动动力模拟方法流程图。
具体实施方式
[0040]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0041]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0042]请参阅图1，一种泥石流运动动力模拟方法，包括：
[0043]步骤1：根据所述泥石流体的流速确定泥石流运动动力控制方程；所述泥石流运动动力控制方程包括连续方程和动量方程；
[0044]其中，本专利技术实施例中的连续方程为：
[0045][0046]其中，V
F
为流体流动部分的体积分数，t表示时间，ρ为流体密度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泥石流运动动力模拟方法，其特征在于，包括：根据泥石流体的流速确定泥石流运动动力控制方程；所述泥石流运动动力控制方程包括连续方程和动量方程；根据所述泥石流运动动力控制方程得到泥石流体密度；根据所述泥石流体密度确定悬沙的泥沙量及其床面表层泥沙的单宽输沙率；采用推移质层厚度计算公式确定推移质层厚度；利用所述悬沙的泥沙量、床面表层泥沙的单宽输沙率及其推移质层厚度计算泥石流沟床底部的形状。2.根据权利要求1所述的一种泥石流运动动力模拟方法，其特征在于，所述连续方程为：其中，V
F
为流体流动部分的体积分数，t表示时间，ρ为流体密度，R
DIF
为湍流扩散项，R
sOR
为质量源项，u、v、w分别为在坐标方向x、y、z上的速度分量，A
x
、A
y
、A
z
分别表示流体在x、y、z方向的投影面积，R和ξ为与坐标系统的选择相关的系数。3.根据权利要求2所述的一种泥石流运动动力模拟方法，其特征在于，所述动量方程为：为：为：式中:G
x
、G
y
、G
z
为流体重力加速度；f
x
、f
y
、f
z
为黏滞加速度；b
x
、b
y
、b
z
为流体通过物源体孔隙的能量损失；A为流体截面积；u
w
、u
s
分别为水和固体颗粒在x方向上的速度分量；v
w
和v
s
分别为水和固体颗粒在y方向上的速度分量；δ表示推移质层...

【专利技术属性】
技术研发人员：王有林，包健，曹钧恒，赵中强，赵悦，许晓霞，张盼，梁海，赵志祥，
申请(专利权)人：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：