【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于滑坡涌浪灾害灾害演化机制分析及防灾减灾的数值模拟分析，具体涉及基于mps-dem耦合计算的滑坡涌浪灾害链模拟方法。
技术介绍
1、随着一系列高坝大库在我国西南地区建立，水库库岸边坡稳定问题越来越吸引人们的注意，尤其是滑坡涌浪问题。在国内外水利水电工程建设中，不乏水库滑坡失稳破坏并产生涌浪灾害的先例。因此，有必要对水库库岸失稳造成的滑坡涌浪预测及防控预警问题进行系统研究。
2、滑坡涌浪主要包括滑坡失稳、滑移、涌浪产生、传播(包括近场和远场传播)等阶段，它是一个涉及工程地质学、滑坡动力学、岩土力学及流体力学等多学科交叉的复杂流固耦合过程。现有研究手段对滑坡涌浪全过程特征分析预测很难精准把握，灾害风险防控仍需进一步深入系统研究，存在诸多亟待解决的问题。在数值方面，滑坡体运动的问题可以采用非连续介质力学方法进行模拟，其中离散元法由于其成熟性和显式求解的内在优势，得到了广泛应用。但如需模拟涌浪的产生过程，由于滑坡体、水体和空气间存在强烈的耦合作用，数值模拟的难度将大幅度增加。尤其是滑坡滑入水中自由液面可能伴随水面破碎、翻卷等剧烈的界面变形，因此需要对滑坡体和流体间的界面进行精准捕捉。自由表面水流运动数值模型按照界面的处理方法划分可以分为传统的欧拉网格法和近些年发展兴起的无网格颗粒法。无网格颗粒法在求解大变形自由表面流运动时不依赖网格关系，能够有效避免传统网格法在网格纠缠、扭曲和重构方面的问题，并且在求解流体运动控制方程中还避免了对流项求解带来的数值耗散问题。移动颗粒半隐式法mps作为无网格颗粒法的代表，是一种有效
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决现有技术的不足，提出基于mps-dem耦合计算的滑坡涌浪灾害链模拟方法，以解决滑坡涌浪流固耦合问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、基于mps-dem耦合计算的滑坡涌浪灾害链模拟方法，包括以下步骤：
4、s1：基于滑坡地质勘察资料及河道信息，建立dem滑坡初始模型和mps水体初始模型；
5、s2：对所述dem滑坡初始模型和所述mps水体初始模型中的参数条件进行初始化；
6、s3：基于初始化后的所述dem滑坡初始模型，采用离散单元法dem模拟滑坡运动，获得滑坡dem模型；基于所述滑坡dem模型，进行滑坡失稳运动演化dem数值模拟计算，获得滑坡运动演化结果；
7、s4：基于初始化后的所述mps水体初始模型，采用移动颗粒半隐式法mps模拟水流运动，获得mps水动力模型；将所述滑坡运动演化结果导入所述mps水动力模型进行计算，获得水体运动信息；
8、s5：将所述水体运动信息反馈给所述滑坡dem模型，完成耦合计算，获得基于无网格法的mps-dem滑坡涌浪流固耦合数值计算模型；基于所述计算模型，获得变量物理信息；
9、s6：当所述变量物理信息满足预设条件时，完成滑坡涌浪灾害链模拟。
10、优选的，步骤s2中，对所述dem滑坡初始模型中的参数条件进行初始化的方法包括：
11、对所述dem滑坡初始模型进行离散化处理，获得离散固相颗粒；
12、对所述离散固相颗粒的参数条件进行初始化设置，并赋参；
13、其中所述离散固相颗粒的参数条件包括颗粒单元直径、时间步长以及计算时间。
14、优选的，步骤s2中，对所述mps水体初始模型中的参数条件进行初始化的方法包括：
15、对所述mps水体初始模型中液相颗粒的参数条件进行初始化设置，并赋参；
16、所述液相颗粒的参数条件包括颗粒间距、时间步长以及计算时间。
17、优选的，步骤s3中，进行滑坡失稳运动演化dem数值模拟计算的方法为：
18、s31：基于外部荷载驱动，建立接触力计算模型；基于所述接触力计算模型以及力与位移关系更新赋参后的所述离散固相颗粒间的接触力；
19、s32：基于牛顿第二定律以及所述接触力，更新所述离散固相颗粒的受力状态，求解所述离散固相颗粒的速度和位置；
20、s33：重复循环步骤s31-s32，直到满足固相颗粒运动计算终止条件，完成dem数值模拟计算。
21、优选的，步骤s4中将所述滑坡运动演化结果导入所述mps水体初始模型进行计算的方法为：
22、s41：基于外部荷载驱动，更新所述液相颗粒的加速度并进行积分，对所述液相颗粒的速度和位置进行更新，获得初始速度场和初始位移场；
23、s42：基于所述初始速度场，求解压力泊松方程，获得下一时步的压力场分布；
24、s43：将所述下一时步的压力场分布代入动量方程，对所述初始速度场和所述初始位移场进行修正，获得下一时步速度场和下一时步位移场；
25、s44：重复循环步骤s41-s43，直到满足液相颗粒运动计算终止条件，完成计算。
26、优选的，步骤s6中，当所述变量物理信息不满足预设条件时，重复步骤s3-s5，再次进行所述耦合计算，所述耦合计算具体为将所述离散固相颗粒与所述液相颗粒间的相互作用力进行交换。
27、优选的，所述离散固相颗粒在水体中运动受到流体的作用力的公式为：
28、ff＝vs(-▽p+μi▽2ui)+fd，
29、其中，为ff为离散固相颗粒受到流体的作用力，vs为离散固相颗粒体积，p为压强，μi为流体动力粘度，ui为离散固相颗粒的速度矢量，fd为离散固相颗粒受到的拖曳力。
30、优选的，所述液相颗粒受到所述离散固相颗粒的反作用力的公式为：
31、
32、其中，为fl为液相颗粒受到离散固相颗粒的反作用力，vl为液相颗粒体积，fd,s为液相颗粒受到离散固相颗粒拖曳力的反作用力，w为液相颗粒的角速度矢量，ri、rj为液相颗粒的位置矢量，n为液相颗粒作用范围内的离散固相颗粒个数。
33、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术方法用于滑坡引起的涌浪问题数值模拟，计算结果准确可靠，尤其是mps法在求解大变形自由表面水流运动问题中具有精确高效等优势，dem法能够合理地模拟离散颗粒体内部间的相互作用和整体的运动形态特征，因此该计算方法具有较好的应用前景。
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1.基于MPS-DEM耦合计算的滑坡涌浪灾害链模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于MPS-DEM耦合计算的滑坡涌浪灾害链模拟方法，其特征在于，步骤S2中，对所述DEM滑坡初始模型中的参数条件进行初始化的方法包括：
3.根据权利要求2所述的基于MPS-DEM耦合计算的滑坡涌浪灾害链模拟方法，其特征在于，步骤S2中，对所述MPS水体初始模型中的参数条件进行初始化的方法包括：
4.根据权利要求2所述的基于MPS-DEM耦合计算的滑坡涌浪灾害链模拟方法，其特征在于，步骤S3中，进行滑坡失稳运动演化DEM数值模拟计算的方法为：
5.根据权利要求3所述的基于MPS-DEM耦合计算的滑坡涌浪灾害链模拟方法，其特征在于，步骤S4中将所述滑坡运动演化结果导入所述MPS水体初始模型进行计算的方法为：
6.根据权利要求5所述的基于MPS-DEM耦合计算的滑坡涌浪灾害链模拟方法，其特征在于，步骤S6中，当所述变量物理信息不满足预设条件时，重复步骤S3-S5，再次进行所述耦合计算，所述耦合计算具体为将所述离散固相颗粒
7.根据权利要求6所述的基于MPS-DEM耦合计算的滑坡涌浪灾害链模拟方法，其特征在于，所述离散固相颗粒在水体中运动受到流体的作用力的公式为：
8.根据权利要求6所述的基于MPS-DEM耦合计算的滑坡涌浪灾害链模拟方法，其特征在于，所述液相颗粒受到所述离散固相颗粒的反作用力的公式为：
...【技术特征摘要】
1.基于mps-dem耦合计算的滑坡涌浪灾害链模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于mps-dem耦合计算的滑坡涌浪灾害链模拟方法，其特征在于，步骤s2中，对所述dem滑坡初始模型中的参数条件进行初始化的方法包括：
3.根据权利要求2所述的基于mps-dem耦合计算的滑坡涌浪灾害链模拟方法，其特征在于，步骤s2中，对所述mps水体初始模型中的参数条件进行初始化的方法包括：
4.根据权利要求2所述的基于mps-dem耦合计算的滑坡涌浪灾害链模拟方法，其特征在于，步骤s3中，进行滑坡失稳运动演化dem数值模拟计算的方法为：
5.根据权利要求3所述的基于mps-dem耦合计算的滑坡涌浪灾害链模拟...
【专利技术属性】
技术研发人员：石安池，陈世壮，吴昊，徐卫亚，许晓逸，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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