一种水库滑坡涌浪数值模拟方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115906256A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211547962.XG06T17/05(2011.01)(22)申请日2022.12.05G06F111/10(2020.01)G06F113/08(2020.01)(71)申请人中国电建集团成都勘测设计研究院G06F119/14(2020.01)有限公司地址610000四川省成都市青羊区浣花北路1号申请人成都山地环安科技有限公司(72)发明人肖华波石伟明欧阳朝军王泽皓王东坡石定国刘仕勇(74)专利代理机构成都行之专利代理事务所(普通合伙)51220专利代理师李朝虎(51)Int.Cl.G06F30/13(2020.01)G06F30/28(2020.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种水库滑坡涌浪数值模拟方法及系统(57)摘要本发明公开了一种水库滑坡涌浪数值模拟方法及系统，涉及边坡模拟分析技术领域，其技术方案要点是：获取水库滑坡涌浪灾害发生前后的地形数据，构建几何模型；利用OpenFOAM软件划分水库流场区域，并配置流体物理力学参数；利用LIGGGHTS软件在几何模型上建立库岸边坡模型，并根据库岸边坡岩土体物理性质配置颗粒物理力学参数和颗粒级配；通过CFDEM耦合方法对库岸边坡模型进行模拟仿真，得到仿真计算结果；对仿真计算结果分析，得到边坡运动过程、涌浪高度和/或影响范围。本发明通过CFD和DEM两种方法的耦合，充分考虑了滑坡体、库水、空气之间的耦合作用，可以模拟散粒体滑坡与危岩体崩塌两种水库滑坡涌浪模式。CN115906256ACN115906256A权利要求书1/2页1.一种水库滑坡涌浪数值模拟方法，其特征是，包括以下步骤：获取水库滑坡涌浪灾害发生前后的地形数据，构建几何模型；利用OpenFOAM软件在几何模型中划分水库流场区域，并配置流体物理力学参数；利用LIGGGHTS软件在几何模型上建立库岸边坡模型，并根据库岸边坡岩土体物理性质配置颗粒物理力学参数和颗粒级配；通过CFDEM耦合方法对库岸边坡模型进行模拟仿真，得到仿真计算结果；利用可视化后处理软件对导出的仿真计算结果进行分析，得到边坡运动过程、涌浪高度和/或影响范围。2.根据权利要求1所述的一种水库滑坡涌浪数值模拟方法，其特征是，所述水库滑坡涌浪灾害发生前后的地形数据获取过程具体为：采用无人机采集地形高程数据；将地形高程数据转换为地形栅格数据；以及，通过灾害发生前后的地形栅格数据相减，得到边坡失稳范围。3.根据权利要求2所述的一种水库滑坡涌浪数值模拟方法，其特征是，所述几何模型的构建过程具体为：根据灾害发生前后的地形栅格数据与边坡失稳范围，在终端运行前处理脚本pre.sh，并通过格式转换程序生成水库滑坡涌浪后整体区域与失稳区域的三维stl几何模型；以及，对于概化的规则地形，采用三维绘图软件直接生成stl几何模型，再导入计算。4.根据权利要求1所述的一种水库滑坡涌浪数值模拟方法，其特征是，所述水库流场区域的划分过程具体为：确定水位高程，几何模型中水位高程以下区域为水体，水位高程以上区域为空气；水库滑坡涌浪过程中水体及空气的运动状态通过求解Navier‑Stokes方程来描述；采用VOF模型求解两相流体之间的界面；以及，在流体控制方程中考虑孔隙率的影响，以解释滑坡颗粒占用的体积。5.根据权利要求4所述的一种水库滑坡涌浪数值模拟方法，其特征是，所述流体控制方程的表达式具体为：其中，αp表示孔隙率；αi表示空气或水体的体积分数；uf表示流体速度；uc表示压缩速度；ρf表示流体密度；Rpf表示计算每个网格单元内基于拖拽力模型的动量交换项；τ表示流体的应力张量；Fσ表示表面张力；当网格单元内同时存在水体与空气时，以该两相流体的平均特性表征该单元的特性。6.根据权利要求1所述的一种水库滑坡涌浪数值模拟方法，其特征是，所述流体物理力学参数包括空气密度、空气运动粘度、水体密度和水体运动粘度。2CN115906256A权利要求书2/2页7.根据权利要求1所述的一种水库滑坡涌浪数值模拟方法，其特征是，所述颗粒物理力学参数和颗粒级配的配置过程具体为：通过土工试验或试算的方式得到库岸边坡岩土体密度、杨氏模量、泊松比、摩擦系数、恢复系数和滚动摩擦系数，分析得到库岸边坡岩土体颗粒级配；根据库岸边坡岩土体颗粒级配，按预设相似比设置不同粒径大小的颗粒进行模拟；调用不同运行命令分别模拟散粒体滑坡与危岩体崩塌。8.根据权利要求7所述的一种水库滑坡涌浪数值模拟方法，其特征是，所述散粒体滑坡与危岩体崩塌的模拟具体为：对于散粒体滑坡，设置不同粒径大小的松散颗粒进行模拟；对于危岩体崩塌，将若干小颗粒进行刚结，形成无重叠量的大尺寸块体进行模拟。9.根