一维泥石流的静动力阻力特征研究及数值模拟

泥石流是山区多发的一种地质灾害,它的发生和发展威胁着人们的生命和财产安全,影响着人们的正常生活,因而需要加强对其发生和发展过程的研究。结合泥石流的动力模型方程采用数值模拟方法再现泥石流发生和发展的过程,是研究和预测模拟泥石流灾害的有效手段。目前的动力模型方程大多只关注动力过程,却忽视了静动力过程的统一,这将导致在一些情况下产生错误的结果。本文研究了一维泥石流的静动力阻力特征,通过修正泥石流动力学方程的阻力项,得到了具有静动力统一特征的模型方程。并以Roe格式的近似Riemann解为基础,采用MUSCL线性重构方法建立了具有较高精度和分辨率的有限体积数值求解。具体算例的数值验证表明,方程阻力项的修正是合理的,所建立的数值求解也是稳定和有效的。     

岩土材料剪切破坏点安全系数的研究

剪切破坏是岩土材料失效的一种主要的形式。针对这种形式强度安全考虑的点安全系数可以考察结构中各部分的安全情况,是结构安全分析的一种重要参考,尤其在由关键点控制的结构中显得尤为重要。摩尔库伦剪切破坏准则在岩土材料研究中被广泛应用,将基于该准则的点安全系数定义在三维广义Mohr空间中推广,得到了适用于不同剪切破坏失效准则的点安全系数定义,同时,在三维广义Mohr空间中推导,得到了岩土材料剪切破坏最小点安全系数的求解方法;最危险截面上偏应力和剪应力的关系,该最危险截面与最小点安全系数对应;以及在一定整体安全度下的失效条件。应用该定义及方法,可以研究判断不同岩土材料剪切破坏的安全情况,从而提高工程建设质量。     

基于结构两相阻力分析的泥石流堆积形态研究

针对泥石流的结构两相阻力特征,采用结构两相阻力对泥石流的堆积形态进行了静力学分析,推导出在一般条件下泥石流堆积形态的公式,并讨论了在不同条件下泥石流堆积形态的特点。分析表明采用结构两相阻力对泥石流堆积形态分析可以较合理的模化阻力项,能够表现泥石流体复杂的成分结构组成,较真实的反映实际泥石流的堆积形态特征。在特定材料条件下,结构两相阻力项转化为单一材料阻力项,所得到的相应结论与已有对单一材料的分析结论一致。     

基于不同侵蚀模型的高速崩滑碎屑流动力过程模拟分析

为实现高速崩滑碎屑流沿程侵蚀动力过程的模拟分析,采用连续理论方法对NomashRiver碎屑流动力过程进行了数值模拟。其中,在连续理论模型中采用3种不同侵蚀速率模型,并采用HLLC近似Riemann解对有限体积数值离散控制体单元的界面通量进行了计算求解。致灾范围及运动时间的计算结果均与实际灾害情况吻合良好,验证了计算模拟的正确有效性,并对最终堆积深度、运动速度和侵蚀区域侵蚀深度进行了分析讨论。结果显示:采用McDougall侵蚀模型得到的最终堆积平均深度和最大深度与实测情况较为接近;每个时刻采用Medina侵蚀模型得到的最大速度值最大,其次是采用McDougall侵蚀模型的结果,最后是采用Pitman侵蚀模型的结果;采用McDougall侵蚀模型得到的侵蚀深度分布较为连续,其最大值8.1m与估测值8m比较接近,采用Medina侵蚀模型和Pitman侵蚀模型得到的侵蚀深度结果则较为分散,其最大值分别为10.9m和8.6m。