滑坡涌浪数值模拟及其水波特性分析

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滑坡涌浪是指边坡岩土体突然滑动,并与水体相互作用而激起的波浪,是一种危害较大的次生灾害,会对人民生命财产安全造成重大威胁。多年来各学者已对滑坡涌浪问题进行了大量研究,但由于其影响因素和作用机理的复杂性,目前仍存在许多问题亟需解决。为开展对滑坡涌浪过程的数值模拟,研究滑坡涌浪的水波特性,本论文结合相关物理模型试验和工程实例对滑坡涌浪全过程进行了建模和数值模拟,并量化研究了滑坡涌浪的水波特性。其主要内容包括:(1)运用计算仿真工具FLOW-3D建立刚体滑坡涌浪数学模型,将模拟结果与物理模型试验相比较,验证了模型有效性。(2)对可变形体滑坡涌浪实例进行了数值模拟,展示和分析了涌浪最大波高和爬高等特征,并讨论了刚体和可变形滑坡体所引发涌浪的差异。(3)运用基于正交试验设计的极差分析和尺度分析方法,对滑坡涌浪众多影响因素的影响程度进行量化和比选,确定了滑坡涌浪的几个主要影响因素。(4)对涌浪近场和远场水波特性进行了量化分析,确定了近场首波占涌浪总能量的能量比,远场涌浪符合线性水波标准,并研究了其频率和色散特性;以特征参数定义了涌浪水波类型的判定条件,给出了近场和远场的定量范围;计算了滑坡体对于水体的能量转换率。研究结果表明:(1)本论文开展的数值模拟可准确捕捉到滑坡体运动特征及所引发涌浪的特性,模拟结果与物理模型试验结果一致。(2)滑坡体孔隙率差异引起的滑坡体变形程度的不同对所引发涌浪的特性影响较小,刚体相较可变形滑坡体滑落入水所引发的涌浪波高和爬高略有增大。(3)影响滑坡涌浪特性的三个主要因素为无量纲滑坡体体积Vw*、无量纲滑坡体水下运动时间ts*及刻画滑坡体初始入水速度和岸坡倾角的Fr sin θ;(4)近场首波与涌浪总能量的能量比可达近80%;远场涌浪符合线性水波标准并以近似长波波速(?)传播;涌浪水波类型可通过滑坡体水下运动时间t0判定;远场起始点近似位于3.25倍水深处;滑坡体对于水体的能量转换率约为3.0%。
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