大型滑坡灾害数值模拟研究

岩土体在一定的自然或人为条件下会诱发滑坡。滑坡体在高速入水时会产生涌浪,大型滑坡所激起的涌浪会对沿岸地区的居民和基础设施造成重大危害。同时,滑体堆积于河道中,堵塞河道形成堰塞湖,由于堰塞体的不稳定性及水位上涨等因素,极易造成溃坝这一滑坡次生灾害,必然会危及到下游地区的安全。因此,本文借用当前发展比较成熟的计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)技术对滑坡涌浪及溃坝灾害进行数值模拟,以期为滑坡灾害的预防和治理措施的制定提供一定的科学依据。 本文采用有限体积法对描述水流运动的紊流模型和描述自由水面运动的方程进行离散建立了二维数学模型,然后基于FLUENT软件对滑块体竖直入水过程中所产生的涌浪及其传播过程进行了模拟研究,模拟结果与实体模型试验结果吻合较好。本文利用该模型进一步研究了涌浪自由面变形特征、速度涡量场以及压力场的变化特征。滑坡涌浪过程复杂,影响因素众多。本文选取了水深、滑体滑速以及滑体体积这三个重要的因素,分析了在三种不同因素下涌浪自由面变形、涌浪高度和速度场的变化规律。研究结果表明:该数值模型对大体积、沿陡峭斜坡的滑坡体高速入水(水库或河流)所引起的涌浪灾害问题有一定的参考价值。 本文模拟分析了滑坡引发的另一类次生灾害-溃坝。本文首先与溃坝模型试验结果做比较来验证模型的可靠性,接着分析了溃坝波传播过程中遇到障碍物时的反射、流体的飞溅、融合等现象。进一步模拟了在瞬时全溃和局部溃决两种溃坝形式下水体自由面变化以及流速变化特征。最后,本文以易贡堰塞湖溃坝为实例,分析了溃坝洪水在下游弯曲河道的演进过程及不同位置的流速变化。数值模拟结果与实测资料所记录的现象基本一致,再现了易贡湖溃坝后洪水的演进过程,同时表明该模型能够近似地模拟出溃坝后洪水在地形复杂弯曲河道中的演进过程。本文的研究内容对大型滑坡所引起的涌浪灾害、溃坝灾害的预防具有一定的实际工程意义与参考价值。