易贡高速远程滑坡超前冲击气浪三维数值模拟分析

摘要

高速远程滑坡在高速运动过程中，在其前方和两翼会产生极强的超前冲击气浪现象。由滑坡体推动空气形成的超前冲击气浪危害，较之滑坡体本身的破坏力也是一种不容忽视的力量，应受到人们的重视。本文以2000年4月9日发生于西藏波密县的易贡高速远程滑坡为例，建立了该滑坡三维等比例数值模拟模型，并应用计算流体力学软件Ansys Fluent14.5,将前人总结的适合描述高速远程滑坡运动的摩擦准则通过Fluent软件的用户自定义接口(UDF)，利用C语言编程的方法导入计算程序，成功地实现了对易贡高速远程滑坡整个运动过程及其产生超前冲击气浪的三维数值仿真模拟。
　　主要得到以下结论:
　　(1)易贡高速远程滑坡的整个运动过程历时150s，总的滑程约为10km，碎屑流的最大运动速度值出现在运动第30s时，最大速度约为75m/s。在此运动过程中，碎屑流每一时刻的最大速度值均出现在滑体内部靠近前缘（龙头）的地方，且其后缘的运动速度远小于其前缘。
　　(2)易贡高速远程滑坡产生的超前冲击气浪的最大速度值约为50m/s，出现在15-30s时间段;超前冲击气浪压强的最大值有两个峰值点，碎屑流启动瞬间的压强660Pa和碎屑流冲进扎木弄沟主沟产生的1500Pa的正压，前者相当于12级飓风的风级，后者相当于强台风的风级。
　　(3)沿碎屑流运动方向上，从碎屑流前缘（龙头）至前方更远处，冲击气浪的影响范围大致在其龙头距离1km范围内，且气浪的压强随着距龙头距离的增大而逐渐减小。竖直方向上，超前冲击气浪的影响范围大致在龙头附近距地面高度1km范围内，且气浪的压强随距地面高程的增大而逐渐减小;并在滑坡堆积阶段，在龙头上方产生了一定程度的负压。
　　(4)沟谷地形条件对滑坡碎屑流产生的超前冲击气浪压强的影响比较明显，研究认为其主要是通过影响碎屑流流深（厚度）的方式影响气浪压强的。碎屑流在沟谷纵向切割较深处挤压空气作用较大，这是因为两翼沟谷地形的限制使碎屑流流经此处时的厚度增加。另一方面，狭窄的沟谷地形使得快速推挤的空气不容易扩散，气浪强度陡升。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究内容与意义

1．3 研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．3．3 易贡高速远程滑坡研究现状

1．4 论文的研究方法及研究技术路线

1．4．1 研究方法

1．4．2 研究技术路线

第2章 易贡高速远程滑坡地质条件及特征

2．1 易贡高速远程滑坡概况

2．2 滑坡区地质背景

2．2．1 气象水文

2．2．2 地形地貌

2．2．3 地层岩性

2．2．4 地质构造

2．2．5 内外动力地质作用和现象

2．3 易贡高速远程滑坡的运动特征及气浪作用

2．3．1 易贡滑坡的运动特征

2．3．2 易贡滑坡气浪破坏作用

2．4 本章小结

第3章 易贡高速远程滑坡运动全过程三维数值模拟分析

3．1 计算流体力学(CFD)概述

3．1．1 CFD的研究特点

3．1．2 CFD计算流程

3．1．3 CFD常用的数值计算方法

3．2 流体动力学基本方程概述

3．2．1 连续性方程

3．2．2 本构方程

3．2．3 粘性流体运动方程

3．2．4 能量方程

3．3 FLUENT软件模拟理论与方法

3．3．1 Fluent软件简介

3．3．2 Fluent湍流模型

3．3．3 流体体积模型

3．3．4 用户自定义函数

3．4 计算结果后处理工具

3．4．1 Tecplot软件

3．4．2 CFD-Post软件

3．5 连续介质模型假设

3．6 等效流体假设

3．7 DEM模型的建立

3．8 流变关系及计算

3．8．1 模型的流变关系

3．8．2 模型的计算

3．9 滑坡运动全过程分析

3．9．1 滑坡碎屑物运动速度分布

3．9．2 滑坡碎屑物堆积厚度分布

3．10 本章小结

第4章 易贡高速远程滑坡超前冲击气浪分析

4．1 滑坡运动超前冲击气浪分析

4．1．1 超前冲击气浪速度分析

4．1．2 超前冲击气浪压强分析

4．1．3 超前冲击气浪作用范围分析

4．2 易贡滑坡堆积范围对比分析

4．3 易贡滑坡超前冲击气浪作用分析

4．4 本草小结

结论和展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目