基于改进SPH方法的滑坡涌浪对大坝结构冲击响应规律研究

作     者：黄帅 王中根 李昱 冯宇翔 

作者机构：应急管理部国家自然灾害防治研究院 帝国理工学院 

出 版 物：《工程科学与技术》 (Advanced Engineering Sciences)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 080103[工学-流体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然基金项目（51708516） 国家重点研发计划项目（2022YFC3070100） 博士后基金项目(2021M691391) 

主　　题：大坝 SPH方法 弹簧-阻尼模型 滑坡涌浪 冲击响应 

摘      要：合理的模拟方法对于滑坡涌浪灾害应急决策的制定至关重要，本研究提出了一种基于改进SPH法的流固耦合分析模型，该模型采用弹簧-阻尼的形式来处理伸缩变形体的流固耦合计算，从而有效地解决了复杂流体现象与大变形体的耦合问题以及粒子相互穿透的问题。在此基础上，分析了滑坡涌浪对大坝结构冲击响应规律。研究结果表明：当滑坡产生的涌浪波到达大坝结构时，坝体不仅受到孤立波的影响，还会受到破碎波前段波和破碎波段波的影响，尤其是破碎波前段波对大坝稳定性的影响显著，其影响力约为孤立波的10-12倍。随着滑坡与大坝距离的增加，在一定的距离范围内滑坡涌浪对大坝结构稳定性的影响显著，同时，涌浪冲击角度的增加会导致作用于大坝的波压下降，在0°到30°之间时波压最大，超过30°时其影响力开始减小。改进的SPH方法计算结果与试验结果一致性较好，其能够很好的再现滑坡-崩塌破碎-涌浪-大坝结构大变形的整个灾害链过程，不仅能模拟大坝在冲击波下的大变形行为，也能模拟大坝动态响应的衰减行为。这些研究结果为大坝结构设计、施工及灾害应急防控提供了重要的参考价值。