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基于异构并行的山洪动力演进模型和模拟研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2023年第1期51卷 16-25页

作者：王富磊欧阳朝军中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所四川成都610041 中国科学院大学北京100049

为建立山区小流域降雨-山洪演进正演模拟和预报方法,构建了从降雨、植被截留、土体入渗、坡面汇流到山洪演进全过程物理模型.采用一阶迎风差分格式求解描述坡面汇流到径流过程的扩散波方程,并在凸地形点采用修正算法确保计算精度和求解... 详细信息

为建立山区小流域降雨-山洪演进正演模拟和预报方法,构建了从降雨、植被截留、土体入渗、坡面汇流到山洪演进全过程物理模型.采用一阶迎风差分格式求解描述坡面汇流到径流过程的扩散波方程,并在凸地形点采用修正算法确保计算精度和求解简便性.基于CPU(中央处理器)+GPU(图像处理器)异构并行加速技术实现从降雨到山洪动力演进全过程快速模拟,计算效率相对CPU单核提升300倍左右.通过一维构造地形试验、V型槽实验和都江堰龙溪河真实小流域山洪过程分析,验证了当前计算模型和方法的有效性,为基于动力过程的山洪灾害实时预报研究提供参考.

关键词：山洪预报雨洪过程扩散波模型异构并行数值模拟

猴子岩水库色玉滑坡涌浪灾害链CFD–DEM耦合数值模拟

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工程科学与技术 2023年第1期55卷 161-170页

作者：肖华波王泽皓石伟明王东坡欧阳朝军中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司四川成都610072 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所四川成都610041

滑坡涌浪是一种常见的地质灾害现象,由于滑坡体与水体之间存在复杂的流固耦合作用,使得传统的单一介质模型无法进行准确求解。为此,介绍一种基于计算流体力学方法(CFD)与离散单元法(DEM)的流固耦合模型CFD–DEM,采用计算流体力学方法(C... 详细信息

滑坡涌浪是一种常见的地质灾害现象,由于滑坡体与水体之间存在复杂的流固耦合作用,使得传统的单一介质模型无法进行准确求解。为此,介绍一种基于计算流体力学方法(CFD)与离散单元法(DEM)的流固耦合模型CFD–DEM,采用计算流体力学方法(CFD)求解水体流动,采用离散单元法(DEM)模拟散粒体滑坡运动,充分利用不同计算模型的优势,对滑坡及涌浪演进过程进行数值模拟分析。首先,利用该耦合模型对Robbe–Saule开展的颗粒堆积体坍塌–涌浪试验进行了相同工况下的数值计算,从颗粒坍塌运动过程、涌浪高度演化过程等方面进行对比,结果表明模拟结果与试验结果吻合很好,验证了CFD–DEM流固耦合模型的有效性。然后,将该方法应用于四川省猴子岩水库色玉滑坡–涌浪灾害的演进过程分析,重现了该事件滑坡失稳运动、涌浪产生及传播、涌浪爬升、涌浪回流的全过程,计算结果显示:计算得到的电站进水口处涌浪高度与实测数据较为接近;色玉滑坡从失稳运动至静止堆积的持续时间约为20 s,颗粒平均速度最大达到16.12 m/s;滑坡引起的涌浪约在滑坡失稳10 s后传播到对岸,之后开始沿坡面向上爬升,最大爬升高度达到27.32 m。研究表明CFD–DEM流固耦合模型能够很好地应用于模拟山区河谷大规模滑坡涌浪灾害,可为库区防灾减灾提供高效的技术支持。

关键词：滑坡涌浪计算流体力学(CFD) 离散单元法(DEM) 耦合模型数值模拟

基于非线性破坏准则超前支护桩加固高切坡的静动稳定分析

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工程力学 2011年第12期28卷 119-125页

作者：何思明张晓曦欧阳朝军中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室四川成都610041 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所四川成都610041 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

Baker提出非线性破坏准则是一种广义的岩土体强度准则,常规的M-C强度准则、格里菲斯强度准则以及Hoek-Brown强度准则均为其特例。该文应用Baker非线性破坏准则,研究了高切坡稳定性判识、超前支护桩加固以及加固高切坡的地震屈服加速度... 详细信息

Baker提出非线性破坏准则是一种广义的岩土体强度准则,常规的M-C强度准则、格里菲斯强度准则以及Hoek-Brown强度准则均为其特例。该文应用Baker非线性破坏准则,研究了高切坡稳定性判识、超前支护桩加固以及加固高切坡的地震屈服加速度和永久位移计算的极限分析方法。根据上限定理进行推导,分别建立了安全系数以及屈服加速度系数与多个变量的函数,将相关问题转化为含有多变量的数学优化问题并给出了最优解。结果表明:切坡方式对高切坡稳定性、超前支护桩加固荷载有显著影响,对已加固高切坡的屈服加速影响较小。

关键词：高切坡非线性强度准则超前支护桩上限定理静动稳定性

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岩质高切坡预应力锚索超前支护研究

土木工程学报 2011年第12期44卷 101-107页

采用极限分析上限定理研究遵循Hoek-Brown强度准则岩质高切坡超前支护问题。首先研究无支护岩质高切坡的稳定性,给出无支护岩质高切坡稳定计算方法;其次,分析预应力锚索超前支护岩质高切坡的力学机制,推导相关计算公式和预加固荷载确定... 详细信息

采用极限分析上限定理研究遵循Hoek-Brown强度准则岩质高切坡超前支护问题。首先研究无支护岩质高切坡的稳定性,给出无支护岩质高切坡稳定计算方法;其次,分析预应力锚索超前支护岩质高切坡的力学机制,推导相关计算公式和预加固荷载确定方法;最后分析加固岩质高切坡在地震荷载下的临界屈服加速度及其永久位移。揭示了开挖方式、强度参数对预应力锚索加固岩质高切坡的影响。

关键词：岩质高切坡极限分析预应力锚索屈服加速度

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条形基础荷载对边坡稳定性影响与加固研究

岩土工程学报 2011年第12期33卷 1980-1986页

西部山区土地资源贫乏,为了合理地利用土地资源经常在边坡上修筑各类建筑物与构筑物,由于基础荷载会影响边坡的稳定性,荷载过大甚至会引起滑坡,造成生命与财产的重大危害。对此,以坡顶条形基础荷载作用于边坡稳定性为研究模型,应用M-C... 详细信息

西部山区土地资源贫乏,为了合理地利用土地资源经常在边坡上修筑各类建筑物与构筑物,由于基础荷载会影响边坡的稳定性,荷载过大甚至会引起滑坡,造成生命与财产的重大危害。对此,以坡顶条形基础荷载作用于边坡稳定性为研究模型,应用M-C线性破坏准则结合极限分析上限定理,分析附加应力对边坡稳定性的影响。对于稳定性较差的土质边坡,采用抗滑桩进行超前支护,研究地震荷载作用下超前支护桩加固边坡的抗力荷载、临界屈服加速度的影响因素。为坡顶条形基础荷载下边坡稳定性分析与超前支护设计提供一种合理的计算方法。

关键词：条形基础边坡稳定性超前支护桩上限定理

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中国山地保护与山区发展:回顾与展望

中国科学院院刊 2023年第3期38卷 376-384页

作者：文安邦汤青欧阳朝军朱波王玉宽李爱农栗帅朱万泽刘丽君中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所成都610299 中国科学院科技促进发展局北京100864

中国是世界山地大国,山地面积约为陆地国土面积的2/3。近10年来,山地林草植被覆盖率增加8.2%,山地绿色覆盖指数均值达到82.1%,植被覆盖率达到新中国成立以来最高水平,水土流失面积减少27.5×10^(4)km^(2),土壤年侵蚀量减少27%。目前,中... 详细信息

中国是世界山地大国,山地面积约为陆地国土面积的2/3。近10年来,山地林草植被覆盖率增加8.2%,山地绿色覆盖指数均值达到82.1%,植被覆盖率达到新中国成立以来最高水平,水土流失面积减少27.5×10^(4)km^(2),土壤年侵蚀量减少27%。目前,中国山地生态安全屏障骨干体系基本形成,高效的山地灾害防控体系不断健全,山地灾害减灾成效显著;与此同时,山区脱贫攻坚战取得历史性胜利,山区产业结构得到显著优化,现代化进程稳步推进。

关键词：山地环境山地灾害山区发展山区现代化

滚石冲击荷载下棚洞钢筋混凝土板动力响应研究

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岩土力学 2013年第3期34卷 881-886页

作者：王东坡何思明欧阳朝军张晓曦向波王晓峰中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室成都610041 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 西南交通大学土木工程学院成都610031 四川省交通厅公路规划勘察设计研究院成都610041

我国西部地区地势复杂,高山峡谷众多,特殊的地质地貌发育了大量滚石山地灾害,严重威胁山区人民的安全。一般认为,采用棚洞结构进行滚石灾害防治是最为有效的工程措施,然而,滚石对棚洞的冲击是一个复杂的动力过程,尤其表现在滚石与棚洞... 详细信息

我国西部地区地势复杂,高山峡谷众多,特殊的地质地貌发育了大量滚石山地灾害,严重威胁山区人民的安全。一般认为,采用棚洞结构进行滚石灾害防治是最为有效的工程措施,然而,滚石对棚洞的冲击是一个复杂的动力过程,尤其表现在滚石与棚洞顶板的瞬态接触过程中。而目前国内外对此缺乏合理的计算方法,严重制约滚石棚洞结构的工程应用。为此,结合Olsson为求解正交各向异性复合板冲击问题所提出的动力控制方程,针对目前接触准则给出的接触定律与实际往往不符所带来的缺陷,通过引入数值压痕试验手段,提出了一种滚石冲击钢筋混凝土(RC)板动力响应问题的理论方法。结合算例,将该方法与Herzt理论解、动力有限元解进行了比较,结果表明:Herzt弹性理论解未考虑结构塑性变形影响,导致滚石冲击力偏大;而该方法得到的理论解与动力有限元计算结果较为接近。该方法不仅可用于滚石冲击荷载下棚洞RC板动力响应分析,同时为压痕试验在土木工程中的应用提供了一种有效的数值分析方法。

关键词：滚石棚洞RC板压痕试验冲击响应

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地震作用下桩锚组合结构加固边坡稳定性分析

四川大学学报（工程科学版） 2010年第S1期42卷 93-99页

作者：罗渝何思明欧阳朝军吴永中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所四川成都610041 中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室四川成都610041 中国科学院研究生院北京100049

对于一些性质复杂,滑坡推力巨大的边(滑)坡,单一的抗滑结构对其整治已显得无能为力,于是各种组合抗滑结构应运而生,然而目前对采用组合防治结构加固边坡稳定性的研究又十分稀缺。因此,以桩锚组合结构加固边坡为例,运用极限分析上限定理... 详细信息

对于一些性质复杂,滑坡推力巨大的边(滑)坡,单一的抗滑结构对其整治已显得无能为力,于是各种组合抗滑结构应运而生,然而目前对采用组合防治结构加固边坡稳定性的研究又十分稀缺。因此,以桩锚组合结构加固边坡为例,运用极限分析上限定理,推导出了地震作用下桩锚组合结构加固边坡中抗滑桩所需提供抗力的计算公式以及该加固边坡的屈服加速度计算公式,并提出了永久位移的预测方法,为地震带边坡防治结构的设计提供理论依据。通过对桩锚组合结构加固的实例边坡的计算分析,得到了在确定的锚索布置条件下,抗滑桩所需提供抗力和边坡屈服加速度与地震系数、抗滑桩布置位置、边坡特性和坡体材料特性等因素相关关系的一系列研究结果,揭示了地震作用下桩锚组合结构加固边坡的稳定性。

关键词：桩锚组合结构上限定理动力稳定性加固边坡

超前支护桩加固高切坡的静动力响应与永久位移预测研究

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四川大学学报（工程科学版） 2010年第5期42卷 127-133页

在西部山区的城镇化建设中,常因土地资源稀缺而不得不利用坡地资源。然而如果不当切坡,就可能引发其失稳滑塌,给工程建设和人民生命财产造成重大危害。为此,以极限分析的上限定理为手段,分析了不同切坡方式和不同土体抗剪强度对高切坡... 详细信息

在西部山区的城镇化建设中,常因土地资源稀缺而不得不利用坡地资源。然而如果不当切坡,就可能引发其失稳滑塌,给工程建设和人民生命财产造成重大危害。为此,以极限分析的上限定理为手段,分析了不同切坡方式和不同土体抗剪强度对高切坡稳定性的影响。并基于超前支护理论,研究了危险高切坡的超前支护方案,给出了超前支护桩的抗力荷载的计算方法。最后,在考虑有地震荷载作用的条件下,分析了高切坡超前支护体系发生永久位移的临界加速度条件和永久位移大小,最终为高切坡超前诊断与支护设计提供一个完备的解决方案。

关键词：高切坡上限定理超前支护桩屈服加速度永久位移