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黄河上游地区泥石流冲击刚性防护结构运动过程的移动粒子半隐式流固耦合模拟
1
作者
王志刚
冯亚亚
+7 位作者
张长青
孙中科
徐扬
卢明辉
黄丽颖
马鑫弟
郑俊杰
刘冠男
《地球科学与环境学报》
北大核心
2025年第4期618-633,共16页
黄河上游地区泥石流灾害具有高突发性和强破坏性,其细颗粒含量高、黏度大的特性使得传统数值方法难以准确模拟其冲击过程。基于移动粒子半隐式(MPS)方法与宾汉姆流变模型的耦合框架,构建了适用于泥石流-结构流固耦合模拟的高精度数值模...
黄河上游地区泥石流灾害具有高突发性和强破坏性,其细颗粒含量高、黏度大的特性使得传统数值方法难以准确模拟其冲击过程。基于移动粒子半隐式(MPS)方法与宾汉姆流变模型的耦合框架,构建了适用于泥石流-结构流固耦合模拟的高精度数值模型,并通过对比模型模拟结果与前人试验结果验证了该模型的准确性;针对黄河上游地区典型泥石流灾害场景,系统模拟了不同泥石流体积(10~30 m3)和边坡坡度(5°~15°)下泥石流对刚性防护结构冲击动力过程的影响。结果表明:(1)在边坡坡度为5°工况下,当泥石流体积为25 m3时,泥石流冲击力峰值为287.80 kN;当泥石流体积为30 m3时,泥石流冲击力第1个峰值陡增至681.71 kN,且第2个峰值(261.07 kN)仍具显著破坏性;当泥石流体积为15~30 m3时,泥石流冲击力峰值与泥石流体积之间的关系呈现指数函数关系;根据这一关系,泥石流体积从20 m3增长到25 m3时,泥石流冲击力峰值增大幅度仅为52.4%,但是泥石流体积从25 m3增长到30 m3时,泥石流冲击力峰值增大幅度高达116.5%;泥石流冲击力峰值突变对应的泥石流体积阈值为27 m3。(2)在泥石流体积为15 m3工况下,当边坡坡度增大至15°时,泥石流冲击力时程曲线呈现显著双峰特征,峰值分别为442.54和398.29 kN(两者相差小于10%),导致刚性防护结构反复受力的风险增加。
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关键词
泥石流
刚性防护结构
移动粒子半隐式方法
宾汉姆流变模型
流固耦合
冲击荷载
黄河
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职称材料
题名
黄河上游地区泥石流冲击刚性防护结构运动过程的移动粒子半隐式流固耦合模拟
1
作者
王志刚
冯亚亚
张长青
孙中科
徐扬
卢明辉
黄丽颖
马鑫弟
郑俊杰
刘冠男
机构
天津铁道职业技术学院铁道建筑学院
中国地质科
学院
矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室
中铁第六勘察设计院集团有限公司
出处
《地球科学与环境学报》
北大核心
2025年第4期618-633,共16页
基金
国家自然科学基金项目(41902290)
现代职业教育体系建设改革新模式专项项目(ZBJ240021)
中国地质科学院矿产资源研究所基本科研业务费专项资金项目(KK2416,KK2202)。
文摘
黄河上游地区泥石流灾害具有高突发性和强破坏性,其细颗粒含量高、黏度大的特性使得传统数值方法难以准确模拟其冲击过程。基于移动粒子半隐式(MPS)方法与宾汉姆流变模型的耦合框架,构建了适用于泥石流-结构流固耦合模拟的高精度数值模型,并通过对比模型模拟结果与前人试验结果验证了该模型的准确性;针对黄河上游地区典型泥石流灾害场景,系统模拟了不同泥石流体积(10~30 m3)和边坡坡度(5°~15°)下泥石流对刚性防护结构冲击动力过程的影响。结果表明:(1)在边坡坡度为5°工况下,当泥石流体积为25 m3时,泥石流冲击力峰值为287.80 kN;当泥石流体积为30 m3时,泥石流冲击力第1个峰值陡增至681.71 kN,且第2个峰值(261.07 kN)仍具显著破坏性;当泥石流体积为15~30 m3时,泥石流冲击力峰值与泥石流体积之间的关系呈现指数函数关系;根据这一关系,泥石流体积从20 m3增长到25 m3时,泥石流冲击力峰值增大幅度仅为52.4%,但是泥石流体积从25 m3增长到30 m3时,泥石流冲击力峰值增大幅度高达116.5%;泥石流冲击力峰值突变对应的泥石流体积阈值为27 m3。(2)在泥石流体积为15 m3工况下,当边坡坡度增大至15°时,泥石流冲击力时程曲线呈现显著双峰特征,峰值分别为442.54和398.29 kN(两者相差小于10%),导致刚性防护结构反复受力的风险增加。
关键词
泥石流
刚性防护结构
移动粒子半隐式方法
宾汉姆流变模型
流固耦合
冲击荷载
黄河
Keywords
debris flow
rigid protective structure
MPS method
Bingham rheological model
fluid-structure interaction
impact load
Yellow River
分类号
P694 [天文地球—地质学]
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题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
黄河上游地区泥石流冲击刚性防护结构运动过程的移动粒子半隐式流固耦合模拟
王志刚
冯亚亚
张长青
孙中科
徐扬
卢明辉
黄丽颖
马鑫弟
郑俊杰
刘冠男
《地球科学与环境学报》
北大核心
2025
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