暴雨山洪对村落建筑物冲击的SPH数值模拟

摘要

中国西南地区地势起伏大、山体陡峭，降雨强度高且持续时间长，给山洪的发生提供了有利的地形和气候条件。为揭示高山洪流的运动规律及其对建筑物破坏特性，该文基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)方法，研究了不同雨量、不同高度差及不同泥沙含量条件下洪流对村落的冲击效应，分析了洪流粒子的运动规律及建筑物受力的时程演化特性。研究结果表明，降雨总量显著影响洪流运动形态和冲击强度。随着降雨总量增加，洪流传播速度加快、影响范围扩大，冲击力显著增强。在特大暴雨条件下，洪流流出山谷的时间比大暴雨缩短18%,部分建筑物的受冲击力增加1倍。洪流释放高度差和泥沙含量对洪流冲击力和建筑破坏程度影响显著。洪流释放高度差和泥沙含量对洪流冲击力和建筑破坏程度具有显著影响。村庄布局显著改变洪流颗粒流动的方向和破坏模式。模拟结果表明：在下游区域，5号建筑物西侧的建筑受洪流冲击较小，而上游及中游区域的建筑受到显著冲击。洪流冲击导致流速下降，主要原因是动量转移和湍流作用。然而，后续的洪峰与颗粒间的相互作用可能引发二次运动，对迎水面建筑造成更大的冲击。

关键词

SPH方法 / 数值模拟 / 洪流 / 降雨量 / 冲击力