猴子岩水库色玉滑坡涌浪灾害链CFD–DEM耦合数值模拟

摘要

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

基金资助

国家自然科学基金优秀青年基金项目（42022054）; 中国科学院战略性先导科技专项（XDA23090303）; 四川省重点研发专项（2022YFS0543;2022YFG0140）