基于改进SPH方法的滑坡涌浪对大坝结构冲击响应规律

摘要

合理的模拟方法对滑坡涌浪灾害应急决策的制定至关重要，本文提出一种基于改进光滑粒子流体动力学方法（SPH）的流固耦合分析模型。该模型采用弹簧–阻尼的形式处理伸缩变形体的流固耦合计算，有效地解决了复杂流体现象与大变形体的耦合及粒子相互穿透的问题，从而分析滑坡涌浪对大坝结构冲击响应规律。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，破碎波前段波对大坝稳定性的影响尤其显著，其影响力为孤立波的10～12倍；随着滑坡与大坝距离的增加，在一定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，冲击角度在0～30°时波压最大，超过30°时其影响力开始减小；改进SPH方法的计算结果与试验结果一致性较好，能够很好地再现滑坡—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。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。

关键词

大坝 / SPH方法 / 弹簧–阻尼模型 / 滑坡涌浪 / 冲击响应

基金资助

中央级公益性科研院所基本科研业务专项（ZDJ2024–20）; 国家自然科学基金项目（51708516）; 博士后基金项目（2021M691391）