本發(fā)明涉及滑坡涌浪二維值轉換為三維值的預測模擬裝置和方法。

背景技術：

1、滑坡涌浪災害鏈類型以滑坡-涌浪較常見，危害大面積長距離的航道、沿江城集鎮(zhèn)和沿岸居民生產(chǎn)生活帶安全?；掠坷藶暮︽溇哂羞\動速度快，涌浪沿河道傳播致災面廣，突發(fā)性強等特征。

2、當前關于滑坡涌浪研究方法主要包括經(jīng)驗公式法、理論公式法、概化物理模型試驗法以及數(shù)值模擬方法。但這些方法存在許多的局限性：

3、1.計算結果精度與耗時、耗費之間的局限性：從理論上分析，要想使得計算結果的準確度越高，就需要投入更多的時間、經(jīng)費。

4、2.對操作人員的認知水平要求的局限性：上述各類方法都需要操作人員對其有一定程度的了解，才能掌握各類方法的適用性，難以對不同的案例選用合適的方法。

5、3.計算模型的局限性：當前研究方法較少考慮到復雜水下地形和河道地形對涌浪的產(chǎn)生、傳播和爬高所造成的影響，導致傳統(tǒng)方法的預測精度難以提高。

6、當前雖已有較多的基于物理模型試驗滑坡涌浪的發(fā)明的發(fā)表，但受試驗條件和可行性的影響，很難快速準確的對滑坡涌浪的危險性進行評價。并且，滑坡涌浪災害鏈的動力演化過程極為復雜，涉及到滑坡沖擊造浪-涌浪產(chǎn)生-傳播-爬高四個過程，單一的研究方法很難快速準確的模擬出滑坡涌浪災害鏈全過程。同時，滑坡涌浪災害鏈與滑坡運動、水體和河谷地形密切相關，深度考慮滑坡失穩(wěn)模式和復雜河谷地形效應的滑坡涌浪鏈動機理研究是以往這一領域有所簡化或忽視的，但這卻是進行滑坡涌浪災害鏈預測的關鍵所在。基于此，亟需一種可充分考慮復雜水下河道地形對涌浪產(chǎn)生、傳播和爬高過程的影響，快速準確預測滑坡涌浪災害鏈全過程的數(shù)值模擬方法就十分有必要了。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供滑坡涌浪二維值轉換為三維值的預測模擬裝置和方法，能夠快速準確評價滑坡涌浪危險性的數(shù)值模擬方法，考慮到復雜水下河道地形和河道地形對滑坡造浪和傳播過程產(chǎn)生的影響，以及能夠動態(tài)調整滑坡體入水速度，可實現(xiàn)多計算工況模擬。本文通過二維單寬滑坡涌浪物理模型試驗實現(xiàn)對滑坡的沖擊造浪過程模擬，獲取滑坡失穩(wěn)后產(chǎn)生二維首列涌浪的特征參數(shù)，通過涌浪最大波幅轉換公式，重構得到三維涌浪源的信息，將其作為數(shù)值仿真計算的初始條件，實現(xiàn)對遠場涌浪傳播和爬高過程的模擬，大幅提高了模擬計算結果的精度和效率，降低計算所需耗費。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明的技術方案為：

3、滑坡涌浪二維值轉換為三維值的預測模擬裝置，包括試驗水槽，試驗水槽一端設有消能墻，另外一端設有滑床，在滑床上鋪設滑坡體，在滑坡體前緣設有擋板，在滑床頂部固定設有拉繩式位移計，拉繩式位移計中的拉繩一端與放置在滑坡體內的滑動體連接，在試驗水槽內設有多個波高儀，拉繩式位移計和波高儀將檢測到數(shù)據(jù)傳輸給計算機。

4、在試驗水槽內壁上粘貼有方格紙。

5、在滑坡體上粘貼有防滑膠帶。

6、在水槽內固定設有電磁鐵，擋板一端固定連接有銜鐵，銜鐵吸附在電磁鐵上，在試驗水槽外設置有伸縮桿，在伸縮桿頂部安裝有導輪，導輪上設置有尼龍繩，尼龍繩一端與擋板連接，尼龍繩另外一端與配重塊連接。

7、一種滑坡涌浪二維值轉換為三維值的預測模擬裝置的方法，包括如下步驟：

8、步驟一，先將擋板一端銜鐵吸附在電磁鐵上，而后通過調節(jié)伸縮桿的高度的高度以對導輪高度進行調整，由此將擋板與水平面之間的夾角調整至設定角度；

9、步驟二，在滑床上鋪設完滑坡體后，并將水灌入試驗水槽；

10、步驟三，電磁鐵失電，擋板被釋放，滑坡體涌入試驗水槽內，與此同時，拉繩式位移計和波高儀將檢測到數(shù)據(jù)傳輸給計算機，由計算機存儲和計算拉繩式位移計和波高儀傳輸過來的數(shù)據(jù)信息。

11、步驟四，通過解算試驗過程的影像、位移計和波高儀的數(shù)據(jù)，獲取滑坡體的運動特征參數(shù)和形成初始涌浪波的形態(tài)特征參數(shù)。

12、步驟五，基于涌浪波幅轉換公式，將二維滑坡涌浪的最大波幅(amax,2d，p)換算為三維形態(tài)下涌浪的最大波幅值(amax，3d，p)；并通過弗勞德相似理論，將滑坡體的運動特征參數(shù)(運動時間(t2d，m)、運動速度(v2d，m)、運動距離(s2d，m))和初始涌浪波的形態(tài)特征參數(shù)(最大波幅(amax,2d，p)、波長(lmax，2d，m))換算為真實值。

13、步驟六，集成真實條件下的滑坡體的運動特征參數(shù)和初始涌浪波的形態(tài)特征參數(shù)，重構形成初始最大涌浪波的波源形態(tài)，并利用流體力學基本控制方程中的全非線性boussinesq方程對涌浪傳播和爬高過程進行數(shù)值仿真計算，得出遠場涌浪的傳播和爬高過程。

14、本發(fā)明的有益效果為：

15、(1)本發(fā)明基于耦合二維物理模型試驗的三維滑坡涌浪災害鏈數(shù)值模擬方法，通過滑坡涌浪二維物理模型試驗能夠充分考慮滑坡體材料特性和滑坡、河道水下地形的形態(tài)特征，在復雜水下地形下對滑坡沖擊造浪過程的影響。

16、(2)采用滑坡涌浪二維物理模型試驗能夠詳細觀測滑坡與水體的相互作用過程。通過粒子圖像測速技術可以實現(xiàn)解算滑坡、水體運動全過程的瞬時全場速度矢量數(shù)據(jù)，分析滑坡沖擊造浪階段的滑坡、水體相互作用規(guī)律和能量傳遞和能量耗散機制。

17、(3)基于涌浪波幅轉換公式，可以實現(xiàn)將二維涌浪的最大波幅與三維涌浪最大波幅相聯(lián)系，解決滑坡涌浪二維單寬水槽試驗的局限，可以破除涌浪波橫向受限對試驗結果產(chǎn)生的影響，使得試驗結果能夠滿足三維條件的需求，大幅提高計算結果準確性和便捷性。

18、(4)本文提供一種耦合二維物理模型試驗的三維滑坡涌浪災害鏈數(shù)值模擬方法，可以破除大型三維物理模型試驗耗時、耗費長的限制，采用混合式方法能夠大幅提高試驗過程的簡便性和試驗結果的準確性。提供一種快速準確評價滑坡涌浪危險性的技術流程。

技術特征：

1.滑坡涌浪二維值轉換為三維值的預測模擬裝置，其特征在于：包括試驗水槽(1)，試驗水槽(1)一端設有消能墻(2)，另外一端設有滑床(13)，在滑床(13)上鋪設滑坡體(15)，在滑坡體(15)前緣設有擋板(6)，在滑床(13)頂部固定設有拉繩式位移計(9)，拉繩式位移計(9)中的拉繩一端與放置在滑坡體(15)內的滑動體(7)連接，在試驗水槽(1)內設有多個波高儀，拉繩式位移計(9)和波高儀將檢測到數(shù)據(jù)傳輸給計算機(3)。

2.根據(jù)權利要求1所述的滑坡涌浪二維值轉換為三維值的預測模擬裝置，其特征在于：在試驗水槽(1)內壁上粘貼有方格紙(4)。

3.根據(jù)權利要求1所述的滑坡涌浪二維值轉換為三維值的預測模擬裝置，其特征在于：在滑坡體(15)上粘貼有防滑膠帶(8)。

4.根據(jù)權利要求1到3任一項所述的滑坡涌浪二維值轉換為三維值的預測模擬裝置，其特征在于：在水槽內固定設有電磁鐵(14)，擋板(6)一端固定連接有銜鐵(16)，銜鐵(16)吸附在電磁鐵(14)上，在試驗水槽(1)外設置有伸縮桿(12)，在伸縮桿(12)頂部安裝有導輪(10)，導輪(10)上設置有尼龍繩，尼龍繩一端與擋板(6)連接，尼龍繩另外一端與配重塊(11)連接。

5.一種使用權利要求4所述滑坡涌浪二維值轉換為三維值的預測模擬裝置的方法，其特征在于：包括如下步驟：

技術總結
滑坡涌浪二維值轉換為三維值的預測模擬裝置和方法，包括試驗水槽，試驗水槽一端設有消能墻，另外一端設有滑床，在滑床上鋪設滑坡體，在滑坡體前緣設有擋板，在滑床頂部固定設有拉繩式位移計，拉繩式位移計中的拉繩一端與放置在滑坡體內的滑動體連接，在試驗水槽內設有多個波高儀，拉繩式位移計和波高儀將檢測到數(shù)據(jù)傳輸給計算機。本發(fā)明能夠快速準確評價滑坡涌浪危險性的數(shù)值模擬方法，考慮到復雜水下河道地形和河道地形對滑坡造浪和傳播過程產(chǎn)生的影響，以及能夠動態(tài)調整滑坡體入水速度，重構得到三維涌浪源的信息，將其作為初始條件，完成對涌浪傳播和爬高過程的模擬，大幅提高了模擬計算結果的精度和效率，降低計算所需耗費。

技術研發(fā)人員：陳小婷,秦盼盼,黃波林,成書樓,秦臻
受保護的技術使用者：三峽大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/10