泥石流流动特性数值模拟及综合治理模式研究

【摘要】泥石流是山区最为常见的自然灾害,爆发突然,破坏力极强。随着经济的迅速发展,人类活动不断地向山区扩展,泥石流与人类的矛盾显得更加尖锐。自上世纪以来,各国学者对泥石流进行了大量的研究。目前,对泥石流的研究主要包括泥石流流体模型、泥石流预测预警、泥石流灾害评估、泥石流流动特性的数值模拟及各类泥石流防治结构等。我国山区和半山区面积广大,是世界上泥石流活动最频繁的国家之一,尤其是西部地区泥石流灾害频发,对人类生命财产造成了重大损失。为达到防灾减灾的目的,本文特对甘肃省卓尼县上卓沟泥石流流动特性及防治结构进行了研究,以期为后续的工程治理提供参考。主要研究内容如下：(1)探讨分析了泥石流形成的内在和外在因素,对常见的水石流、含有细颗粒的水石流、泥流及粘性泥石流的形成及起动条件分别进行了分析。(2)对泥石流数值模拟的基础理论即计算流体动力学及计算流体动力学的数值方法进行了探讨,在此基础上对流体三维湍流模型及两相流模拟方法进行了研究。(3)利用甘肃省卓尼县上卓沟三维等高线地形图,运用AUTOCAD、3dsMAX、RHINO等多种建模软件,建立上卓沟三维地形模型及流场模型。(4)运用CFX流体分析软件,选用宾汉流体模型,在合理确定边界条件和控制参数的基础上对上卓沟泥石流流动过程进行三维流域模拟。得到流速、压力等流场数据后导入ANSYS分析软件,分满库过流与逐渐淤积至满库过流这两种工况,对泥石流与拦挡坝进行了双向流固耦合分析,得到泥石流体在拦挡坝后的运动变化规律以及拦挡坝在泥石流冲击荷载下的应力应变和位移,以期为后续的工程治理提供参考和建议。(5)基于对甘肃南部泥石流沟的现场调研以及对上卓沟防治结构的数值模拟,发现了现有防治结构存在结构形式单一、拦挡坝淤积严重且清淤难度大、现有拦挡坝大多存在排水不畅、坝体腐蚀等问题,提出了针对几种典型泥石流的综合治理模式,以期达到有效控制泥石流的目的。
【作者】徐江；
【导师】朱彦鹏；
【作者基本信息】兰州理工大学，结构工程，2014，硕士
【关键词】泥石流；泥石流成因；计算流体动力学；三维数值模拟；双向流固耦合；综合治理模式；

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