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《太原理工大学》 2013年
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太原西山虎峪沟泥石流流场三维数值模拟研究

张华伟  
【摘要】:泥石流是一种典型的固液两相流,其来势凶猛,暴发突然,是山区频发的地质灾害。人类同泥石流灾害的斗争由来已久,随着城市化进程和经济建设活动向山区的推进,山区泥石流的危害日益引起各领域的高度重视。泥石流相关问题主要研究内容包括:泥石流的产生机理、运动机制和运动特征;泥石流流体的流变特性、堆积特征和数值模拟分析;泥石流灾害的危险性评价、预测预报、防治区划和治理设计等方向。 计算流体动力学(简称CFD)是基于经典流体动力学和数值计算方法基础之上的一门学科,本文在总结前人泥石流研究成果的基础上,运用计算流体动力学技术对太原西山虎峪沟泥石流进行了模拟。本次研究用软件为商用CFD软件ANSYS CFX,使用MAPGIS地理信息系统和MIDAS-GTS建立虎峪沟三维沟谷模型,将泥石流流体定义为Bingham粘性泥流模型,经模拟计算得出泥石流速度场及压力场的大小和分布。最后对泥石流拦挡工程进行了流固耦合模拟,得出泥石流流体对拦挡坝坝体冲击力的大小和分布。 通过研究,本文取得的主要研究成果有: (1)本次研究在MAPGIS中对地形等高线进行光滑、抽稀、赋值高程生成三维等高线,以MIDAS-GTS为建模平台,建立了虎峪沟三维沟谷模型,运用MIDAS-GTS超强前处理功能可以方便、快捷地建立复杂三维地质模型,大大提高数值模拟建模的效率。 (2)探讨了泥石流的分类及成因分析、流体的流变特性和运动特征,针对不同性质泥石流流体流变特征现象,分析讨论了泥石流各种流变模型研究成果。然后分析研究了计算流体动力学理论基础、泥石流数值模拟中网格划分、网格质量评价等问题。 (3)以太原西山虎峪沟泥石流灾害及防治工程为例,采用ANSYS CFX软件,将泥石流流体定义为宾汉体模型,设定泥石流的初始条件和边界条件,采用合理的控制参数,模拟计算了虎峪沟泥石流的速度、压力等流场数据。最后将模拟得到的流场数据导入有限元分析软件ANSYS中进行岸坡、拦挡坝流固耦合计算,继而得出泥石流的流场变化特征及拦挡坝的受力特征,为泥石流的防治工程的设计方案选择以及防治规划提供参考。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:P642.23

【参考文献】
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