[发明专利]基于力学分析的洪水中行人安全程度的评估方法

摘要

本发明是一种基于力学分析的洪水中行人安全程度的评估方法，具体步骤为分析洪水中行人的受力特点，考虑人体所受浮力及流速沿水深为不均匀分布，结合河流动力学中泥沙起动的理论，推导出洪水中行人发生滑移及跌倒失稳时的起动流速公式；开展人体模型水槽试验，得到不同失稳方式及水深条件下行人的起动流速，率定公式中的相关参数，利用模型比尺关系及率定后的计算公式估算人体原型在不同水深下的失稳条件；最后采用已有真实人体的水槽试验结果重新率定行人滑移及跌倒失稳时的参数，结合二维水动力模型计算所得洪水要素，确定洪水中行人的安全程度。本发明方法能为洪泛区规划，城市洪水风险管理图绘制，及防洪评价等提供科学依据。

主权项

一种基于力学分析的洪水中行人安全程度的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)，洪水作用下行人失稳的力学分析，以及不同失稳方式下起动流速公式推导，包括如下子步骤：步骤(1.1)，分析洪水中行人所受的主要作用力包括重力、浮力、地面支持力、地面与鞋底摩擦力和水流拖曳力，建立各力的表达式；步骤(1.2)，根据水平方向的受力平衡，推导出洪水中行人滑移失稳时的起动流速公式；步骤(1.3)，根据洪水中行人受力的力矩平衡，推导出行人跌倒失稳时的起动流速公式；步骤(2)，人体模型的水槽试验及公式参数率定，包括如下子步骤：步骤(2.1)，利用人体模型开展水槽试验，测定不同水流条件下人体模型发生失稳时的水深和起动流速，记录失稳方式；步骤(2.2)，利用SPSS软件，由步骤(2.1)中的试验数据率定步骤(1.2)和(1.3)公式中的相关参数；步骤(3)，计算洪水中人体原型的起动流速；利用已有真实人体水槽试验结果重新率定参数，并对公式进行验证，包括如下子步骤：步骤(3.1)，将人体模型失稳的水流条件，包括水深和起动流速，按照比尺关系换算到人体原型数据，将人体模型的特征参数，包括身高和体重，按照比尺关系换算到人体原型数据；将步骤(2.2)中率定所得参数，代入洪水中行人滑移、跌倒失稳的起动流速公式，绘制人体原型在不同水深情况下的起动流速计算曲线，并与上述换算所得人体原型数据进行比较，验证步骤(2.2)率定公式的计算精度；步骤(3.2)，收集已有真实人体的水槽试验资料，重新率定步骤(1.2)和(1.3)中滑移和跌倒失稳起动流速公式中的相关参数，并将起动流速的公式计算值与实测值进行比较，验证公式的计算精度；步骤(4)，确定洪水中行人安全程度，包括如下子步骤：步骤(4.1)，根据人体原型的特征参数包括身高和体重,及来流条件包括水深和流速，将步骤(3.2)中率定所得参数，代入洪水中行人滑移或跌倒失稳的起动流速公式计算来流水深下的临界流速；步骤(4.2)，计算洪水中行人的安全程度，即实际来流流速与计算临界流速的比值，评估洪水中行人的失稳风险；步骤(4.3)，结合二维水动力学模型模拟洪水演进的计算结果，提供洪泛区内行人的安全程度分布图。