[发明专利]一种滑坡涌浪计算方法

权利要求书

1.一种滑坡涌浪计算方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：根据已有地形、水位和滑坡体形状位置资料，建立三维有限元模型；

步骤2：结合Navier-Stokes方程和改进的守恒式Level Set方法，计算流体各运动参数，捕捉自由面；

步骤3：采用沿水深积分的流体控制方程模拟涌浪传播过程，对涌浪运动轨迹和泛滥区域进行数值预报。

2.根据权利要求1所述的滑坡涌浪计算方法，其特征在于所述步骤2中对土质或松散介质坡体，基于“流体化”的特点，以流体力学基本方程Navier-Stokes方程配以非牛顿流体或拟流体本构关系描述其物理特性和运动过程，由于将滑坡体视作似流体，滑坡体、水体和空气三相介质可用同一本构模型表示：

$\mathrm{\τ}=(\frac{{\mathrm{\τ}}_{y0}cos\mathrm{\φ}+psin\mathrm{\φ}}{\sqrt{I_{2D}}}+2\mathrm{\μ}{\left(I_{2D}\right)}^{\frac{\mathrm{\η}-1}{2}})D$

式中，τ_y0表示流体屈服应力，φ为内摩擦角，I_2D是应变张量D的第二不变量，μ为黏性系数，η为表示流体特性的参量。

3.根据权利要求2所述的滑坡涌浪计算方法，其特征在于在利用Navier-Stokes方程计算出的流场信息的基础上，采用改进的守恒式双重Level Set方法捕捉滑坡体、水体和空气三者的交界面，反映三者间强烈的流固耦合作用，真实模拟滑坡体入水产生涌浪的过程，改进的守恒式双重Level Set方法包含两个部分：指示函数的输运，和指示函数的重新初始化。

4.根据权利要求3所述的滑坡涌浪计算方法，其特征在于在三相流中，各点的物理参数用指示函数H表示，各点的物理参数包括密度或黏性；引入指示函数H₁、H₂，滑坡体、水体和空气三相介质各自区域分别记作Ω₁、Ω₂、Ω₃，滑坡体与水体、水体与空气、滑坡体与空气界面依次用Γ₁₂、Γ₂₃、Γ₁₃表示，P表示物理参数，则各区域参数用统一的方程表示：

P＝P₁+(P₂-P₁)H₁+(P₃-P₂)H₂

在Ω₁内，H₁＝H₂＝0；在Ω₂内，H₁＝1，H₂＝0；在Ω₃内，H₁＝H₂＝1。