一维泥石流的静动力阻力特征研究及数值模拟.pdf

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1、JournalofEngineeringGeology工程地质学报1004—9665／2010／18(6)．0857—05一维泥石流的静动力阻力特征研究及数值模拟术樊赘赘①王思敬①②王恩-2-：①(①清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100086)(②中国科学院地质与地球物理研究所北京100029)摘要泥石流是山区多发的一种地质灾害，它的发生和发展威胁着人们的生命和财产安全，影响着人们的正常生活，因而需要加强对其发生和发展过程的研究。结合泥石流的动力模型方程采用数值模拟方法再现泥石流发生和发展的过程，是研究和预测模拟泥石流灾害的有效手段。目前的动力模型方程

2、大多只关注动力过程，却忽视了静动力过程的统一，这将导致在一些情况下产生错误的结果。本文研究了一维泥石流的静动力阻力特征，通过修正泥石流动力学方程的阻力项，得到了具有静动力统一特征的模型方程。并以Roe格式的近似Riemann解为基础，采用MUSCL线性重构方法建立了具有较高精度和分辨率的有限体积数值求解。具体算例的数值验证表明，方程阻力项的修是合理的，所建立的数值求解也是稳定和有效的。关键词泥石流阻力特征Roe格式中图分类号：P642．2，X141．文献标识码：ACHARACTERISTICSoFSTATICANDDYNAMICRESISTANCE0F0NE．D】[2E

3、NSIoNALDEBRISFLoWANDITSNUMEIUCALSIMULATIoNFANYunyun~WANGSijing~~WANGEnzhi~((~)StateKeyLaboratoryofHydroscienceandEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084)((~InstituteofGeologyandGeophysics，ChineseAcademyofSciences，Beifng100029)AbstractDebrisflowisoneofthecommonmountainhazardsandserio

4、uslythreatenshumanlivesandbelongingsandaffectssocietydevelopment．Therefore，itisnecessarytostudymoreaboutitshappeninganddevelopment．Theapproachofcombiningthedynamicmodelequationswiththeuseofthenumericalmethodscanleadtoin—-depthun--derstandingofthedevelopmentofdebrisflow．Thisisaneffectivea

5、pproachtostudyandforecastthedebrisflowdisasters．However，amajorityofthepresentdynamicmodelequationsfocusonthedynamicprocess，andignorethecombinationofthestaticanddynamicprocess．Infact，thisneglectmayresultinsomemis—leadingresultsundersomecondition．Inthispaper，thecharacteristicsofstaticanddy

6、namicresistanceofone—dimensionaldebrisflowarestudied．Bymodifyingthefrictionresistancetermofthekineticequation，themodelequationisobtainedfortheuni—formcharacteristicofstaticanddynamic．BasedontheapproximateRiemannsolverofRoescheme，thenumericalsolutionwithhigherprecisionandresolutionisachie

7、vedbyuseofMUSCLlinearreconstruction．Thenumericalvali—dationofanactualexampleprovestherationalityofthemodificationoffrictionresistancetermandthestabilityand$收稿日期：2009—1l一20；收到修改稿日期：2010—03—24．基金项目：国家自然科学基金项目(40872152)“十一五”国家科技支撑计划重点项目(2006BAK30B02)、水沙科学与水利水电工程国家重点实验室自筹项目．第