滑坡涌浪流–固耦合分析方法与应用

滑坡涌浪是自然界中广泛存在的一类复杂的流–固耦合问题。针对现有滑坡涌浪数值计算分析方法中的不足,立足于滑坡涌浪动力学过程及物理机制,充分利用不同数值计算方法的特点,采用离散元方法（DEM）模拟滑坡体大变形、不连续问题,采用光滑粒子流方法（SPH）模拟水体的流体动力学特性,构建SPH-DEM流固耦合算法。开发面向GPU并行加速的计算分析程序（Co DEM）,实现SPH-DEM耦合过程的大规模高性能计算分析。运用所开发的程序,对Fahad开展的散体滑坡涌浪模型试验进行同工况下的数值试验,验证程序在模拟滑坡涌浪流–固耦合问题的可靠性。在SPH-DEM耦合分析时,SPH粒子间距与DEM粒径的比值将影响着耦合精度及计算规模;一般地该值小于1/6时,除了对于滑坡入水点附近的涌浪模拟精确性有一定的影响外,对涌浪在远场（距离入水点超过1个波长）影响较小。以1963年意大利Vajont库区滑坡涌浪灾害为例,基于重构的滑坡体及库区的精细化三维数值计算模型,成功再现了从"滑坡运动→涌浪形成、传播→冲击大坝、漫顶"灾害链全过程。在此基础上,分别从滑坡体最终堆积形态（相似度在90%以上）、漫顶最大洪峰流量（约为350×10～3 m3/s）及对坝体的最大作用力(约为3.9×1010 N)等方面与已有的研究成果进行对比和分析,均表明所研究成果与已有成果吻合较好。研究表明,SPH-DEM耦合方法可以较好地实现滑坡涌浪灾害动力学过程分析,所开发的CoDEM可以为库区及近水岸滑坡防灾减灾提供高效的技术支持。