滑坡涌浪对大坝冲击破坏的研究

强地震后引起的库区上游坡体滑坡后产生的强水波对下游受损大坝产生强大冲击，严重威胁下游大坝安全。本项目用算子分裂法求解NS方程、数值求解方法采用有限元法、流体自由表面追踪采用浓度法，提出一种新的NS方程水波模型。在此基础上，把滑坡体当作一种流体，引入三相流理论，建立新的滑坡涌浪模型。将涌浪波对大坝冲击作用力作为大坝受力边界条件，实现与混凝土弹塑性损伤模型的耦合，建立大坝在水波冲击作用下损伤演化模型。确定涌浪特征与滑坡体特征、水文地质条件等的关系，研究涌浪特征、滑坡位置与下游大坝的距离、下游大坝库区内水位对水波冲击力的影响，探讨现存裂纹、材料非均匀性对大坝损伤演化的作用，揭示强地震后受损大坝在不同涌浪波冲击作用下损伤演化过程和破坏倒塌机制。.从力学机制上，为目前水电资源的合理开发，震后库区内边坡的及时治理，下游受损大坝的修复加固、库区内水位的调整等提供科学支撑。

强地震后引起的库区上游坡体滑坡后产生的强水波对下游受损大坝产生强大冲击，严重威胁下游大坝安全。本项目首先建立了N-S方程新的有限元求解方法：特征线算子分裂有限元法。该方法把N-S方程分解成扩散项、对流项和压力项。对流项采用多步显式格式，且在每一个对流子时间步内采用高精度的显式特征线-Galekin法进行时间离散，空间离散采用标准Galerkin法。通过平面Poisseuille流、方腔流和圆柱绕流等算例对该方法进行了验证；在N-S方程求解的基础上，流体自由表面跟踪采用深度法，建立了新的N-S方程水波模型，运用下游河床有水、无水溃坝模型对该水波模型进行了验证；在N-S方程水波模型基础上，本项目把滑坡体当作一种密度和粘性系数都大于水体的流体，与水体、空气组成三相非定常流，整个区域控制模型都采用非定常N-S方程，引入浓度场控制方程和三相流组分校对方程，建立了一种新的滑坡涌浪模型，通过室内物理模型实验和现有计算结果对该滑坡涌浪模型进行了验证；另外，本项目将混凝土假定为一种由硬化水泥砂浆、粗骨料及界面粘结带所组成的三相复合材料，在满足骨料级配曲线算法的基础上，采用细观单元的弹塑脆性损伤本构，考虑材料的非均质特性，建立了基于细观力学的混凝土弹塑脆性损伤数值模型，通过单轴受拉、受压混凝土试样的数值实验验证了模型的正确性；在得到涌浪波对大坝冲击作用力后，以此作为大坝受力边界条件，通过数据接口文件，与混凝土弹塑性损伤模型耦合，建立了在水波冲击力作用下大坝损伤演化模型，并利用该模型研究了大坝在不同涌浪波冲击作用下损伤破坏的机制。从力学机制上，为目前水电资源的合理开发，震后库区内边坡的及时治理，下游受损大坝的修复加固、库区水位的调整等提供科学支撑。通过该项目的研究，在《中国科学》、《力学学报》等期刊上发表论文22篇，出版专著1部，培养博士后1名、硕士研究生4名，获奖1项。