A study of overtopping breach process with soil–water erosion using improved smoothed particle hydrodynamics

基于改进光滑粒子法的考虑土水侵蚀的漫顶溃坝过程模拟研究

热烈祝贺陈丁博士作为一作在《Acta Geotechnica》发表了题为“A study of overtopping breach process with soil-water erosion using improved smoothed particle hydrodynamics”的研究论文！

近几年，极端强降雨事件频发，以颗粒土构筑的提防、土石坝等挡水建筑物的漫顶溃坝灾害风险上升。针对漫顶溃坝过程的溃口发展规律的机理性研究需求，基于新一代数值计算方法——无网格粒子法，本文提出了一种考虑土水侵蚀的漫顶溃坝的SPH数值模型。为模拟溃坝过程的土水耦合力学行为，该模型提出了一种能够描述土体变形和流体运动的统一更新拉格朗日格式的SPH框架。流体采用弱可压缩本构模型，土体采用一种考虑土水侵蚀强度软化的本构模型。根据流量平衡关系，简化整个水库水量为流入流出边界条件。该模型可实现三维模型的溃坝全过程仿真，解决了土-水界面剪切力计算、土体大变形流动等数值难点。通过与实验结果比较，成功复现了四种溃口失效模型，验证了该模型的有效性。通过研究土体参数对溃坝溃口的影响，呈现出不同的土体强度有不同的溃口发展规律，且随着土体剪切强度增加，溃口形状的典型“陡坎”效应愈加明显。

图：曼宁系数n=0.02的SPH和浅水方程SWE的结果比较

图：漫顶溃坝溃口失效模式及土-水界面演化规律

图：不同土体强切强度下的溃口发展规律

配图：陈丁

审核：陆炎洲