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關(guān)注創(chuàng)建者:匿名 創(chuàng)建時間:2022-03-22

降雨模擬的實(shí)例教程
降雨是山體滑坡發(fā)生的最常見誘因,幾乎每年都有報(bào)道。降雨條件下,滑坡的穩(wěn)定性評價(jià)問題,不管在科研界還是工程界,都是十分受關(guān)注的。雖然研究的人不少,但筆者認(rèn)為,這個問題始終沒有得到最合理的解釋,很大程度上歸咎于目前人類在巖土力學(xué)領(lǐng)域尚未走向成熟,所運(yùn)用的理論仍然是上百年前的學(xué)者所創(chuàng)立的。
言歸正傳,那么降雨到底會對滑坡產(chǎn)生哪些影響?普遍認(rèn)為這是一個多孔介質(zhì)滲流應(yīng)力耦合問題,即引起坡體內(nèi)滲流場-應(yīng)力場-位移場的變化,這種變化或許對于滑坡的失穩(wěn)起到了促進(jìn)作用。筆者基于該理論,在ABAQUS中建立了降雨條件下滑坡滲流場-應(yīng)力場-位移場耦合模型。模擬3天降雨過程,模擬結(jié)果如下。感興趣的朋友歡迎交流討論!
圖1 滑坡概化模型
圖2 網(wǎng)格劃分
(a)初始孔壓
(b)降雨24小時孔壓
(c)降雨48小時孔壓
(d)降雨72小時孔壓
圖3 滑坡體內(nèi)孔隙水壓力變化
(a)初始有效應(yīng)力
(b)降雨24小時有效應(yīng)力
(c)降雨48小時有效應(yīng)力
(d)降雨72小時有效應(yīng)力
圖4 滑坡體內(nèi)有效應(yīng)力變化
(a)降雨24小時水平位移
(b)降雨48小時水平位移
(c)降雨72小時水平位移
圖5 滑坡水平位移變化
(a)降雨24小時等效塑性應(yīng)變
(b)降雨48小時等效塑性應(yīng)變
(c)降雨72小時等效塑性應(yīng)變
圖6 滑坡體內(nèi)塑性區(qū)發(fā)展變化
展開 邊界條件該怎么設(shè)置
本案例主要根據(jù)調(diào)研得到的7.20河南暴雨相關(guān)數(shù)據(jù)而設(shè)定輸入條件:
河流上游流量:600 m3/s
降雨量:345 mm/day
模擬時間:24小時
模型結(jié)果
經(jīng)過計(jì)算,我們得到了如下圖所示的結(jié)果。我們可以用不同的顏色區(qū)域表示不同水深。在暴雨前,居民區(qū)為黃褐色,水深為0米,河流區(qū)則為深藍(lán)色,水深大于1米。由于持續(xù)的降雨,河流上游流量增大,洪水來襲,地面水位不斷上升。由于地形以及所在位置的差異,各地的水深各不相同。根據(jù)色塊的范圍,我們可以判斷各地的風(fēng)險(xiǎn)等級。
下圖則是將仿真結(jié)果與衛(wèi)星圖結(jié)合展示。經(jīng)過計(jì)算,我們得到具體時間和具體地點(diǎn)的淹沒水深、歷時等重要信息,并將其可視化展示在衛(wèi)星圖上,構(gòu)建逼真的洪水演進(jìn)場景。
研究結(jié)論
我們以高程資料、建筑及街道尺寸信息等,作為仿真計(jì)算的輸入模型數(shù)據(jù)。結(jié)合高性能環(huán)境流體力學(xué)仿真軟件TELEMAC-MASCARET,對一次特大降雨量場景可能造成的城區(qū)內(nèi)澇場景進(jìn)行推演計(jì)算。并采用可視化的效果來顯示計(jì)算得到的城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的基本要素信息,如洪水涉及范圍及水深、淹沒歷時、水流流速等,為城鎮(zhèn)的洪水防御工作提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
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摘 要:
為了分析邊坡在降雨入滲作用下的滲流和穩(wěn)定性,文章采用有限元強(qiáng)度折減數(shù)值模擬法,分析坡面滲流及穩(wěn)定性受降雨強(qiáng)度、持續(xù)時間及類型等因素的影響。結(jié)果表明:隨著邊坡降雨強(qiáng)度或持續(xù)時間的增加,邊坡最大孔壓逐漸增大,穩(wěn)定性系數(shù)逐步降低。總降雨量相同的情況下,短期暴雨對粘性土坡的影響更為明顯,造成孔壓升高,邊坡穩(wěn)定性下降。研究結(jié)果對邊坡穩(wěn)定性評估提供參考。
關(guān)鍵詞:降雨入滲;邊坡穩(wěn)定性;數(shù)值模擬;ABAQUS;孔隙水壓;
隨著城市建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn),土地資源日益稀缺,越來越多的工程開始修建于山區(qū),邊坡護(hù)坡不當(dāng)往往造成山體滑坡、崩塌失穩(wěn),造成財(cái)產(chǎn)重大損失和人員傷亡[1,2]。因此,邊坡穩(wěn)定性研究成為巖土工程領(lǐng)域的重點(diǎn)研究課題。降雨入滲對邊坡穩(wěn)定性影響顯著。降雨水分在邊坡地表時,會逐漸向下滲透到邊坡體內(nèi)部,增大了邊坡土體的飽和度,降低了土體的抗剪強(qiáng)度,誘發(fā)邊坡失穩(wěn),導(dǎo)致邊坡滑坡或坍塌。此外,降雨還會導(dǎo)致邊坡土體內(nèi)部的水壓增大,使得土體的抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步降低。在強(qiáng)降雨時,水壓可能會很快上升,從而迅速引發(fā)邊坡失穩(wěn)。國內(nèi)外研究人員提出了各種理論和數(shù)值模擬方法評價(jià)降雨條件下邊坡的穩(wěn)定性,包括極限平衡法、極限分析法和數(shù)值模擬方法,如有限元法、有限差分法、離散元法等[4]。趙衡等[5]利用FLAC3D軟件對某路塹邊坡進(jìn)行數(shù)值模擬分析,得出邊坡破壞方式為對稱破壞,并提出斜坡穩(wěn)定性極限平衡計(jì)算方法。喬翔等[6]針對某公路邊坡的剖面模型,采用極限平衡法對坡體不同部位進(jìn)行穩(wěn)定性分析,并根據(jù)受力分析提出合理的邊坡加固方案。劉勇等[7]以改良的極限平衡法為基礎(chǔ),結(jié)合室內(nèi)測試和數(shù)值模擬技術(shù),揭示降雨對邊坡安全系數(shù)產(chǎn)生顯著影響的影響因素,如降雨強(qiáng)度和降雨時長等,并計(jì)算了在降雨入滲作用下,非飽和土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性。
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降雨模擬的最新內(nèi)容
檢查天窗密封性能,可通過在雨天或使用噴水設(shè)備模擬降雨的情況下,觀察車內(nèi)是否有漏水現(xiàn)象。同時,測試天窗遮陽簾的開合功能是否正常。
(四)后視鏡與雨刮器功能測試
1、后視鏡調(diào)節(jié)測試:操作后視鏡調(diào)節(jié)開關(guān),分別測試電動后視鏡的上下、左右調(diào)節(jié)功能。觀察后視鏡的調(diào)節(jié)是否靈活、準(zhǔn)確,能否到達(dá)指定的調(diào)節(jié)位置。檢查后視鏡在調(diào)節(jié)過程中是否有松動、異響現(xiàn)象。
設(shè)備設(shè)計(jì)
· 耐候試驗(yàn)箱通常配備旋轉(zhuǎn)樣品架和噴淋系統(tǒng),確保樣品均勻受光并模擬降雨侵蝕;
· 老化試驗(yàn)箱可能簡化溫濕度控制,更適合實(shí)驗(yàn)室小樣品測試。
氙燈耐候試驗(yàn)箱的優(yōu)勢
1.
一、與不同形式降水的相互作用
LiDAR傳感器與不同形式的降水有相互作用:
1、雨天
aiSim的LiDAR模型不會將雨滴視為影響激光反射的幾何形狀,而是基于強(qiáng)度和3D坐標(biāo),添加噪聲,從而模擬降雨對于ADAS中LiDAR性能的衰減。
圖1 邊坡模型示意圖
表1 斜坡面土體物理力學(xué)參數(shù)
2 邊坡降雨入滲數(shù)值模擬
2.1 降雨強(qiáng)度對邊坡滲流的影響
在ABAQUS數(shù)值模擬中,降雨強(qiáng)度可以表示為單位流量q(m/h)。通過設(shè)置降雨邊界條件實(shí)現(xiàn)降雨入滲模擬。斜坡前后及地面采用固定約束邊界,以限制邊坡在該方向上的位移。邊坡除邊界位移條件限制外,還需設(shè)置孔隙水壓邊界條件。
下面展示幾個降雨事件的模擬結(jié)果。
雨況模擬
對于短時間的強(qiáng)降雨,雨強(qiáng)超過40mm/h,綠線為模擬流量,藍(lán)線為實(shí)際流量。主洪峰處較好的擬合了效果。
圖3:短歷時強(qiáng)降雨的情況
對于長歷時的小降雨,模型計(jì)算值會出現(xiàn)震蕩,可能是由低水深時摩擦力等物理數(shù)值的不穩(wěn)定造成。在洪峰處的模擬還是較為準(zhǔn)確。
邊界條件該怎么設(shè)置
北京移動在6月陸續(xù)組織了十?dāng)?shù)次防汛信息上報(bào)演練,通過自主研發(fā)的“多場景綜合監(jiān)控支撐系統(tǒng)”,模擬當(dāng)降雨強(qiáng)度達(dá)到藍(lán)色及以上預(yù)警時啟動防汛應(yīng)急預(yù)案。在汛情的監(jiān)測預(yù)報(bào)方面,湖北省研發(fā)了巡視無人機(jī)、5G智慧無人救生船、水下探視儀等一系列監(jiān)測設(shè)備,并利用無人機(jī)對電站水庫進(jìn)行檢查,排查大壩和庫區(qū)安全隱患。
TELEMAC-MASCARET是法國電力集團(tuán)(EDF)的法國國立水利與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的一款研究水動力學(xué)和水文學(xué)領(lǐng)域的高性能數(shù)值仿真開源軟件。基于有限元法,使用不規(guī)則三角網(wǎng)格,讓復(fù)雜的海岸線和河口的描繪更為精確。該軟件可以構(gòu)建1D、2D和3D水動力學(xué)模型以解決波浪傳播、波浪振動特性、水質(zhì)污染、泥沙輸運(yùn)和海床形態(tài)變化等問題
模擬3天降雨過程,模擬結(jié)果如下。感興趣的朋友歡迎交流討論!
圖5
(4)降雨入滲的邊界條件
這里通過指定流量模擬降雨。在load模塊中create load選擇類別fluid中的surface pore fluid,指定降雨量為40mm/h。這里入滲強(qiáng)度和土體參數(shù)只是為了演示效果。
土坡坡腳沒有設(shè)置降雨入滲條件。這是因?yàn)楸纠械叵滤还潭ㄔ谄履_處,降雨后認(rèn)為該處孔壓仍然保留為0。
