基于流固耦合方法的滑坡涌浪數值模擬

司鵬飛，田利勇

(1.上海市水利工程設計研究院有限公司，上海 200061; 2.上海市水務局防汛減災工程技術研究中心，上海 200061)

庫區滑坡是水庫蓄水運行期間普遍存在的問題。滑坡體入水產生的涌浪破壞力巨大，由于波浪爬高及漫頂作用，會對庫區擋水建筑物、水上航行、周邊居民的生命財產造成嚴重威脅[1]。例如，1963年意大利的瓦依昂水庫庫岸發生滑坡，近3億m3的滑坡體以30 m/s的速度滑入水庫，掀起高達175 m的涌浪，摧毀了壩區的所有建筑物，66名水庫技術人員全部遇難，涌浪以超出壩頂約100 m的高度沖入下游河谷，沖毀5個村鎮，并奪去近3 000人的生命[2]。1961年我國發生了首例水庫蓄水初期誘發的大型滑坡，湖南柘溪水庫的大壩上游右岸1.5 km處的塘巖光發生了165萬m3的大型滑坡，該滑坡以近20 m/s的速度入水后，產生的涌浪傳播到對岸時浪高仍有21 m，并以3.6 m高的涌浪越過正在施工的壩頂，造成40余人死亡[3]。

為了研究滑坡涌浪的特性并對此類災害進行預警及風險評估，學者們建立了多種不同的數學模型[4-5]。針對崩塌、巨石滾落以及歷時較短、發展迅速的滑坡涌浪問題，很多學者將滑坡體簡化為剛性體處理，即不考慮滑坡體在短時間運動過程中自身的變形特性。Wu等[6]利用大渦模擬模型以及VOF水面追蹤方法，將物理模型試驗中測得的滑塊實際運動軌跡輸入到數值模型中，研究了三維塊體下滑造成的涌浪爬坡和回落現象；Heinrich[7]利用二維水動力NASA-VOF2D模型，計算了三角形滑塊入水產生的波面，在整個模擬中利用已知的試驗數據對滑塊的運動參數進行了設定；……