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RAMMS中Vollemy流体摩擦模型介绍及其应用

2020-08-28 13:51:45 admin 1

RAMMS(Rapid mass movement simulation) 是一款专业的碎屑流动态分析软件,可模拟雪崩、山坡滑坡和泥石流。RAMMS 可视化效果好,且输入和输出功能不断优化,使用户能够轻松修改场景模拟设置并控制模拟结果。RAMMS 已经在瑞士、欧美等地区被广泛应用于防灾减灾工程及防护工程领域,用来处理雪崩、山体滑坡、落石危害和泥石流等自然灾害问题。

泥石流是我国主要地质灾害之一,给我国山区的发展建设、群众生命财产安全带来了严重危害。为了满足我国学术界和工程界对雪崩、泥石流研究的需求,中仿智能特别引入了 RAMMS 软件, 希望 RAMMS 软件能够给我国岩土工程和防灾减灾工程的工作者及其工作带来帮助。

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RAMMS 中 Voellmy 模型介绍

RAMMS 软件使用 Voellmy 流体摩擦模型来描述碎屑流运动。Voellmy 模型,通常被选用与滑坡运动的流通和堆积运动,适合运用于沟道中的湍流流体运动。模型针对于沟渠地形,泥石流的滑体,基底阻力与速度大小呈正比关系,更适用于滑坡铲刮区域剪切,例如:泥石流,雪崩等。

Voellmy 只需要两个参数即可进行校准。当流体快速移动时,湍流项占主导地位;当流体缓慢移动时,库伦项占主导地位。这使得该模型可以根据流速和前端流动的停止位置进行近似校准。

该模型将摩擦阻力分为两部分:与正应力相关的干摩擦系数μ、与速度的平方相关的粘滞/湍流系数ξ。

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其中:ρ是密度,g 是重力加速度, ϕ 是倾斜角,H 是流动高度,U 是流速。该模型已被广泛应用于模拟碎屑流运动,特别是雪崩。Voellmy 理论在瑞士雪崩动态研究领域的应用。

RAMMS 从 1.6.20 版本开始,基于 Voellmy 理论,纳入了内聚力。

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其中,C 是流动材料的内聚力。与标准的 Mohr-Coulomb 类型关系不同,此公式确保了当 N 趋向于 0 和流速 U趋向于 0 时,摩擦阻力 S 也趋向于 0。这会增加切应力,从而导致雪崩更早地停止运动。该公式是通过雪的滑槽动态流动实验(Platzer 等人,2007a 和 Platzer 等人,2007b)以及使用 Illgraben (VS)中的泥石流实际规模实验建立的。雪的粘性取决于雪自身的温度。湿雪崩具有更高的内聚力值;干雪崩的内聚力值相对较低。

内聚力可以帮助减少跳动区中的数值伪扩散,从而使沉积区的轮廓更加清晰。

内聚值的取值可以在“运行模拟” 窗口的“ Mu / Xi”选项卡中输入。

推荐值如下:

干雪雪崩:0-100Pa

湿雪雪崩:100-300Pa

泥石流:0-2000Pa


基于 Voellmy 模型的 RAMMS 雪崩模拟

基于 Valléede la Sionne 测试场(瑞士雪崩试验场)的研究,Voellmy 模型以及校准的参数可用于预测跳动距离和预测大雪崩的最大流速。

RAMMS 开发组建议使用 Voellmy 参数来描述干雪崩的前部,从而定义了雪崩前端的跳动距离和最大速度。Vollemy 模型很难预测小雪崩的跳动,它们会迅速沉积停止,导致模拟结果与实际情况相差很大。RAMMS 开发组提出了一个特殊的方法来解决这个问题,建议使用较高的 μ 和 ξ 值来模拟小雪崩。


基于 Voellmy 模型的泥石流雪崩模拟

泥石流的模型建立比雪崩的模型建立,更加困难。泥石流的最佳本构模型仍然是一个未有定论的问题。因为泥石流的碎片流包含了流体和固体两个部分。泥石流的运动行为涉及到流固两相的相互作用。因此如果没有固体和液体的两部分模型,就不可能对泥石流进行全面的建模。RAMMS 开发组建议当前可以使用 Voellmy 模型。Voellmy 基本上只有两个参数,经过一些校准,通常可以找到一个有用的解决方案。RAMMS 基于 Voellmy 模型对泥石流的模拟是假定泥石流运动全程中,成分含量恒定且混合均匀。

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Valléede la Sionne 雪崩试验场的一次干雪崩模拟

关于中仿

中仿是 RAMMS 软件在中国地区的深度合作伙伴,主要负责软件在中国的技术支持、市场推广及销售工作展,培育了一批又一批软件的忠实用户,同时也为用户进提供周到的技术支持服务。RAMMS 满足我国学术界和工程界对雪崩、泥石流研究的需求,给我国岩土工程和防灾减灾工程的工作者带来有效的帮助,使众多的中国相关专业工程师在国际前沿课题参与、工程设计等方面取得了长足进展。

自 2007 年以来,中仿智能科技先后为国内 300 多家岩土工程设计院、科研院所及高校提供了技术服务,主要涉及的领域有:水利水电、公路、铁路、港湾、有色冶金、电力、机场建设、煤炭、石油化工、核工业、市政、轨道交通、文物保护、高校等科研院所。

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