[发明专利]一种模拟海底能源管线遭受滑坡灾害冲击时引起荷载响应的计算机方法

权利要求书

1.一种模拟海底能源管线遭受滑坡灾害冲击时引起荷载响应的计算机方法，包括以下步骤：

步骤1)建立三维模型：

S1：采用商业计算流体动力学软件进行模拟分析，在软件几何模块中进行流体计算域和能源管线的几何构型设置，建立能源管线遭受滑坡灾害冲击时引起荷载响应的三维模型；

步骤2)将三维模型进行网格划分：

S1：采用软件网格模块对模型进行网格划分，将整个计算域划分为非结构化网格，四面体单元，并对能源管线周围及海床表面进行网格加密，并设置高密度的边界层网格；

步骤3)确定模型参数：

S1：根据海底滑坡潜在区的海底沉积物取样与测试，确定形成滑坡体的沉积物的密度、厚度、不排水剪切强度、重塑屈服强度、屈服粘度、流变指数等基本物理力学参数；

步骤4)设置边界条件并输入模型参数：

S1：通过软件前处理模块，将滑坡入口设置为稳定流入、速度一定的进入边界，出口设为开放边界，而计算域顶部设为自由滑移边界，底部和管线表面均采用粗糙无滑移边界，并相应输入所需模型参数；

步骤5)计算机计算解出结果并分析：

S1：采用软件求解模块进行迭代求解，并采用软件后处理模块实现对能源管线遭受滑坡冲击作用力引起荷载响应的准确分析；

步骤6)构建水平、竖直冲击作用力公式：

S1：基于混合土力学-流体力学理论框架，利用(5)的分析结果，构建能源管线遭受滑坡体冲击产生的水平、竖直作用力计算公式，并对水平、竖直峰值冲击荷载与稳定冲击荷载做出量化评价。

2.根据权利要求1所述的一种模拟海底能源管线遭受滑坡灾害冲击时引起荷载响应的计算机方法，所述步骤1)建立三维模型，流体计算域尺寸按实际工况确定，将海底流滑体设置为考虑浮力的连续自由表面流，使用不可压缩两相流进行模拟，高速下水和流滑体的运动均采用扩展的标准k-ε湍流模型其中，k为湍流动能J，ε为湍流动能的耗散率。

3.根据权利要求1所述的一种模拟海底能源管线遭受滑坡灾害冲击时引起荷载响应的计算机方法，其特征在于，所述步骤2)将三维模型进行网格划分，最大网格尺寸、边界层网格总厚度、边界层层数等根据情况而定，以此大幅度提高模拟精度。

4.根据权利要求1所述的一种模拟海底能源管线遭受滑坡灾害冲击时引起荷载响应的计算机方法，其特征在于，所述步骤3)确定模型参数，并预估海底滑坡的滑行速度，计算海底滑坡体运动的雷诺数。

5.根据权利要求1所述的一种模拟海底能源管线遭受滑坡灾害冲击时引起荷载响应的计算机方法，其特征在于，所述步骤4)设置边界条件并输入模型参数，底部和管线表面均采用粗糙无滑移边界，管线表面的等效粗糙度ks由实际情况确定。

6.根据权利要求1所述的一种模拟海底能源管线遭受滑坡灾害冲击时引起荷载响应的计算机方法，其特征在于，所述步骤5)计算机计算解出结果并分析，模块采用的是有限体积法，也称为控制体积法，其基本思路是将计算域划分为网格，并使每个网格点周围有一个互不重复的控制体积，将待解微分方程对每一个控制体积分，从而得出一组离散方程，有限体积法获得的离散方程，物理上表示的是控制容积的通量平衡，方程中各项近似都含有明确的物理意义。

7.根据权利要求1所述的一种模拟海底能源管线遭受滑坡灾害冲击时引起荷载响应的计算机方法，其特征在于，所述步骤6)构建水平、竖直冲击作用力公式，公式为：

式中：F_H为海底滑坡水平向冲击作用力，N；F_V为海底滑坡竖直冲击作用力，N；s_u为不排水剪切强度，kPa；ρ为滑坡体密度，kg/m³；V为滑坡体滑行速度，m/s²；A为管线遭受滑坡冲击作用的截面积，m²。