一种滑坡堵江灾害链情景分析方法及设备

1.一种滑坡堵江灾害链情景分析方法，其特征在于，方法包括以下步骤：S1：根据地质调查数据和遥感测量数据，构建滑坡堵江场景的数值模型并进行网格划分，生成DDA块体与MPM物质点；S2：检索DDA块体与MPM物质点之间的接触，基于罚函数法和动量交换法计算两者之间的法向与切向的耦合接触力，并将所述耦合接触力作为外力分别施加到DDA块体和MPM物质点的计算中；S3：检索DDA块体之间的接触，计算块体间接触力；将MPM物质点的质量、动量信息映射到其所在的背景网格节点上；S4：基于外力与块体间接触力，分别求解DDA块体的运动方程和MPM背景网格节点的控制方程；S5：根据运动方程和控制方程，更新所有DDA块体和所有MPM物质点的位置、速度与应力状态，输出最终结果，完成滑坡堵江灾害链全过程分析。 2.如权利要求1所述的一种滑坡堵江灾害链情景分析方法，其特征在于，步骤S1包括：基于地质调查数据和遥感测量数据，概化出边坡的几何形态、岩体中断层、节理结构面的空间分布特征，以及河流的河道形态；利用三维建模软件，结合空间分布特征以及河道形态建立包含滑坡区域和江水区域的数值模型；将数值模型的滑坡体离散为多个多面体单元并采用非连续变形分析法进行模拟，即将滑体切割为由多个四面体或六面体组成的DDA块体；将数值模型的江水体离散为多个物质点并采用物质点法进行模拟，即将江水体离散为一系列携带质量、动量和应力信息的MPM物质点；分别初始化模拟过程中的块体接触信息和背景网格信息。 3.如权利要求2所述的一种滑坡堵江灾害链情景分析方法，其特征在于，所述分别初始化模拟过程中的块体接触信息和背景网格信息的步骤具体包括：将DDA块体的接触信息全部清零；将MPM物质点的背景网格信息全部清零。 4.如权利要求1所述的一种滑坡堵江灾害链情景分析方法，其特征在于，步骤S2包括：将MPM物质点被转换为球体，其半径是MPM物质点的初始距离；将DDA块体和MPM物质点之间的接触检索设定是球体和多面体之间的接触检索，采用三级接触检索策略，检索DDA块体与MPM物质点之间的接触，接触检索过程分为三个阶段，如下：S21：粗略检索：基于包围盒法快速判断DDA块体与MPM物质点之间是否存在潜在的接触可能性；S22：精细检索：对于存在潜在接触的DDA块体与MPM物质点，计算MPM物质点中心到DDA块体各个表面的距离，若最小距离小于MPM物质点的等效半径，则判定为发生接触；S23：真实接触面判定：当MPM物质点靠近DDA块体的棱边或角点时，通过计算MPM物质点在DDA块体各面上的投影点与面边界的相对位置关系，确定唯一的真实接触面。 5.如权利要求1所述的一种滑坡堵江灾害链情景分析方法，其特征在于，步骤S2还包括：所述耦合接触力包括：法向耦合接触力和切向耦合接触力；法向耦合接触力 的计算公式如下：其中 表示MPM物质点的初始距离； 表示第 个MPM物质点到多面体各面的距离； 表示法向接触刚度系数； 表示法向嵌入量，指物质点穿透入DDA块体表面的深度； 表示法向接触阻尼系数，用于模拟碰撞过程中的能量耗散； 表示物质点与块体在接触点处的法向相对速度； 表示接触面单位法向量，方向由块体内部指向外部；切向耦合接触力 的计算公式如下：其中 是块体与粒子的切向相对速度， 是速度在接触面上的切向分量； 表示粒子的质量，MPM物质点的质量； 表示计算的时间步长。 6.如权利要求1所述的一种滑坡堵江灾害链情景分析方法，其特征在于，步骤S3包括：DDA块体之间块体间接触力计算具体如下：采用包围盒法粗略搜索块体之间是否发生接触，对于可能发生潜在接触的两个块体，再分别计算块体i的顶点至块体j的所有面的距离以及两块体所有边之间的距离，如果距离小于0，则两块体发生接触；对于发生接触的两块体，其接触力可写作：其中 和 为块体间法向和切向接触力， 和 为法向和切向接触刚度， 和 为法向和切向嵌入距离， 和 为法向和切向接触阻尼， 和 为法向和切向相对速度， 为接触面法向量， 为速度在接触面上的投影；将MPM物质点的质量、动量信息映射到其所在的背景网格节点上，的具体步骤包括：将物质点的信息映射至背景网格节点，其在t时刻的质量 、动量 、内力 、外力 可写作：其中 ， ， ， 和 为MPM物质点在t时刻的质量、动量、密度、柯西应力和体力； 表示该背景网格节点对应的物质点的数量； 表示求梯度； 表示物质点所受的耦合力，由法向耦合力和切向耦合力组成； 为背景网格和物质点之间的权重函数，可写作：其中 是特征函数， 是形函数； 表示计算域； 表示体积。 7.如权利要求1所述的一种滑坡堵江灾害链情景分析方法，其特征在于，步骤S4包括：计算DDA的运动方程的步骤具体如下：选取每个DDA块体形心 的自由度为求解量：其中 和 为形心的平动和转动； 和 为块体的正应变和剪应变；基于中心差分格式，DDA的运动方程为：其中M、C和 K为块体的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵， 为块体的合力，由内力、外力和耦合力组成； 表示时间步； 表示上一步的位移；计算MPM背景网格节点的控制方程的步骤具体如下：MPM背景网格节点的速度可写作：其中 和 分别为节点 在 和 时刻的速度， 和 分别为节点i的内力和外力； 表示表示 时刻 节点的质量。 8.如权利要求7所述的一种滑坡堵江灾害链情景分析方法，其特征在于，步骤S5包括：更新DDA块体的位置、速度与应力状态，其结果可直接根据运动方程结果得到；更新MPM粒子的位置、速度与应力状态，需将计算后背景网格节点的信息转换至MPM物质点，其速度和位移表达式为：其中 和 分别表示p物质点在t和 时刻的位移； 和 分别表示p物质点在t和 时刻的速度； 表示该物质点对应的背景网格节点数量； 表示背景网格和物质点之间的权重函数； 和 表示i背景网格在t和 时刻的速度； 表示时间步；应变和涡度表达式为：其中 表示下一步的应变增量； 表示下一步的涡度增量；应力表达式为：其中 为流体粘度， 为单位向量， 为水压力； 表示下一步的应力增量； 表示下一步的应力增量； 表示 时刻的应变率张量；判断计算是否达到预设的终止条件，若未达到，则返回步骤S2进行下一时间步的计算；若达到，则终止计算并输出最终结果；最终结果包括：滑坡各监测点的速度和位移随时间变化曲线、滑坡对岸水位高程随时间变化曲线、和滑坡过程中滑体和水体能量变化规律结果。 9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器、用户接口及网络接口，所述存储器用于存储指令，所述用户接口和网络接口用于给其它设备通信，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以使所述电子设备执行如权利要求1-8任意一项所述的一种滑坡堵江灾害链情景分析方法。 10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有指令，当所述指令被计算机执行时，执行如权利要求1-8任意一项所述的一种滑坡堵江灾害链情景分析方法。