توسعه مدل عددي بدون شبكه براي شبيه‏ سازي پديده رانش زمين به صورت مستغرق

Development of Mesh-free Numerical Model in the Simulation of Submerged Landslide Phenomena

رانش‏ زمين پديده طبيعي پيچيده ­اي است كه معمولاً در نزديكي كوه­ ها، اقيانوس ­ها، خليج ­ها و مخازن به ‏وقوع مي­ پيوندد. در سال­ هاي اخير، افزايش اثر خطرات رانش‏ زمين روي زندگي بشر در سراسر جهان، نياز به ‏يافتن روش‌هاي اقتصادي و قابل‏ قبول براي پيش ­بيني وقوع و قدرت تخريب رانش‏ زمين­ ها را افزايش داده ‏است. تلفات انساني در اثر رانش‏ زمين در كشورهاي درحال توسعه بيشتر بوده، درحالي‌كه زيان ­هاي اقتصادي در كشورهاي توسعه­ يافته شديدتر است. پيچيدگي ‏هاي پديده رانش‏ زمين (به‏ ويژه در زير آب) كه شامل جريان چندفازي همراه با تغييرشكل‏ هاي بزرگ مي ‏شود، مدل‏ سازي عددي اين پديده را با روش ‏هاي موجود شبكه ‏مبنا مشكل مي ‏سازد. به‏ همين دليل، هدف از انجام تحقيق حاضر، تهيه و توسعه يك مدل عددي بدون شبكه براي شبيه‏ سازي پديده رانش‏ زمين مي‌باشد. روش‌هاي لاگرانژي بدون شبكه، ازجمله روش هيدروديناميك ذرات هموار (SPH) و روش نيمه ‏ضمني ذرات متحرك (MPS)، امكان مدل‌سازي عددي جريان و رسوب را در شرايطي كه تغييرشكل‌هاي بزرگ و يا گسستگي در مرزها وجود دارد، فراهم مي‌سازد. در اين تحقيق، از روش لاگرانژي MPS براي شبيه‏ سازي پديده رانش‏ زمين با جريان دوفازي استفاده شده‏ است. فاز رسوب به صورت سيال غيرنيوتني (ويسكو - پلاستيك) و به‏ كمك مدل رئولوژي (µ(I به مدل معرفي گرديده است. مدل توسعه داده شده براي رانش مستغرق صلب و رسوبي صحت ‏سنجي و ارزيابي شده و نتايج آن با نتايج آزمايشگاهي و عددي موجود مقايسه گرديد. پروفيل سطح آب و سطح رسوب به‏دست آمده از اين مدل عددي توافق خوبي با نتايج موجود نشان مي ‏دهد، به ‏گونه‏ اي كه ميزان خطاي RMSE محاسبه شده در پيش‏ بيني پروفيل سطح آب و رسوب در مدل عددي مطالعه حاضر نسبت به مدل ‏هاي عددي مقايسه ‏شده ديگر كمتر مي ‏باشد.

Landslides are complex phenomena that commonly occur in mountains, oceans, bays, and reservoirs. Considering their economic and life consequences in recent years, it is necessary to find effective methods for prediction of landslides and their destructive effects. Landslide is a complicated phenomenon (especially under water), which involves a highly-reformative multiphase flow of granular materials. Considering the restrictions of the traditional mesh-based numerical models in the modeling of large deformations and the discontinuities, meshless Lagrangian (particle) methods can be the effective alternatives for simulation of landslides. The meshless Lagrangian methods such as Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) and Moving Particle Semi-implicit Method (MPS) provide the opportunity to model the deformations and fragmentation in sediment flow. In this research, an MPS meshless Lagrangian model has been developed for modeling of rigid and deformable landslides. In this model, the solid phase is considered as a non- Newtonian visco-plastic fluid, whose behavior is predicted using the µ (I) rheological model. The model has been validated and evaluated in comparison with the available experimental and numerical data. The water surface and the sediment profile obtained from numerical model shows a good compatibility with the experiments. The RMSE value in predicting the numerical water surface and sediment profiles of current study found to be lower compared to the other numerical methods.