基于分子动力学与分形及分数阶水分扩散的降雨诱发滑坡三维模型
地球物理
2017-04-05 v1 计算物理
摘要
我们提出了一个基于内聚球形颗粒的降雨诱发滑坡三维模型。雨水向土壤中的渗透遵循分数阶或分形扩散方程。我们在特定边界条件下解析求解了分形扩散偏微分方程（PDE），以模拟降雨事件。然后，针对该 PDE，我们开发了一种数值积分方案，并将其与用于模拟滑坡触发和传播的分子动力学（MD）算法相集成。因此，我们用解析解测试了分形扩散方程的数值积分方案。我们采用以重力含水量表示的分形扩散方程，将其作为基于 Mohr-Coulomb 极限平衡准则（并适应至颗粒层面）的触发方案的输入。此外，考虑到受 Lennard-Jones 启发的相互作用力，我们使用标准 MD 算法来更新颗粒的位置和速度。然后，我们给出了均质和非均质系统（即分别由相同或不同半径的颗粒组成）的结果。有趣的是，在非均质情况下，我们观察到了由于颗粒体积不同而产生的分选效应。最后，我们展示了触发和传播阶段的参数敏感性分析。我们的模拟证实了我们之前二维模型的结果，从而证实了其对实际案例的可行适用性。
引用
@article{arxiv.1611.06167,
title = {A rain induced landslide 3D model based on molecular dynamics with fractal and fractional water diffusion},
author = {Gianluca Martelloni and Franco Bagnoli and Alessio Guarino},
journal= {arXiv preprint arXiv:1611.06167},
year = {2017}
}