RAMMS碎屑流动态数值模型在地质灾害模拟分析中的应用

rapid mass movement simulation

快速物质运动模拟

为什么选择RAMMS软件？

在自然灾害领域，具备过程评估以及过程与措施之间相互作用评估功能的模型或工具能够极大的帮助工程师对危害问题进行分析与处理。在自然三维地形中精确预测物质运动的跳动距离、流速和冲击压力是改进物质运动动力学模型发展的动力。Ramms 正是一款来自于瑞士的基于规模试验地点的大量数据集开发和校准的，专业的碎屑流动态数值模拟分析软件，由瑞士WSL雪地和雪崩研究所SLF的程序团队所开发。软件主要用于模拟复杂地形条件下的碎屑流、泥石流运动演进，落石崩塌运动轨迹，可以精确预测物体运动的跳动距离、流速和冲击力。

RAMMS软件是一款专业的可靠的数值模拟工具，可用于分析现有的一维模型无法解决的问题，可模拟密集流雪崩、山坡滑坡和泥石流，并准确预测碎屑流高速远程滑坡灾害的影响。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。

RAMMS软件包含avalanche雪崩动态数值模拟分析、debris flow泥石流动态数值模拟分析、rockfall落石运动数值模拟分析三大模块。作为一款专业的碎屑流动态分析软件，RAMMS软件已经在瑞士、欧美等全球70个地区被成功用于雪崩、泥石流和落石等自然灾害场景的预测、模拟和评估。RAMMS软件在岩土工程领域、防灾减灾工程领域的卓越表现使得这款软件正日益成为高校、研究所、设计院的碎屑流动态分析的有力工具。

EBRIS FLOW泥石流动态数值模拟分析

DEBRIS FLOW结合目前世界上最先进的碎屑流动态分析技术，输入功能简单，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泥石流场景模拟设置并控制模拟结果。该模型用于瑞士和世界各地的泥石流危险分析，并帮助设计缓解措施。它结合了最先进的数字解决方案和有用的输入特性和用户友好的可视化工具。许多输入和输出特性已经得到了优化，使工程师和地球科学家能够定义事件场景，评估模拟结果，并预测拟议的结构缓解措施对泥石流的影响。该程序的核心是颗粒流的深度平均运动方程（浅水方程）的一个有效的二阶数值解。在三维数字地形模型上计算了流的高度和速度。地图和遥感图像可以叠加在地形模型上，以帮助规范输入条件，并促进模型与历史事件数据的校准。

DEBRIS FLOW主要用于模拟复杂地形中泥石流流动，其核心是颗粒流动平均深度运动方程的有效二阶数值解。可以在DEM 模型上计算任意区域、任意时刻的泥石流沉积高度及流速流量变化情况。用户可以轻松使用 GIS 绘图工具指定单个或多个块体释放区域，处理得出所有的重要信息，比如指定区域的平均山坡斜率、总容量、流量特征（最大流量和高度）和泥石流运动停止后的质量、流量的重要信息。地形模型上可以叠加地图或者遥感图像，从而更规范地输入条件和校准软件模型。

DEBRIS FLOW使用双参数Voellmy摩擦模型描述碎屑流动摩擦运动，研究表明，Voellmy理论能够准确的模拟泥石流滑坡问题。用户可以模拟泥石流的发生，确定可用于后续分析的最佳拟合参数集，从而校准RAMMS Voellmy模型。DEBRIS FLOW可以将结果导出到GIS，或者修改地面模型特征。

RAMMS 软件为碎屑流运动提供水力图输入和块体释放两种释放方式。在特定位置指定输入水力图通常适用于大型通道化的碎屑流，实现较大规模的碎屑流输入条件，给定位置的碎屑流流动可以使用历史数据或经验关系导出；模拟更高效，可以显著减少模拟时间。对于非通道化山坡碎屑流或浅层滑坡（或适当的小体积渠道化碎石流），通常采用定义单个或多个块体释放区，所有的碎屑材料以块体的形式一次性滑下，可以定义其相应的范围、厚度和流动的摩擦参数。块体释放区与水力图输入的不同在于整个流量在第一个时间步长进入计算域。

使用输入水位图执行模拟具有以下优点：

可以实现较大规模的泥石流更现实的输入条件。可以使用历史数据（如果有）估算给定位置的泥石流排放量，也可以使用经验关系推导出。在许多情况下，此过程比使用块释放更为实际，因为可以调整输入水位图的形状以匹配流量观测。

·模拟更高效，可以显著减少模拟时间，因为可以使计算域更小，使其仅包含感兴趣的地理区域（例如碎屑流的活动部分，而不是整个流域）。

ROCKFALL落石运动模拟分析

RAMMS_ROCKFALL模型考虑到真实的岩石形状，计算出它们在三维空间中的运行轨迹，包括跳跃高度、速度、旋转速度、总动能和接触冲击力。将真正的岩石形状引入到ROCKFALL模型中，可以更好地包含由不同地质背景产生的岩石形状和大小的自然变化。利用这一点，可更接近于模拟岩石坠落的运行行为的真实性质，整合岩石形状和现场特定岩石坠落危险的释放运动学特征。

Rockfall模型采用刚体力学，可以明确描述任意三维多面体，包括自然岩石形状（请参见上图）。将真实的岩石形状引入落石模型可以更好地包含由不同地质环境产生的岩石形状和大小的自然变异性。借助此方法，我们可以更接近地模拟落石跳动行为的真实本质，将岩石形状和特定地点落石危险的释放运动学特征相结合。

ROCKFALL开发组基于规模试验所搜集的准确的大量数据，对软件模型进行了验证和校准。

实地研究和实验收集的数据提供了必要的校准数据，以测试和验证新的RAMMS落石模型（请参见下图）。

AVALANCHE雪崩动态数值模拟分析

RAMMS-AVALANCHE模型用来模拟复杂地形中流动的雪崩。AVALANCHE模块的开发始于2005年，该开发基于一维仿真工具AVAL-1D的经验。（使用已知流量宽度的二维地形剖面来模拟雪崩轨迹），尽管有帮助并且受到用户的喜爱，但一维模型（例如AVAL-1D）要求主要流动方向和流动宽度必须由用户预先定义。这通常很难，特别是在开阔的地形或由多个可能的流动通道组成的地形中。此外，使用一维模拟代码无法精确地建模与捕获和偏转坝的水流相互作用。

RAMMS（快速质量运动模拟）是一个二维的，最新的数值模拟模型，用于计算从开始到跳动的地球物理质量运动（雪崩，雪崩，泥石流和浅层滑坡）的运动。AVALANCHE模型仍然依赖于瑞士雪地工程实践中广泛使用的两参数Voellmy模型。为了校准Voellmy模型，我们使用了位于瑞士VS的Valléede la Sionne的真实规模雪崩测试站点的数据。该模型引入了特殊的用户功能，以解决森林中不同的表面粗糙度，植被和流量。对于摩擦参数的瑞士指南建议（基于广泛的模型校准）也可供实际用户使用。

AVALANCHE模型结合了最先进的数字解决方案和有帮助的输入特性以及友好的可视化工具，许多输入输出特征都是经过优化的，使用户能够轻松修改危险场景并控制模拟结果。该程序的核心是一种有效的二阶数值解，即深度平均雪崩动力学方程。在三维数字地形模型中，计算了雪崩流速和速度。使用GIS类型绘图功能可以轻松地指定单个或多个发布区域。用户可以获得模拟的有用的概览信息，包括发布区域（平均斜率、总容量）、流量行为（最大流量和高度）和停止行为（质量流量）的重要信息。地图和遥感图像可以叠加在地形模型上，以帮助确定输入条件，并根据已知事件校准模型。RAMMS-_AVALANCHE模型现在已经在全球70多个地方使用，该软件已经成功应用于高山地区，如阿尔卑斯山、喜马拉雅山、安第斯山脉、落基山脉、塔塔雷和其他地区。

在最近的理论和实验研究结果的推动下，瑞士的雪崩动力学研究正在经历巨大的改进。AVALANCHE模型现在正在更新，以包括许多这些结果，并为主要位于其他研究组织的专业用户提供高级模型功能。主要结果之一是包含了雪粒的波动能量，这极大地影响了流动摩擦，产生了流动状态转换（固体尾部和稀薄的流动前沿）。现在正在测试可变密度雪崩模型，该模型应该有助于更准确地再现雪崩冲击压力。由于波动能量的产生取决于质量，因此模型更新中将包含夹带过程。世界上许多国家存在湿雪崩问题，目前正在开发一种特殊的湿雪崩模型。该模型将考虑到较高的降雪温度，并预测流中的自由水含量，从而提供必要的状态变量来模拟滑行和堤防形成。用户还对建模频繁的小雪崩感兴趣。在这一领域中，我们正在研究初始条件（雪堆结构和塌陷）的规范，以及定义可用的数字地形模型。正在进行小雪崩事件的相当大的标定。最后，正在制定从颗粒核中吹出空气的物理边界条件。这将允许将RAMMS- AVALANCHE耦合到新的粉雪雪崩代码，该代码可用于在不久的将来对三维地形中的全混合流动/粉末雪崩进行建模。

RAMMS软件主要应用领域：

灾害危险区划分和分区

模拟地质灾难事件

建筑物和交通路线的安全评估

规划和评估灾害保护措施

雪崩和泥石流动力学研究

落石运动模拟计算

金土石科技

金土石科技（北京）有限公司是由年轻人组成的充满活力的年轻公司。公司致力于为中国岩土行业提供先进的岩土工程分析和设计软件，助力中国岩土行业发展。公司作为国际知名的美国Visualslope岩土设计分析软件、加拿大Rocscience岩土软件及瑞士RAMMS地质灾害数值模拟软件中国区经销商，在北京和成都设有专业的销售和技术支持服务团队。公司坚持以”专业、诚信、合作、共赢”为经营理念，努力为中国岩土人提供国际上先进的软件产品、专业的技术服务。

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