地下水位对砾石海滩底部剪切应力影响的MPS法数值模拟研究

《Civil Engineering and Environmental Systems》：Effects of groundwater table on shear stress on gravel beach investigated by moving particle semi-implicit (MPS) method

　　本研究针对高渗透性砾石海滩中渗流速度对沉积物输运的影响，通过移动粒子半隐式（MPS）方法模拟了两种波浪条件下碎波带和冲溅带底部剪切应力的时空分布。结果表明，基于水动力的剪切应力估算方法与理论摩擦因子计算结果一致，且地下水位会显著改变剪切应力大小、偏度和渗流作用。基于Shields数的分析揭示地下水位对剪切应力的主导影响，沉积物输运公式进一步表明高水位抑制砾石向岸运动而低水位促进其运动。该研究为海岸工程稳定性评估提供了关键力学机制见解。

　　

通过移动粒子半隐式（MPS）方法，研究人员探究了地下水位对高渗透性砾石海滩剪切应力的影响。渗流（ infiltration/exfiltration ）速度在单波浪时间尺度（ intra-wave scale ）内直接影响砾石输运过程。模拟发现，基于水动力的底部剪切应力估算方法在冲溅带（ swash zone ）应用优势显著，其结果与理论摩擦因子计算值高度吻合。地下水位变化会改变底部剪切应力的大小、偏度（ skewness ）及渗流强度，Shields数分析表明该影响占主导地位。沉积物输运公式进一步揭示：较高地下水位会抑制砾石向岸（ onshore ）运动，而较低水位则促进其输运。这一发现对海岸稳定性评估及地质灾害防治具有重要力学意义。