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2008年5月12日北京时间14时28分在我国四川省汶川县发生里氏8.0级强烈地震,造成了惨重的人员伤亡和大量的财产损失。其中,相当程度的损失是由于地震诱发的山体滑坡、崩塌等次生地质灾害所导致和加重的,其主要破坏形式包括中断交通、形成堰塞湖和摧毁房屋等。
鉴于强震诱发滑坡运动呈现流体化的特点,本文采用一种自适应、拉格朗日形式的无网格粒子法——光滑粒子流体动力学方法(SmoothedParticleHydrodynamics,简称SPH方法)开展强震诱发滑坡运动的流体动力过程模拟研究,主要进行了以下几个方面的工作:
(1)对目前强震诱发滑坡运动分析的研究成果进行了较为系统的总结和分析,并指出了现有滑坡运动过程数值模拟常用方法存在的问题和不足。在此基础上,针对本文所使用的SPH方法,评析了其在强震诱发滑坡运动分析中的优势及研究基础;
(2)通过地震灾区的实地调查以及搜集相关资料,整理归纳了5·12汶川地震震中、震源、震区的地质构造以及灾情等资料;
(3)开展适用于滑坡运动模拟的SPH数值基础算法研究,针对强震诱发滑坡流态化运动问题,分析研究非牛顿流体动力学本构模型及SPH求解算法,并构造滑坡运动过程的SPH数值模拟程序;
(4)针对青川东河口滑坡,进行现场取土和相关试验研究,获取滑坡土样的抗剪强度参数,为揭示滑坡发生机理和SPH数值模拟研究提供数据支撑。
(5)对粘性材料的流动过程、滑坡模型以及青川东河口滑坡三个数值算例,进行本文SPH数值模型的验证(verification)与确认(validation)研究,最终建立正确、有效的强震诱发滑坡运动过程的SPH数值模拟方法。
本文研究实现了强震诱发滑坡运动过程数值模拟方法的基础性突破,并为提高地震灾区建(构)筑物的抗震安全性能以及评估灾后重建选址提供可靠、有力的科学依据。