高速流动性滑坡运动过程的模拟研究

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高速流动性滑坡是一种破坏力极强的地质灾害,一般表现为高速、长距离的流态运动,其发生对当地的铁路、公路、水运等基础设施造成损毁,导致巨大的经济损失。为此,本文基于有限差分法提出了一种适用于高速流动性滑坡的数值模型来实现该类滑坡运动过程的模拟,对该类滑坡的空间预测及防治工作具有一定意义。本文首先系统的介绍了高速流动性滑坡的运动特点,并且从模型试验、室内试验以及数值模拟三个方面详细阐述了近期国内外学者在高速流动性滑坡研究上取得的进展。在已有研究的基础上,将复杂成分组成的滑坡简化成连续土柱,通过对柱体单元受力分析,推导出滑坡数值模型中的控制方程,根据高速流动性滑坡的运动特点,在模型中考虑了滑坡基底侵蚀夹带效应与滑坡前缘推挤效应的计算,利用有限差分法离散模型中的控制方程,并通过MATLAB语言编制了高速流动性滑坡运动模拟程序,实现了对控制方程中滑体高度、速度等变量的迭代求解。为了检验模型及程序的合理性,本文通过溃坝试验、滑坡基底侵蚀夹带试验以及滑坡前缘推挤试验这三种数值试验从不同角度验证了滑坡数值模型的可行性。之后为了验证模型程序对真实滑坡的模拟效果,利用模型程序对甘肃天水的大沟滑坡与泾阳南塬的东风滑坡两个典型高速流动性滑坡进行了模拟分析,并分别对两处滑坡运动过程中出现的滑坡基底侵蚀夹带与滑坡前缘推挤效应进行分析。三种数值试验的模拟结果表明:本文模型适用于高速流动性滑坡模拟,且能较好地反演出滑坡运动过程中表现出的滑坡基底侵蚀夹带与前缘推挤两种典型现象;大沟滑坡的模拟结果表明,本文模型能够模拟出滑坡运动过程中的两次入弯偏转以及滑坡基底对沟底物质的夹带效应,通过对比考虑侵蚀夹带效应前后的滑坡体积与堆积范围可知,滑坡基底侵蚀夹带效应会显著增大滑坡最终体积与滑坡运距;东风滑坡的模拟结果表明,考虑滑坡推挤效应时,滑体运距降低且与被推挤的砂卵砾石有着明显的分界,这与现场调查结果较为符合,证明了本文模型对滑坡前缘推挤效应计算的合理性。
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