流动型黄土滑坡运动模型开发与应用

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在我国,滑坡是一种常见的地质灾害,特别是在黄土高原地区,由于黄土的特殊性质,高含水量的黄土很容易发生液化,导致流动型黄土滑坡的发生,这类滑坡往往表现出很强的流动性,具有运动距离远、运动速度快、致灾范围广以及破坏性强等特点,对灾区人民的生命财产安全造成极大的威胁。因此,有必要对流动型黄土滑坡的运动距离进行预测,以减少灾害损失。随着计算机技术的普及应用,大量的数值模型涌现在滑坡运动预测领域,然而,针对流动型黄土滑坡,目前尚缺乏完善的数值模型。在前期有关研究的基础上,本文首先推导了二维连续流体的质量和动量方程,并通过深度平均理论进行简化,其次基于条分法建立了滑坡运动模型的控制方程,在其中综合考虑了沟道形状、孔隙水压力以及侵蚀夹带作用,最后基于模型的控制方程开发了模拟程序,给出了程序迭代流程、程序算法以及软件界面。基于模拟对象的物质状态对滑坡运动模型进行了多角度的验证。首先通过一维溃坝解析解验证了模型模拟纯流体情况,其次通过铝棒实验验证了模型模拟固体颗粒流的情况,最后运用模型模拟了水槽实验,将模型对固-液混合流的适用性进行了验证。验证结果表明,模型对于不同状态对象的模拟均具有一定的可靠性,满足基本的计算要求。运用滑坡运动模型对典型的流动型黄土滑坡进行了模拟分析,包括天水市大沟滑坡、岷县永光#1滑坡以及永靖县黑方台党川#2滑坡。结果表明,孔隙水压力模型可以很好地再现滑坡的流动性,但其影响滑坡运动的程度与孔隙水压力比息息相关;夹带模型可以模拟滑坡因夹带发生的体积变化;沟道形状模型在一定程度上决定了滑坡模拟的堆积形态和局部的速度变化。本文对流动型黄土滑坡运动模型的研究,旨在为理解此类滑坡的机制机理提供帮助,以及模拟潜在滑坡的运动距离,为其防灾减灾提供一定的参考。
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