地震觸發高速遠程滑坡-碎屑流全程動力學機理研究

《地震觸發高速遠程滑坡-碎屑流全程動力學機理研究》是依託上海交通大學，由邢愛國擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：地震觸發高速遠程滑坡-碎屑流全程動力學機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：邢愛國
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

汶川地震觸發的高速遠程滑坡-碎屑流具有衝擊能量巨猛難以阻擋、滑動速度極快難以逃逸、滑行距離遠且滑動方向曲折難以預測等特點造成了重大的地質災難。這些山體滑坡大多高位拋出，由於高速氣墊效應，飛行行程可達1-3km，與下部溝谷發生強烈撞擊後，轉化為高速碎屑流，呈流體狀繼續沿溝谷向前運動。本申請項目擬以汶川地震觸發的青川東河口高速遠程滑坡-碎屑流為例,通過現場原型調查、遙感解譯等手段，提取地震觸發高速遠程滑坡-碎屑流的地質結構特徵與空間幾何條件識別指標，分析滑坡不同階段的運動特徵和堆積特徵，運用岩土動力學、空氣動力學、連續介質力學等理論和試驗方法，揭示地震滑坡啟程高速拋滑、近程凌空飛行和遠程碎屑流的動力學機理，建立預測高速遠程滑坡運動速度和運動距離的動力學模型，通過數值仿真再現地震觸發高速遠程滑坡-碎屑流致災全過程，為高山峽谷區強地震環境下高速遠程滑坡的空間預測提供理論與技術支撐。

結題摘要

2008年5月12日，受汶川地震影響，四川省發生了上百起高速遠程滑坡-碎屑流災害。隨著近年來計算機技術和數值計算方法的飛速發展，數值模擬方法在滑坡-碎屑流研究中的套用愈發廣泛；同時，計算流體動力學方法也逐漸被引入高速遠程滑坡-碎屑流引起的超前衝擊氣浪的研究中。本文以汶川地震觸發的牛眠溝和文家溝高速遠程滑坡-碎屑流為研究對象，通過DAN3D軟體數值模擬方法研究了其運動過程和動力學特徵，並通過計算流體動力學軟體FLUENT對文家溝高速遠程滑坡-碎屑流運動過程中引起的超前衝擊氣浪進行了深入研究，主要工作和成果有：(1) 以牛眠溝和文家溝高速遠程滑坡-碎屑流為例，結合滑坡區域的工程地質條件，以滑坡區域實際地形為基礎建立了DAN3D模型，討論了不同的流變模型和流變參數對滑坡-碎屑流運動距離、運動速度等動力學特徵的影響；(2) 基於文家溝DAN3D模型，建立了文家溝地區三維有限元模型，套用計算流體動力學軟體FLUENT，通過用戶自定義程式引入Frictional和Voellmy流變準則，對文家溝高速遠程滑坡-碎屑流運動過程中激起的超前衝擊氣浪的速度、壓強等進行了研究和分析。 為了研究地震拋射型高速遠程滑體的運動規律，在低速風洞進行了滑體模型風洞試驗。試驗模擬了不同離地高度、運動速度、地形和氣墊效應情況下，滑體凌空飛行的氣動特性，測定了滑體飛行的空氣動力學參數。試驗結果表明：滑體運動速度的增大將導致升力係數減小，尤其是在飛行速度較小時；模型離地越近升力係數越大，地面效應越明顯；溝谷地形的地面效應較平坦地形更為明顯；在氣墊效應和溝谷地形耦合作用下，升力係數顯著增大且主要來自氣墊效應。