應急數值模擬技術在突發(fā)地質災害中的應用

沈杰 吳春暉 李華軍

摘要：文章以滑坡為實例，借助分析之前相關的數據研究結果，介紹了數值模擬在一般的自然災害中對于其穩(wěn)定性的研究、滑坡機理研究以及滑動環(huán)節(jié)當中推演的具體情況，歸納整理數值模擬工藝運用到地質災難的應急過程當中的運作基礎，將常規(guī)狀態(tài)以及其應急狀態(tài)下的數值模擬技術做對比，找出其中的差異，確立應急數值模擬環(huán)節(jié)當中的一些特征，并指出其中應急技術當中的重要問題。

關鍵詞：滑坡；數值模擬；應急建模

1.數值模擬技術在滑坡應急應用中的基礎

在地質災害理念策劃以及防護項目開展的環(huán)節(jié)中，經過多年的工作已積攢下來了龐大的數值模擬研究數據庫。雖說我國在應急情況下的數值模擬技術研究層面上相對不足，但借助對于常規(guī)數值模擬的應用，以及在單一環(huán)節(jié)上的實踐經驗，能編制出基于應急情況之下的數值模擬技術，對應的相關文獻的研究成果在實際的編制過程中也有一定程度的參考意義與價值。

總的來看，對于滑坡災害體可靠性以及二次滑動的概率判斷是其應急響應運作后所要面臨的一個非常關鍵的問題。現如今，大致可借助以下兩種形式來開展對應的分析研究，分別是：極值權衡分析以及數值極限評估分析。

2.滑坡應急數值模擬關鍵技術

2.1技術條件對比

數值模擬運用在平常狀態(tài)以及其應急狀態(tài)下的分析內容都有著一定程度上的相似之處，也就是說對于災難的可靠性研究、形變基本理念的研究以及破損環(huán)節(jié)的推理演變等這幾個層面。在應急處理的環(huán)節(jié)當中，要求在現場迅速地查出災害區(qū)域周邊的地質環(huán)境，這樣的一個檢測環(huán)節(jié)所統(tǒng)計得到的數據將會被當作是場地中應急集合模擬以及力學研究的主要參數信息或數據的來源，是建立初步數值模型的基礎。此外，要求實時監(jiān)控好現場災害的發(fā)展情況，以此為數值模型的更正及完善提供進一步的數據支持，這樣一來，關鍵環(huán)節(jié)的災害過程就可被快速地確立出來。

2.2關鍵技術問題

應急策略決定要求在最短的時間就判斷出滑坡的可靠性，并推算在這個過程當中有可能會出現的滑動狀況，不求整個過程非常精準，但要求所分析出的結論一定是可信的，這就需由安全準則來決定影響整個技術的順序，表明數值模擬工藝在這個環(huán)節(jié)中有著輔助實現的功能，但要求在應急元啟動后才可投入到其中。表1是模擬技術中非常重要的一些技術性形式。

3.案例分析

寧波屬于亞熱帶季風氣候，氣候溫和且空氣濕度較大，季節(jié)鮮明。寧波市全年的降水量是1460mm上下，降水量集中在5月份～9月份，占到了全年降水量比重的60%，由于西南區(qū)域的降水量充裕，因此容易出現滑坡、泥石流等自然災害。依照2015年寧波市的統(tǒng)計數據來看，截止到第二年的4月份，已經出現的自然災害就有255起，造成的財產損失將近1.5億元。

3.1應急建模

寧海市發(fā)生滑坡事件后，應運用反演的形式，分析災害的情況，進而科學地制定防治重點。采集以往滑坡的案例資料，并且到災害現場進行實地考察，分析潛在滑動面與基巖出露現狀，采取三維激光掃描的方式，采集滑坡表面云圖，并聯系歷史衛(wèi)星遙感圖，對原始地面進行有效推測，并且形成滑坡二維幾何模型，如圖1所示。綜合分析各方面數據與因素之后，并且結合反演結果與相關文獻，確定滑坡物理力學的各項參數。本項目翻閱大量文獻，并且結合有關專家、學者的建議，運用數值剖析參數反演的優(yōu)點，對物理力學參數進行深入的分析。依照計算模型簡化的最終結果，把滑坡參數劃分成巖體與節(jié)理參數，如表2所示。模型邊界中左右與底部3個邊界固定，上部模擬滑體，并且在自重的影響下進行位移。依照現場實地考察的結果，將滑坡出露基巖設定為滑動面；滑體部分塊體體系涵蓋了306個塊體單元，并且設置3個監(jiān)測點。

3.2結果解讀與實證分析

3.2.1滑坡啟動原因

借助現場實地考察、參數反演以及翻閱相關文獻的方式得知，滑體在無任何外力影響下薪聚力大致是30kPa，內摩擦角在30°左右，根據天然狀態(tài)模擬的最終結果能得出，因為滑體前緣有>10m的臨空面，滑體前緣部分塊體出現了滑動的現象，最大滑距是11#監(jiān)測塊，0.65m滑體慢慢蠕動，主要塊體穩(wěn)定系數一直控制為1.8，這就表示滑坡具備一定的穩(wěn)定性。根據應急調查能得出，現場水文地質環(huán)境并不復雜，滑坡是在地下水位以上。聯系天然狀態(tài)模擬的最終結果與災情的狀況，能得出災害的主要原因就是連續(xù)降雨的天氣，使節(jié)理巖體物理力學參數降低。

3.2.2滑動過程推演

聯系現場滑體變形與主要標志物的運動狀況，借助數值參數反演的方式，得出滑體物理力學參數的大概數值。依照天然狀態(tài)下模擬結果，滑坡滑動包括啟動、快速滑動以及堆積階段，第一個階段中先滑出的是滑體前緣塊體；第二個階段中，滑體最大水平位移約為87m，并且最大速度是7m·s^-1；第三個階段中，由于摩擦，使滑體勢能降低，滑體中下部漸漸具備較好的穩(wěn)定性，表層碎石土局部漸漸滑動，前緣堆積體達到53m的厚度，并且持續(xù)時長大概是70s。

4.結束語

綜上所述，在實際應急過程中，為數值模擬奠定數據基礎的就是應急調查，應急監(jiān)測能對建模的精確性與合理性進行驗證。借助對寧海市滑坡災害的數值模擬技術實際運用的研究，能將數值模擬在災害應急的優(yōu)點與價值體現出來，這也就意味著在突發(fā)事件中運用數值模擬技術，效果非常顯著。