應(yīng)急數(shù)值模擬技術(shù)在突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用

沈杰 吳春暉 李華軍

摘要：文章以滑坡為實(shí)例，借助分析之前相關(guān)的數(shù)據(jù)研究結(jié)果，介紹了數(shù)值模擬在一般的自然災(zāi)害中對(duì)于其穩(wěn)定性的研究、滑坡機(jī)理研究以及滑動(dòng)環(huán)節(jié)當(dāng)中推演的具體情況，歸納整理數(shù)值模擬工藝運(yùn)用到地質(zhì)災(zāi)難的應(yīng)急過程當(dāng)中的運(yùn)作基礎(chǔ)，將常規(guī)狀態(tài)以及其應(yīng)急狀態(tài)下的數(shù)值模擬技術(shù)做對(duì)比，找出其中的差異，確立應(yīng)急數(shù)值模擬環(huán)節(jié)當(dāng)中的一些特征，并指出其中應(yīng)急技術(shù)當(dāng)中的重要問題。

關(guān)鍵詞：滑坡；數(shù)值模擬；應(yīng)急建模

1.數(shù)值模擬技術(shù)在滑坡應(yīng)急應(yīng)用中的基礎(chǔ)

在地質(zhì)災(zāi)害理念策劃以及防護(hù)項(xiàng)目開展的環(huán)節(jié)中，經(jīng)過多年的工作已積攢下來了龐大的數(shù)值模擬研究數(shù)據(jù)庫(kù)。雖說我國(guó)在應(yīng)急情況下的數(shù)值模擬技術(shù)研究層面上相對(duì)不足，但借助對(duì)于常規(guī)數(shù)值模擬的應(yīng)用，以及在單一環(huán)節(jié)上的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能編制出基于應(yīng)急情況之下的數(shù)值模擬技術(shù)，對(duì)應(yīng)的相關(guān)文獻(xiàn)的研究成果在實(shí)際的編制過程中也有一定程度的參考意義與價(jià)值。

總的來看，對(duì)于滑坡災(zāi)害體可靠性以及二次滑動(dòng)的概率判斷是其應(yīng)急響應(yīng)運(yùn)作后所要面臨的一個(gè)非常關(guān)鍵的問題?，F(xiàn)如今，大致可借助以下兩種形式來開展對(duì)應(yīng)的分析研究，分別是：極值權(quán)衡分析以及數(shù)值極限評(píng)估分析。

2.滑坡應(yīng)急數(shù)值模擬關(guān)鍵技術(shù)

2.1技術(shù)條件對(duì)比

數(shù)值模擬運(yùn)用在平常狀態(tài)以及其應(yīng)急狀態(tài)下的分析內(nèi)容都有著一定程度上的相似之處，也就是說對(duì)于災(zāi)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(gè)層面。在應(yīng)急處理的環(huán)節(jié)當(dāng)中，要求在現(xiàn)場(chǎng)迅速地查出災(zāi)害區(qū)域周邊的地質(zhì)環(huán)境，這樣的一個(gè)檢測(cè)環(huán)節(jié)所統(tǒng)計(jì)得到的數(shù)據(jù)將會(huì)被當(dāng)作是場(chǎng)地中應(yīng)急集合模擬以及力學(xué)研究的主要參數(shù)信息或數(shù)據(jù)的來源，是建立初步數(shù)值模型的基礎(chǔ)。此外，要求實(shí)時(shí)監(jiān)控好現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害的發(fā)展情況，以此為數(shù)值模型的更正及完善提供進(jìn)一步的數(shù)據(jù)支持，這樣一來，關(guān)鍵環(huán)節(jié)的災(zāi)害過程就可被快速地確立出來。

2.2關(guān)鍵技術(shù)問題

應(yīng)急策略決定要求在最短的時(shí)間就判斷出滑坡的可靠性，并推算在這個(gè)過程當(dāng)中有可能會(huì)出現(xiàn)的滑動(dòng)狀況，不求整個(gè)過程非常精準(zhǔn)，但要求所分析出的結(jié)論一定是可信的，這就需由安全準(zhǔn)則來決定影響整個(gè)技術(shù)的順序，表明數(shù)值模擬工藝在這個(gè)環(huán)節(jié)中有著輔助實(shí)現(xiàn)的功能，但要求在應(yīng)急元啟動(dòng)后才可投入到其中。表1是模擬技術(shù)中非常重要的一些技術(shù)性形式。

3.案例分析

寧波屬于亞熱帶季風(fēng)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(xiàn)滑坡、泥石流等自然災(zāi)害。依照2015年寧波市的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，截止到第二年的4月份，已經(jīng)出現(xiàn)的自然災(zāi)害就有255起，造成的財(cái)產(chǎn)損失將近1.5億元。

3.1應(yīng)急建模

寧海市發(fā)生滑坡事件后，應(yīng)運(yùn)用反演的形式，分析災(zāi)害的情況，進(jìn)而科學(xué)地制定防治重點(diǎn)。采集以往滑坡的案例資料，并且到災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地考察，分析潛在滑動(dòng)面與基巖出露現(xiàn)狀，采取三維激光掃描的方式，采集滑坡表面云圖，并聯(lián)系歷史衛(wèi)星遙感圖，對(duì)原始地面進(jìn)行有效推測(cè)，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(shù)據(jù)與因素之后，并且結(jié)合反演結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)，確定滑坡物理力學(xué)的各項(xiàng)參數(shù)。本項(xiàng)目翻閱大量文獻(xiàn)，并且結(jié)合有關(guān)專家、學(xué)者的建議，運(yùn)用數(shù)值剖析參數(shù)反演的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行深入的分析。依照計(jì)算模型簡(jiǎn)化的最終結(jié)果，把滑坡參數(shù)劃分成巖體與節(jié)理參數(shù)，如表2所示。模型邊界中左右與底部3個(gè)邊界固定，上部模擬滑體，并且在自重的影響下進(jìn)行位移。依照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察的結(jié)果，將滑坡出露基巖設(shè)定為滑動(dòng)面；滑體部分塊體體系涵蓋了306個(gè)塊體單元，并且設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3.2結(jié)果解讀與實(shí)證分析

3.2.1滑坡啟動(dòng)原因

借助現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察、參數(shù)反演以及翻閱相關(guān)文獻(xiàn)的方式得知，滑體在無任何外力影響下薪聚力大致是30kPa，內(nèi)摩擦角在30°左右，根據(jù)天然狀態(tài)模擬的最終結(jié)果能得出，因?yàn)榛w前緣有>10m的臨空面，滑體前緣部分塊體出現(xiàn)了滑動(dòng)的現(xiàn)象，最大滑距是11#監(jiān)測(cè)塊，0.65m滑體慢慢蠕動(dòng)，主要塊體穩(wěn)定系數(shù)一直控制為1.8，這就表示滑坡具備一定的穩(wěn)定性。根據(jù)應(yīng)急調(diào)查能得出，現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)環(huán)境并不復(fù)雜，滑坡是在地下水位以上。聯(lián)系天然狀態(tài)模擬的最終結(jié)果與災(zāi)情的狀況，能得出災(zāi)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(xué)參數(shù)降低。

3.2.2滑動(dòng)過程推演

聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)滑體變形與主要標(biāo)志物的運(yùn)動(dòng)狀況，借助數(shù)值參數(shù)反演的方式，得出滑體物理力學(xué)參數(shù)的大概數(shù)值。依照天然狀態(tài)下模擬結(jié)果，滑坡滑動(dòng)包括啟動(dòng)、快速滑動(dòng)以及堆積階段，第一個(gè)階段中先滑出的是滑體前緣塊體；第二個(gè)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(gè)階段中，由于摩擦，使滑體勢(shì)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(dòng)，前緣堆積體達(dá)到53m的厚度，并且持續(xù)時(shí)長(zhǎng)大概是70s。

4.結(jié)束語

綜上所述，在實(shí)際應(yīng)急過程中，為數(shù)值模擬奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的就是應(yīng)急調(diào)查，應(yīng)急監(jiān)測(cè)能對(duì)建模的精確性與合理性進(jìn)行驗(yàn)證。借助對(duì)寧海市滑坡災(zāi)害的數(shù)值模擬技術(shù)實(shí)際運(yùn)用的研究，能將數(shù)值模擬在災(zāi)害應(yīng)急的優(yōu)點(diǎn)與價(jià)值體現(xiàn)出來，這也就意味著在突發(fā)事件中運(yùn)用數(shù)值模擬技術(shù)，效果非常顯著。