应急数值模拟技术在突发地质灾害中的应用

沈杰 吴春晖 李华军

摘要：文章以滑坡为实例，借助分析之前相关的数据研究结果，介绍了数值模拟在一般的自然灾害中对于其稳定性的研究、滑坡机理研究以及滑动环节当中推演的具体情况，归纳整理数值模拟工艺运用到地质灾难的应急过程当中的运作基础，将常规状态以及其应急状态下的数值模拟技术做对比，找出其中的差异，确立应急数值模拟环节当中的一些特征，并指出其中应急技术当中的重要问题。

关键词：滑坡；数值模拟；应急建模

1.数值模拟技术在滑坡应急应用中的基础

在地质灾害理念策划以及防护项目开展的环节中，经过多年的工作已积攒下来了庞大的数值模拟研究数据库。虽说我国在应急情况下的数值模拟技术研究层面上相对不足，但借助对于常规数值模拟的应用，以及在单一环节上的实践经验，能编制出基于应急情况之下的数值模拟技术，对应的相关文献的研究成果在实际的编制过程中也有一定程度的参考意义与价值。

总的来看，对于滑坡灾害体可靠性以及二次滑动的概率判断是其应急响应运作后所要面临的一个非常关键的问题。现如今，大致可借助以下两种形式来开展对应的分析研究，分别是：极值权衡分析以及数值极限评估分析。

2.滑坡应急数值模拟关键技术

2.1技术条件对比

数值模拟运用在平常状态以及其应急状态下的分析内容都有着一定程度上的相似之处，也就是说对于灾难的可靠性研究、形变基本理念的研究以及破损环节的推理演变等这几个层面。在应急处理的环节当中，要求在现场迅速地查出灾害区域周边的地质环境，这样的一个检测环节所统计得到的数据将会被当作是场地中应急集合模拟以及力学研究的主要参数信息或数据的来源，是建立初步数值模型的基础。此外，要求实时监控好现场灾害的发展情况，以此为数值模型的更正及完善提供进一步的数据支持，这样一来，关键环节的灾害过程就可被快速地确立出来。

2.2关键技术问题

应急策略决定要求在最短的时间就判断出滑坡的可靠性，并推算在这个过程当中有可能会出现的滑动状况，不求整个过程非常精准，但要求所分析出的结论一定是可信的，这就需由安全准则来决定影响整个技术的顺序，表明数值模拟工艺在这个环节中有着辅助实现的功能，但要求在应急元启动后才可投入到其中。表1是模拟技术中非常重要的一些技术性形式。

3.案例分析

宁波属于亚热带季风气候，气候温和且空气湿度较大，季节鲜明。宁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%，由于西南区域的降水量充裕，因此容易出现滑坡、泥石流等自然灾害。依照2015年宁波市的统计数据来看，截止到第二年的4月份，已经出现的自然灾害就有255起，造成的财产损失将近1.5亿元。

3.1應急建模

宁海市发生滑坡事件后，应运用反演的形式，分析灾害的情况，进而科学地制定防治重点。采集以往滑坡的案例资料，并且到灾害现场进行实地考察，分析潜在滑动面与基岩出露现状，采取三维激光扫描的方式，采集滑坡表面云图，并联系历史卫星遥感图，对原始地面进行有效推测，并且形成滑坡二维几何模型，如图1所示。综合分析各方面数据与因素之后，并且结合反演结果与相关文献，确定滑坡物理力学的各项参数。本项目翻阅大量文献，并且结合有关专家、学者的建议，运用数值剖析参数反演的优点，对物理力学参数进行深入的分析。依照计算模型简化的最终结果，把滑坡参数划分成岩体与节理参数，如表2所示。模型边界中左右与底部3个边界固定，上部模拟滑体，并且在自重的影响下进行位移。依照现场实地考察的结果，将滑坡出露基岩设定为滑动面；滑体部分块体体系涵盖了306个块体单元，并且设置3个监测点。

3.2结果解读与实证分析

3.2.1滑坡启动原因

借助现场实地考察、参数反演以及翻阅相关文献的方式得知，滑体在无任何外力影响下薪聚力大致是30kPa，内摩擦角在30°左右，根据天然状态模拟的最终结果能得出，因为滑体前缘有>10m的临空面，滑体前缘部分块体出现了滑动的现象，最大滑距是11#监测块，0.65m滑体慢慢蠕动，主要块体稳定系数一直控制为1.8，这就表示滑坡具备一定的稳定性。根据应急调查能得出，现场水文地质环境并不复杂，滑坡是在地下水位以上。联系天然状态模拟的最终结果与灾情的状况，能得出灾害的主要原因就是连续降雨的天气，使节理岩体物理力学参数降低。

3.2.2滑动过程推演

联系现场滑体变形与主要标志物的运动状况，借助数值参数反演的方式，得出滑体物理力学参数的大概数值。依照天然状态下模拟结果，滑坡滑动包括启动、快速滑动以及堆积阶段，第一个阶段中先滑出的是滑体前缘块体；第二个阶段中，滑体最大水平位移约为87m，并且最大速度是7m·s^-1；第三个阶段中，由于摩擦，使滑体势能降低，滑体中下部渐渐具备较好的稳定性，表层碎石土局部渐渐滑动，前缘堆积体达到53m的厚度，并且持续时长大概是70s。

4.结束语

综上所述，在实际应急过程中，为数值模拟奠定数据基础的就是应急调查，应急监测能对建模的精确性与合理性进行验证。借助对宁海市滑坡灾害的数值模拟技术实际运用的研究，能将数值模拟在灾害应急的优点与价值体现出来，这也就意味着在突发事件中运用数值模拟技术，效果非常显著。