Новая модель облегчает прогнозирование оползней и разрушений склонов

Угроза нестабильности склонов в будущем станет легче для прогнозирования. Ученые, работающие над проектом Австрийского научного фонда (FWF), успешно разработали для этой цели новую численную модель. Эта модель впервые позволяет рассчитать важные физические факторы, связанные с устойчивостью склонов. Из-за сложности задействованных факторов это было невозможно до сих пор.

Исследователи впервые смогли численно смоделировать фундаментальные физические процессы, сильно влияющие на устойчивость склона, и включить их в симуляции и модельные расчеты. Это представляет собой важную веху в надежном прогнозировании оползней.

Основные физические процессы, которые изучил руководитель проекта Вэй Ву и его команда из Института геотехники Венского университета природных ресурсов и наук о жизни, тесно связаны с водонасыщением грунта на склоне. Как поясняет Ву, с ростом насыщения поровое давление воды в грунте приводит к снижению его прочности. Однако, несмотря на явную связь между ростом порового давления и снижением устойчивости, до сих пор не удавалось рассчитать или смоделировать эти сложные процессы в трехфазной системе (частицы грунта, воздух и вода).

Благодаря международному сотрудничеству с Роналдо И. Борха из Стэнфордского университета, команда получила доступ к специальному компьютерному коду, разработанному в Калифорнии. Этот код был доработан для применения к ненасыщенным пористым грунтам. Это позволило ученым впервые рассчитать, как пространственно разделенные области с разной степенью водонасыщенности могут влиять на возникновение локальных разрушений в склонах.

Расчеты были проверены комплексными модельными испытаниями в климатической камере с использованием центрифужной технологии на миниатюрной модели склона. Валидация подтвердила высокую точность теоретических расчетов и выявила важное влияние интенсивности осадков на устойчивость склона.

Как отмечает Ву, тесты дали глубокое понимание механизма, ведущего к разрыву в структуре склона. Ученым удалось рассчитать энергию, мобилизованную процессом, и на этой основе — возникновение и распространение поверхностей скольжения (областей с пониженной прочностью грунта). Важным открытием стало то, что даже незначительные изменения содержания воды могут существенно влиять на стабильность грунта.

Эта модель, разработанная при поддержке FWF, может в будущем помочь выявлять потенциально опасные склоны для их более эффективного мониторинга, а также использоваться в программном обеспечении для надежного расчета устойчивости склонов.