Введение к работе
Актуальность теш.В связи с интенсивным освоением территорий в число весьма актуальных выдвигаются проблемы, связанные с количественным описанием и соответствующим прогнозом последствий склоновых процессов.Имеющиеся данные показызают.что ущерб, связанный с вызванными такими процессами катастрофами, весьма велик .К числу наиболее опасных экзогенных склоновых процессов относятся ползни и горные обвалы,широко распространенные на планете практически повсеместно. Материальный ущерб, наносимый оползнями,достигает огромных размеров. Так, по данным американского исследователя Р.Л.Шустера .сумма убытков,связанных только с оползнями в США,составляет около 1 млрд. долларов в год. По этой причине исследование этих процессов имеет большое значение для расширяющихся масштабов проектирования и строительства плотин, тоннелей, дорог, мостов, горнодобывающих и других сооружений, а также обоснования защиты осваиваемых территорий для городов и
населенных пунктов. В научной литературе имеется большое
количество публикаций по склоновым процессам.Число работ,
посвященный разработке количественных методов расчета и оценок характеристик склоновых процессов, невелико. Из-за недостаточности такого рода исследований мероприятия по борьбе с катастрофическими склоновыми процессами нередко оказывались неэффективными.Отметили,что многие оползни и обвалы, сопровождавшиеся большим количеством человеческих кертв, происходили быстро и имели большую амплитуду смещения.Например, в результате оползней у Голъдад погибло 457 человек, у
Эльма - около 150 человек, у плотины Вайонт - около 1900 человек. И поэтому не случайно первая работа Гейма ц.Неіт, 1932), в которой рассматривался вопрос о скорости смещения оползней,носит название"Горние обвалы и человеческая жизнь". В некоторых случаях жертвы были вызваны косвенным действием оползней , например , крупными волнами, возникавшими при быстром опускании оползней в водоемы. Однако возможность возникновения и интенсивность таких косвенных явлений также определяется скоростью и амплитудой смещения оползней, Возможные скорость и амплитуду смещений оползней нужно учитывать не только для предотвращения человеческих жертв, но и для эксплуатации сооружений на оползнях и в зонах их возможного воздействия. Поэтому знание основных закономерностей, определяющих амплитуду и скорость смещения оползней, имеет большое практическое значение.
В течение ряда последних лет в Институте механики МТУ был выполнен цикл теоретических и экспериментальных исследований количественными методами основных механизмов и динамики склоновых процессов. Их результаты были использованы для практических целей, в частности, для проектирования работ по созданию высокой плотины из обрушиваемых взрывом горных пород на реке Нарын в Киргизии для Камбаратинской ГЭС. Вместе с тем ,для случаев, когдз оползень (обвал) вторгается в водоем и возбуждает в нем интесивные волновые движения,таких исследований было проведено мало.
Мировая гидротехническая практика и данные натурных наблюдений свидетельствуют о том ,что волны , возникавшие в водохранилищах .озерах,заливах,фиордах и других., закрытых и полузакрытых водоемах при обвально-опозневых явлениях у
береговій склонов,могу? достигать значительной высоты к представлять опасность для. годоподлсрных сосру.кені'й .населенных ггунктоз вблизи уреза воды , судоходства. В настоянеє время гидроэнергетическое строительсто ведется в оснозом з районах со слсгнвага геологическими: и сейа.олческлмп условиями,позтому представляется необходимым создание методов прогнозирования кслгпчестзешзх характеристик всзбуклземых з водоемах обвалами волн - так называемых "обвальных волн". .Результаты такого прогнозирования дохкны сыть учтены при выборе створа зодоподпорного сооружения к назначении превышения грзоня сооружения над уровнем воды з всдсхрэнилипе. Они могут обусловить также принятие решения по уменьшению объема потенциального оползня ив: обвала. Конкретный пример такого рода возник недавно при проектировании водохранилища з сейсмоактивной зоне з Армении, где требовалось оценить последствия обрушения оползневого склона в зодохраннлиде для целостности плотины. Аналогичная практическая задача ;гмзется для высокогорного Сарезского озера на Памире.
Вопросы возникновения и рзопространевтия обвальных волн частично изучались с начала 70-х годов исследователями СССР и за рубексм. Результаты исследований были ссзешены з ряде публикаций, однако до настоящего времени епе нет работы, в которой была Сы поставлена и изучена задача математического моделирования обвальных волн с учетом реальной кснсдггураігин и динамики оползня, реальных параметров берегового склона и дне, а такз:з особенностей сухого трения.
Отмзтпм, что полученные уравнения для моделирования оползней и обвалов з . гидравлическом приближении, тгроллокенные в указанных вкнз работах Института механики
МГУ, являются нелинейнкмии ,их исследование для реальных объектов требует применения численных методов., из-за нелинейности возникают трудности построения разностных схем, устойчивость и сходимость которых мокно было бы строго доказать.
Настоящая работа является продолжением разработки численных методов для решения уравнений моделей обвалов и оползней и посвящена математическому моделированию козой задачи - механики взаимодействия горного обвала с водой в водоеме,в который обрушивается обвальная масса.
;
Цель работы. |
-
Построение математической модели для количественного исследования процесса взаимодействия горного обвала с водой в водоеме, в который обрушиваются обвальные массы.
-
Разработка численного метода для решения уравнений оползневого процесса по склону и под водой и уравнений волновых движений воды в водоеме.
3. исследование влияния входных данных задач:; ка
параметры оползневых процессов и генерируемых з водоеме волн
при вторкекии в него обвальных масс.
4. Разработка программ для решения реальных задач и оценки параметров обвального процесса и обвальных волн.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит"из введения, 5 глаз, заключения и списка литературы. Объем диссертации - 109 стр., в том числе - 29 рисунков^ таблицы. Библиография зклкчает 93 наименований.