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Aug 19, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 7684 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Combinado com a capacidade de processamento de dados espaciais dos Sistemas de Informação Geográfica (GIS), o método Pan Jiazheng é estendido de bidimensional (2D) para tridimensional (3D), e um método de cálculo de altura de onda de deslizamento 3D é proposto com base na grade unidades de coluna. Primeiro, os dados relacionados ao deslizamento são rasterizados para formar colunas de grade, e um modelo de análise de força de deslizamentos 3D é estabelecido. Combinando o método da faixa vertical com as leis do movimento de Newton, equações de equilíbrio dinâmico são estabelecidas para resolver a altura da onda. Além disso, um módulo de expansão de cálculo de altura de onda de deslizamento 3D é desenvolvido no ambiente GIS, e os resultados são comparados com os do método Pan Jiazheng 2D. As comparações mostraram que a altura máxima de onda obtida pelo método proposto é 24,6% maior que aquela baseada no método Pan Jiazheng. Comparado com o método 2D tradicional, o método 3D proposto neste artigo representa melhor o estado espacial real do deslizamento e é mais adequado para avaliação de risco.

Um desastre de deslizamento de terra refere-se a um desastre causado pelo deslizamento geral de massa rochosa ou massa de solo sob a ação da gravidade e é um dos principais desastres geológicos do mundo. Velocidades de deslizamento rápidas e longas distâncias de deslizamento de deslizamentos de terra de médio e grande porte resultam em enormes perdas de vidas e propriedades todos os anos. Dentre estes, o deslizamento das margens do reservatório produz uma onda maior durante o seu deslizamento para a água, e isso causa grandes danos aos navios que passam e às construções vizinhas, recebendo muita preocupação em todo o mundo. Há muitos eventos de ondas causadas por deslizamentos de terra no mundo, como as ondas de 100 m de altura desencadeadas pelo deslizamento de terra no reservatório de Vajont, na Itália, em 1963, matando pelo menos 2.000 pessoas1; a rocha vermelha surge em Wushan, Chongqing, China, em 20152; e os surtos de Dayantang em Hubei, China, em 20143; tudo isso causou grandes vítimas e perdas econômicas. Portanto, é de vital importância avaliar o perigo das ondas causadas pelo deslizamento de terra nas margens do reservatório.

O cálculo da altura do surto é um dos principais índices para avaliar o risco de surto. Os métodos de cálculo da altura do surto podem ser divididos principalmente em método de análise teórica4,5,6,7,8, método de simulação numérica10,11,12,13,14 e método de modelagem física15,16,17. Entre eles, o método Pan Jiazheng no método de análise teórica é amplamente utilizado em aplicações de engenharia devido aos seus processos de modelagem simples, que possuem poucos requisitos para engenheiros e alta precisão.

O método Pan Jiazheng originou-se de Noda. Noda4 propôs um método aproximado para encontrar a amplitude do maior surto na região não linear utilizando as soluções obtidas na teoria linear. Desde então, muitos estudiosos conduziram pesquisas mais aprofundadas. Com base nisso, o acadêmico Pan Jiazheng5 dividiu o corpo do deslizamento em muitas faixas verticais bidimensionais (2D) e calculou a altura da onda considerando o movimento horizontal e vertical do deslizamento. Este método é chamado de método Pan Jiazheng. O método foi aplicado e aprimorado ao longo dos anos. Por exemplo, Dai et al.6 usaram o método Pan Jiazheng para calcular a velocidade de deslizamento do deslizamento de terra de Xiaduling na área do reservatório das Três Gargantas. Huang et al.7 aprimoraram o método Pan Jiazheng considerando a resistência da água e a mudança no coeficiente de atrito. Miao et al.8 propuseram um modelo de bloco deslizante baseado no método de faixa vertical 2D para prever a altura máxima do surto.

Embora o método Pan Jiazheng tenha feito algumas melhorias, ele ainda está no estágio 2D e os resultados do cálculo serão diferentes se a seção 2D for selecionada. No entanto, o estado real do deslizamento é tridimensional (3D), e o método de análise 2D não pode simular o estado real do deslizamento de uma forma razoável. Hu18 propôs que o valor obtido pela análise do estado 2D é cerca de 70% do valor do estado 3D. O método Pan Jiazheng baseado no modelo 2D não foi capaz de obter valores de resultados de alta precisão, portanto, o estudo do método Pan Jiazheng baseado na análise de estado 3D é de grande importância para melhorar sua precisão de cálculo.