Modelo SPH-FD Integrado en Profundidad de Dos Fases y Dos Capas: Aplicación a Lahar y Flujos de Debris
Autores: Tayyebi, Saeid Moussavi; Pastor, Manuel; Hernandez, Andrei; Gao, Lingang; Stickle, Miguel Martin; Yifru, Ashenafi Lulseged; Thakur, Vikas
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Modelo SPH-FD Integrado en Profundidad de Dos Fases y Dos Capas: Aplicación a Lahar y Flujos de Debris
Categoría
Ciencias Medioambientales
Subcategoría
Ciencias medioambientales generales
Palabras clave
Flujos de escombros
Desagüe
Deslizamientos de tierra
Presión del agua en los poros
Modelo bifásico
Propagación de deslizamientos de tierra
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La naturaleza compleja de los flujos de escombros sugiere que la evolución de la presión del agua en los poros y el desagüe de una masa en movimiento, causado por la alta permeabilidad del suelo o del terreno, podrían desempeñar un papel esencial en el comportamiento dinámico de los deslizamientos de tierra rápidos. El desagüe provoca desaturación, reduciendo la presión del agua en los poros y mejorando la resistencia al corte de los suelos licuados. Un nuevo enfoque para el modelado de la propagación de deslizamientos de tierra, considerando el desagüe de una masa de flujo de escombros, ha atraído la atención de la investigación. El problema se caracteriza por una transición de suelo saturado a no saturado. Este artículo tiene como objetivo abordar esta brecha científica. Se desarrolló un modelo integrado por profundidad para analizar el desagüe de deslizamientos de tierra, en el cual la desaturación juega un papel importante en el comportamiento dinámico de la propagación. Este estudio adoptó un método numérico SPH para modelar la propagación de deslizamientos de tierra que consiste en agua en los poros y un esqueleto de suelo en suelos completamente o parcialmente saturados. En un modelo de dos fases, la mezcla de agua y suelo se discretizó y se representó mediante dos conjuntos de nodos SPH que transportan todas las variables de campo, como velocidad, desplazamiento y presión del agua en los poros basal. El agua en los poros se describió mediante un conjunto adicional de ecuaciones de balance para tener en cuenta su velocidad. En el modelo de dos capas desarrollado, se consideró una capa superior desaturada y una capa inferior saturada para mejorar la descripción del desagüe. Esta es la llamada formulación de dos fases y dos capas, que es capaz de simular todo el proceso de propagación de deslizamientos de tierra, incluyendo la gran deformación de los suelos y las correspondientes evoluciones de la presión del agua en los poros, donde también se tiene en cuenta el efecto del desagüe en suelos saturados. Se analizó un problema de ruptura de presa a través del nuevo modelo desarrollado y uno previamente desarrollado. También se utilizó una prueba en canal realizada en Trondheim para validar el modelo propuesto comparando los resultados numéricos con las mediciones obtenidas del experimento. Finalmente, se aplicó el modelo para simular un caso real de lahar, que es un caso de referencia apropiado utilizado para examinar la aplicabilidad del modelo desarrollado. Los resultados de la simulación demostraron que tener en cuenta los efectos del desagüe y el parámetro vital de la altura relativa es esencial para el modelado de la propagación de deslizamientos de tierra de una masa en movimiento desaturada.
Descripción
La naturaleza compleja de los flujos de escombros sugiere que la evolución de la presión del agua en los poros y el desagüe de una masa en movimiento, causado por la alta permeabilidad del suelo o del terreno, podrían desempeñar un papel esencial en el comportamiento dinámico de los deslizamientos de tierra rápidos. El desagüe provoca desaturación, reduciendo la presión del agua en los poros y mejorando la resistencia al corte de los suelos licuados. Un nuevo enfoque para el modelado de la propagación de deslizamientos de tierra, considerando el desagüe de una masa de flujo de escombros, ha atraído la atención de la investigación. El problema se caracteriza por una transición de suelo saturado a no saturado. Este artículo tiene como objetivo abordar esta brecha científica. Se desarrolló un modelo integrado por profundidad para analizar el desagüe de deslizamientos de tierra, en el cual la desaturación juega un papel importante en el comportamiento dinámico de la propagación. Este estudio adoptó un método numérico SPH para modelar la propagación de deslizamientos de tierra que consiste en agua en los poros y un esqueleto de suelo en suelos completamente o parcialmente saturados. En un modelo de dos fases, la mezcla de agua y suelo se discretizó y se representó mediante dos conjuntos de nodos SPH que transportan todas las variables de campo, como velocidad, desplazamiento y presión del agua en los poros basal. El agua en los poros se describió mediante un conjunto adicional de ecuaciones de balance para tener en cuenta su velocidad. En el modelo de dos capas desarrollado, se consideró una capa superior desaturada y una capa inferior saturada para mejorar la descripción del desagüe. Esta es la llamada formulación de dos fases y dos capas, que es capaz de simular todo el proceso de propagación de deslizamientos de tierra, incluyendo la gran deformación de los suelos y las correspondientes evoluciones de la presión del agua en los poros, donde también se tiene en cuenta el efecto del desagüe en suelos saturados. Se analizó un problema de ruptura de presa a través del nuevo modelo desarrollado y uno previamente desarrollado. También se utilizó una prueba en canal realizada en Trondheim para validar el modelo propuesto comparando los resultados numéricos con las mediciones obtenidas del experimento. Finalmente, se aplicó el modelo para simular un caso real de lahar, que es un caso de referencia apropiado utilizado para examinar la aplicabilidad del modelo desarrollado. Los resultados de la simulación demostraron que tener en cuenta los efectos del desagüe y el parámetro vital de la altura relativa es esencial para el modelado de la propagación de deslizamientos de tierra de una masa en movimiento desaturada.