Nghiên cứu mô phỏng ảnh hưởng của lớp nước bề mặt đến động lực học của khối vật liệu trượt sử dụng mô hình kết hợp SPH–DEM

Tóm tắt

Hiện tượng trượt lở đất – đá là một trong những tai biến địa chất nguy hiểm, trong đó nước đóng vai trò then chốt chi phối cơ chế phát sinh và diễn biến của khối trượt. Sự hiện diện của nước, đặc biệt là lớp nước phủ trên bề mặt có thể làm thay đổi đáng kể đặc tính động lực của quá trình trượt. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp mô hình hóa kết hợp SPH–DEM (Phương pháp thủy động hạt trơn – Phương pháp phần tử rời rạc) để phân tích định lượng ảnh hưởng của lớp nước phía trên đến quá trình hình thành, vận tốc và chiều dài trượt của khối vật liệu, áp dụng cho một mô hình thí nghiệm điển hình. Các kịch bản mô phỏng được xây dựng với chiều dày lớp nước phủ trên khối trượt thay đổi từ 0 đến 1/2 chiều cao khối trượt. Kết quả mô phỏng cho thấy lớp nước làm gia tăng rõ rệt vận tốc và quãng đường trượt của khối vật liệu. Chiều dài trượt tăng gần như tuyến tính theo chiều cao lớp nước. Một phát hiện quan trọng là hiện tượng tái gia tốc trong quá trình trượt, thể hiện bởi hai đỉnh vận tốc xuất hiện khi chiều cao lớp nước đủ lớn (hw > 0.04 m). Đỉnh vận tốc thứ nhất gắn với gia tốc ban đầu do trọng lực, trong khi đỉnh thứ hai xuất hiện muộn hơn do lực kéo thủy động của dòng nước tác động cùng chiều chuyển động của khối hạt. Nghiên cứu góp phần làm rõ cơ chế tương tác đa pha lỏng–rắn trong các tai biến trượt lở và cung cấp cơ sở khoa học cho công tác đánh giá, dự báo rủi ro thiên tai trong các môi trường thủy văn phức tạp. Từ khóa: DEM, SPH, sạt trượt, đất rời.