SIG

Aug 19, 2023

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 7684 (2023) Citar este artículo

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Combinado con la capacidad de procesamiento de datos espaciales de los Sistemas de Información Geográfica (SIG), el método Pan Jiazheng se extiende de dos dimensiones (2D) a tres dimensiones (3D), y se propone un método de cálculo de la altura de las oleadas de deslizamientos de tierra en 3D basado en una cuadrícula. unidades de columna. Primero, los datos relacionados con el deslizamiento de tierra se rasterizan para formar columnas de cuadrícula y se establece un modelo de análisis de fuerza de deslizamientos de tierra en 3D. Combinando el método de la franja vertical con las leyes del movimiento de Newton, se establecen ecuaciones de equilibrio dinámico para resolver la altura del oleaje. Además, se desarrolla un módulo de expansión de cálculo de la altura de la oleada de deslizamientos de tierra en 3D en el entorno GIS, y los resultados se comparan con los del método Pan Jiazheng 2D. Las comparaciones mostraron que la altura máxima de oleaje obtenida con el método propuesto es un 24,6% mayor que la basada en el método Pan Jiazheng. En comparación con el método 2D tradicional, el método 3D propuesto en este artículo representa mejor el estado espacial real del deslizamiento de tierra y es más adecuado para la evaluación de riesgos.

Un desastre por deslizamiento de tierra se refiere a un desastre causado por el deslizamiento general hacia abajo de masa rocosa o masa de suelo bajo la acción de la gravedad y es uno de los principales desastres geológicos del mundo. Las rápidas velocidades de deslizamiento y las largas distancias de deslizamiento de los deslizamientos de tierra medianos y grandes provocan pérdidas masivas de vidas y propiedades cada año. Entre ellos, el deslizamiento de tierra en la orilla del embalse produce un mayor oleaje durante su deslizamiento hacia el agua, y esto causa grandes daños a los barcos que pasan y a los edificios circundantes, generando gran preocupación en todo el mundo. Hay muchos fenómenos repentinos causados ​​por deslizamientos de tierra en el mundo, como las oleadas de 100 m de altura provocadas por el deslizamiento de tierra en el embalse de Vajont, Italia, en 1963, que mató al menos a 2.000 personas1; la roca roja surge en Wushan, Chongqing, China en 20152; y las oleadas de Dayantang en Hubei, China, en 20143; todo lo cual provocó grandes bajas y pérdidas económicas. Por lo tanto, es de vital importancia evaluar el peligro de oleaje causado por el deslizamiento de tierra del banco del embalse.

Calcular la altura de la oleada es uno de los índices clave para evaluar el peligro de oleada. Los métodos para calcular la altura de la oleada se pueden dividir principalmente en método de análisis teórico4,5,6,7,8, método de simulación numérica10,11,12,13,14 y método de modelado físico15,16,17. Entre ellos, el método Pan Jiazheng en el método de análisis teórico se usa ampliamente en aplicaciones de ingeniería debido a sus procesos de modelado simples, que tienen pocos requisitos para los ingenieros y alta precisión.

El método Pan Jiazheng se originó en Noda. Noda4 propuso un método aproximado para encontrar la amplitud del aumento más grande en la región no lineal utilizando las soluciones obtenidas de la teoría lineal. Desde entonces, muchos académicos han realizado investigaciones más profundas. Sobre esta base, el académico Pan Jiazheng5 dividió el cuerpo del deslizamiento de tierra en muchas franjas verticales bidimensionales (2D) y calculó la altura de la oleada considerando el movimiento horizontal y vertical del deslizamiento de tierra. Este método se llama método Pan Jiazheng. El método se ha aplicado y mejorado a lo largo de los años. Por ejemplo, Dai et al.6 utilizaron el método Pan Jiazheng para calcular la velocidad de deslizamiento del deslizamiento de tierra de Xiaduling en el área del embalse de las Tres Gargantas. Huang et al.7 mejoraron el método Pan Jiazheng considerando la resistencia del agua y el cambio en el coeficiente de fricción. Miao et al.8 propusieron un modelo de bloque deslizante basado en el método de franja vertical 2D para predecir la altura máxima de oleaje.

Aunque el método Pan Jiazheng ha realizado algunas mejoras, todavía se encuentra en la etapa 2D y los resultados del cálculo serán diferentes si se selecciona la sección 2D. Sin embargo, el estado real del deslizamiento de tierra es tridimensional (3D) y el método de análisis 2D no puede simular el estado real del deslizamiento de tierra de una manera razonable. Hu18 propuso que el valor obtenido mediante el análisis de estado 2D es aproximadamente el 70% del valor del estado 3D. El método Pan Jiazheng basado en el modelo 2D no ha podido obtener valores de resultados de alta precisión, por lo que el estudio del método Pan Jiazheng basado en el análisis de estado 3D es de gran importancia para mejorar la precisión de sus cálculos.

Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) se utilizan ampliamente en ingeniería geotécnica19,20,21. GIS presenta sólidas capacidades de análisis espacial. Puede llevar a cabo una gestión y almacenamiento unificados de datos espaciales, con funciones como posicionamiento espacial, gestión de bases de datos espaciales, establecimiento de modelos de elevación digitales, etc. Y puede proporcionar a los usuarios análisis espacial multifactorial, predicción y pronóstico, optimización de simulación y otros métodos de análisis de datos espaciales. Su característica más importante es que puede transformar datos vectoriales en un conjunto de datos ráster según el modelo de unidad de columna de la cuadrícula. Debido a su buena capacidad de procesamiento de datos espaciales 3D, muchos académicos han agregado modelos profesionales geotécnicos a sus sistemas de información geográfica22,23. El equipo de Xie24,25,26 construyó un método de equilibrio límite 3D en el SIG y desarrolló el módulo de análisis de estabilidad de taludes. Este artículo, basado en el estudio anterior, establecerá un conjunto de métodos de cálculo de la altura de oleaje de deslizamientos de tierra en 3D basados ​​en el SIG.

Coincidiendo con la capacidad de procesamiento de datos espaciales del SIG, este artículo extiende el método de Pan Jiazheng de 2 a 3D y propone un método de cálculo de altura de oleada de deslizamientos de tierra en 3D basado en el SIG. En primer lugar, considerando la relación espacial 3D de las unidades de columnas de la cuadrícula, se proporciona la expresión de cálculo de los parámetros requeridos. Mediante el análisis de fuerza de la unidad de columna de rejilla, combinado con la ley de movimiento de Newton y considerando la acción del agua, se establece la ecuación dinámica basada en la unidad de columna de rejilla y se resuelve la velocidad de deslizamiento del cuerpo deslizante durante el proceso de deslizamiento. y luego se calcula la altura de la oleada. Al mismo tiempo, se desarrolla un módulo de expansión para calcular la altura de la oleada basado en la tecnología del Modelo de objetos componentes (COM) en el entorno ArcGIS, y el cálculo se lleva a cabo a través del caso del deslizamiento de tierra Kaiding de la central hidroeléctrica Houziyan, y se compara con el Resultados del método 2D Pan Jiazheng, que verificó la aplicabilidad del módulo.

Después de esta introducción, la segunda sección presenta el método de cálculo de la altura de la oleada de deslizamientos de tierra 3D basado en SIG, proporciona la fórmula de cálculo de la altura de la oleada específica y presenta el desarrollo secundario del módulo de extensión. La tercera sección verifica la exactitud y aplicabilidad del módulo de extensión mediante el cálculo de casos. Finalmente, la cuarta sección llega a la discusión y resumen.

Para una pendiente, la representación de los datos se realiza principalmente en forma de vectores. Estos datos incluyen, entre otros, superficie de deslizamiento, estratos, aguas subterráneas, fallas, deslizamiento y otros tipos de datos. Estas capas de datos vectoriales se pueden convertir en capas de datos ráster utilizando las capacidades de análisis espacial de SIG para formar un conjunto de datos de cuadrícula. La estructura de datos de la cuadrícula consta de unidades rectangulares. Cada unidad rectangular tiene un número de fila y columna correspondiente y se le asigna un valor de atributo que representa la unidad de la cuadrícula 27,28,29,30,31. Por lo tanto, la pendiente se puede dividir en columnas cuadradas según las unidades de la cuadrícula para formar un modelo de unidad de columnas de la cuadrícula, como se muestra en la Fig. 1.

Modelo espacial 3D de deslizamiento de tierra ((a) diagrama esquemático 3D de deslizamiento de tierra, (b) diagrama esquemático 3D de una columna).

La Figura 2 muestra la relación espacial entre parámetros. θ es el buzamiento de la columna de la rejilla en la superficie de deslizamiento; α es la dirección de inmersión de la columna de la rejilla en la superficie de deslizamiento; β es la dirección de deslizamiento del deslizamiento de tierra; θr es el buzamiento aparente de la dirección de inclinación principal del deslizamiento; αx es la caída aparente del eje X; y αy es la caída aparente del eje Y. De estos seis parámetros, α, θ y β son conocidos y se calculan en un artículo publicado por mí mismo25. Otros tres parámetros αx, αy y θr se pueden calcular de acuerdo con la relación espacial en la Fig. 2b, que se calculan de la siguiente manera.

La relación espacial entre parámetros. (a) Es el diagrama de relación espacial de cada parámetro en la columna de la cuadrícula; (b) es el diagrama de relación de cálculo entre parámetros.

El área inferior de una columna de la cuadrícula se calcula mediante

donde el tamaño de celda representa la longitud del lado de cada columna de la cuadrícula.

El peso W de la columna de la cuadrícula se expresa como

donde m es el número de estratos, hm es la altura de cada estrato y rm es el peso unitario de cada estrato. Para las unidades de columnas de rejilla sobre el agua, rm se calcula a partir del peso unitario natural. Para unidades de columnas de rejilla bajo el agua, rm se calcula a partir del peso unitario flotante.

La presión del agua de poro se obtiene de la siguiente manera32.

donde R es la distancia desde el centro inferior de la columna de la cuadrícula hasta la superficie del agua.

Cuando el cuerpo deslizante entra al agua, la resistencia del agua se calcula de la siguiente manera32.

donde G es la fuerza resultante de la resistencia del agua al cuerpo deslizante (mN); cw es el coeficiente de resistencia viscosa, que es de 0,15 a 0,18; ρf es la densidad de flotación (g/m3), tomando el promedio de todos los estratos; v es la velocidad del deslizamiento de tierra (m/s); y S es el área de superficie de la columna de la rejilla en el agua (m2).

Como se muestra en la Fig. 3, es el análisis de fuerza de una columna de la cuadrícula. En el cuerpo deslizante 3D, se selecciona una columna de cuadrícula aleatoria ABCDA1B1C1D1 y el análisis de fuerza se explica a continuación26.

El peso de una columna de la cuadrícula es W; la dirección es el eje Z; y el peso actúa en el centroide de la columna de la cuadrícula.

La fuerza sísmica horizontal resultante es kW, donde k es el “coeficiente sísmico”; la dirección de kW es la dirección de deslizamiento del deslizamiento de tierra; y la fuerza horizontal resultante actúa en el centroide de la columna de la cuadrícula.

Las cargas externas sobre la superficie del terreno están representadas por P; la dirección de P es el eje Z, y estas cargas externas actúan en el centro de la parte superior de la columna de la rejilla. Las cargas externas representan cargas causadas por objetos en la superficie del deslizamiento de tierra, como edificios, árboles, etc.

Las tensiones normal y cortante sobre la superficie de deslizamiento están representadas por σ y τ, respectivamente. El esfuerzo normal es perpendicular a la superficie de deslizamiento y el esfuerzo cortante está en la dirección de deslizamiento del deslizamiento. Los esfuerzos normal y cortante actúan en el centro de la parte inferior de la columna de la rejilla.

La presión del agua de poro sobre la superficie de deslizamiento es u. La dirección de u se dirige como σ.

Las fuerzas tangenciales horizontales sobre la cara vertical en y = 0 y la cara vertical en y = △y (△y representa el tamaño de la columna de la cuadrícula a lo largo de los ejes Y) son T y T + △T, respectivamente; las fuerzas tangenciales verticales sobre la cara vertical en y = 0 y la cara vertical en y = △y son R y R + △R, respectivamente; las fuerzas normales sobre la cara vertical en y = 0 y la cara vertical en y = △y son F y F + △F, respectivamente; las fuerzas tangenciales horizontales sobre la cara vertical en x = 0 y la cara vertical en x = △x son E y E + △E, respectivamente; las fuerzas tangenciales verticales sobre la cara vertical en x = 0 y la cara vertical en x = △x son V y V + △V, respectivamente; y las fuerzas normales sobre la cara vertical en x = 0 y la cara vertical en x = △x son H y H + △H, respectivamente. Por conveniencia, la fuerza resultante entre columnas en la dirección de deslizamiento del deslizamiento se define como ΔD.

Análisis de fuerza de una columna de la cuadrícula.

Suponemos que todas las unidades de columnas de la cuadrícula se mueven continuamente, no se separan en la dimensión macroscópica y permanecen verticales después del deslizamiento, como también supone Pan Jiazheng5. El análisis de fuerza de una columna de la rejilla y las relaciones espaciales entre los parámetros en la superficie de deslizamiento se muestran en las Figs. 2 y 3, respectivamente.

Seleccionamos arbitrariamente una unidad de columna de la cuadrícula (la unidad de columna de la cuadrícula en la fila i y la columna j). Según las leyes del movimiento de Newton, las ecuaciones de equilibrio dinámico se establecen en la dirección de deslizamiento del deslizamiento de tierra y en la dirección vertical. Los análisis de fuerza en la dirección de deslizamiento del deslizamiento de tierra y en la dirección vertical se muestran en la Fig. 4.

donde ax y a son la aceleración horizontal y la aceleración vertical de la columna de la cuadrícula, respectivamente; φ es el ángulo de fricción efectivo de la columna de la rejilla en la superficie de deslizamiento; g es la aceleración gravitacional; c es la cohesión efectiva de la columna de la rejilla en la superficie de deslizamiento.

Análisis de fuerzas en la dirección vertical y dirección de deslizamiento del deslizamiento.

Según esta suposición, la aceleración horizontal ax de cada unidad de columna de la cuadrícula es la misma y la aceleración vertical a de cada unidad de columna de la cuadrícula varía. Pan Jiazheng5 sugirió que existe una cierta relación proporcional entre ax y a, es decir, aax = tanδ. δ es el ángulo de inclinación horizontal de la línea que conecta la parte inferior central de la columna de la cuadrícula con la parte inferior central de la siguiente columna de la cuadrícula en la dirección de deslizamiento del deslizamiento de tierra. Se ignora el efecto de las fuerzas tangenciales verticales, es decir, ΔV-ΔR = 0; por lo tanto, la ecuación. (8) se puede transformar de la siguiente manera.

Las ecuaciones simultáneas. (9) y (10) se pueden obtener de la siguiente manera.

Para todo el cuerpo deslizante, las fuerzas entre las columnas de la rejilla son fuerzas internas, es decir, la fuerza resultante es 0, lo que produce la ecuación. (12).

Sumando todas las unidades de las columnas de la cuadrícula, el eje de aceleración horizontal se puede determinar mediante la ecuación. (7).

Sustituyendo las ecuaciones. (9) y (11) en la ecuación. (13) produce la siguiente ecuación.

dónde

Los pasos para calcular la velocidad de deslizamiento del deslizamiento de tierra son los siguientes.

Utilizando la capacidad de análisis espacial del SIG, el cuerpo del deslizamiento de tierra se rasteriza y el tamaño de la unidad de columna de la cuadrícula (i, j) se puede establecer en un cuadrado arbitrario. Se traza una línea de partición desde la parte inferior hasta la parte superior del deslizamiento de tierra cada ΔL en la dirección de deslizamiento del deslizamiento de tierra, y las regiones resultantes se numeran zona 1, zona 2, zona 3,…, zona (n-1), zona n. . Cada partición incluye números de unidades de columnas de la cuadrícula, y la longitud de la zona n es menor o igual a ΔL, como se muestra en la Fig. 5. Para una unidad de columnas de la cuadrícula que no está completamente contenida dentro de una partición, si el área dentro de la partición es mayor a la mitad del área total, la unidad se divide en esa partición; de lo contrario, la unidad se divide en la siguiente partición.

Para cada unidad de columna de la cuadrícula, los parámetros requeridos en la ecuación. (14) se calculan.

t0 es el punto inicial en el que el cuerpo del deslizamiento comienza a deslizarse, y t0 = 0. Cuando el cuerpo del deslizamiento se mueve la distancia ΔL secuencialmente en la dirección de deslizamiento del deslizamiento, el tiempo correspondiente se registra como t1, t2, t3…tn, y la velocidad correspondiente se expresa como vx1, vx2, vx3…vxn.

La aceleración horizontal en t0 se puede calcular mediante la ecuación. (14) y se denota como ax0, y la velocidad en el tiempo t0 es cero. Una vez alcanzada la distancia de deslizamiento ΔL, se pueden obtener las siguientes ecuaciones.

En t = t1, el cuerpo del deslizamiento se ha movido horizontalmente una distancia ΔL en la dirección de deslizamiento del deslizamiento, la zona 1 se ha deslizado desde la superficie de deslizamiento. La aceleración horizontal ax1 en t1 todavía se calcula mediante la ecuación. (14). A diferencia de t0, el peso de la zona (n-1) cambia al peso de la zona n, y el peso de la zona (n-2) se convierte en el peso de la zona (n-1), y así sucesivamente (En este momento, hay no hay ninguna columna de cuadrícula para la zona n). Una vez calculado ax1, se puede establecer lo siguiente.

El cálculo continúa por turnos. Cuando la aceleración horizontal obtenida es negativa, se puede obtener la velocidad máxima. Finalmente, ax y vx en el proceso de cálculo se pueden trazar como curvas respectivas versus el tiempo de deslizamiento.

Rasterización y partición de deslizamientos.

El Instituto Chino de Investigación sobre Recursos Hídricos y Energía Hidroeléctrica propuso una fórmula empírica para el cálculo de la altura del oleaje33. En la fórmula, los principales factores que afectan la altura de la oleada son la velocidad de deslizamiento y el volumen del deslizamiento de tierra. La fórmula para calcular la altura máxima de oleaje es la siguiente.

donde ξmax es la altura máxima de oleaje (m); d es el coeficiente de influencia integral, con un valor promedio de 0,12; vm es la velocidad máxima de deslizamiento (m/s); V es el volumen del cuerpo del deslizamiento en el agua (m3); y g es la aceleración gravitacional, que equivale a 9,8 m/s2.

La fórmula para calcular la altura del oleaje a diferentes distancias del cuerpo del deslizamiento es la siguiente.

donde ξ es la altura de la oleada en un punto desde el cuerpo del deslizamiento L metros (m); n es el coeficiente de cálculo, que es 1,4; y d1 es el coeficiente de influencia relacionado con la distancia L, que está determinado por la siguiente fórmula.

Combinado con el método de cálculo de la altura de la oleada, se desarrolló un módulo de expansión basado en la tecnología del modelo de objetos componentes (COM) en el entorno ArcGIS25,26.

Primero, rasterice los datos relacionados con la pendiente en el software ArcGIS para formar un conjunto de datos ráster (incluida la información de elevación, estratos, agua subterránea, falla, superficie de deslizamiento, etc.) y calcule los parámetros requeridos utilizando el módulo de extensión. Luego, divida el cuerpo deslizante en unidades y calcule la velocidad de deslizamiento en cada momento paso a paso con el módulo de extensión. Y el cálculo se detiene cuando la aceleración es menor que 0. Finalmente, obtenga la velocidad máxima de deslizamiento y calcule la altura máxima de oleaje. La Fig. 6 ilustra los pasos algorítmicos.

Los pasos algorítmicos.

El deslizamiento de tierra de Kaiding se produjo aproximadamente a 14,5 km de la presa de la central hidroeléctrica de Houziyan en Sichuan, China. La longitud del deslizamiento de tierra a lo largo del río es de aproximadamente 490 m, la elevación superior es de 2080 m, la elevación inferior es de 1754 m y el volumen es de aproximadamente 4,5 millones de m3. Las vistas en planta y en sección se muestran en las Figs. 7 y 8, respectivamente. La escala en la Fig. 7 es 1:50.000 y la dirección del río es de norte a sur.

Vista en planta del deslizamiento de tierra de Kaiding.

Vista en sección del deslizamiento de tierra de Kaiding.

El tamaño unitario de una columna de rejilla es 5 m × 5 m y ΔL = 10 m. El ángulo de fricción interna φ en la superficie de deslizamiento es 22,8°, el peso unitario natural es 18,84 kN/m3, el peso unitario flotante es 19,43 kN/m3, la densidad flotante es 2,11 × 106 g/m3, el coeficiente de resistencia viscosa es 0,18 , y la elevación del nivel del agua del embalse es de 1810,3 m. Cuando el cuerpo del deslizamiento se desliza, la cohesión efectiva c en la superficie de deslizamiento disminuirá a 0, es decir, c = 05. Usando este método y el método 2D de Pan Jiazheng, se pueden obtener las curvas de aceleración y velocidad con el tiempo de deslizamiento, como se muestra en la Fig. 9a, b, respectivamente. Los resultados del cálculo se muestran en la Tabla 1.

(a) Curva de aceleración horizontal con el tiempo de deslizamiento. (b) Curva de velocidad de deslizamiento con el tiempo de deslizamiento.

Los resultados del cálculo indican que la velocidad máxima obtenida por el método propuesto es 11,21 m/s, la aceleración inicial es 1,25 m/s2 y el tiempo de deslizamiento requerido para alcanzar la velocidad máxima es 8,67 s. En comparación, la velocidad máxima obtenida por el método Pan Jiazheng es 9,51 m/s, la aceleración inicial es 0,84 m/s2 y el tiempo de deslizamiento necesario para alcanzar la velocidad máxima es 9,73 s.

Comparando los resultados del método propuesto con los del método Pan Jiazheng, la velocidad máxima del método propuesto es un 15,2% mayor que la calculada por el método Pan Jiazheng, la aceleración inicial es un 32,8% mayor y el tiempo de deslizamiento requerido para alcanzar la velocidad máxima es de 1,06 s menos.

Según las condiciones de trabajo más peligrosas, se supone que todo el cuerpo del deslizamiento de tierra se desliza hacia el agua. El volumen V del cuerpo del deslizamiento bajo el agua es 340 × 104 m3. Según las Ecs. (25) y (26), la altura máxima de oleaje obtenida mediante el método propuesto es de 9,66 m, y la altura de oleaje en el sitio de la presa es de 0,56 m. La altura máxima de oleaje obtenida por el método Pan Jiazheng es de 7,28 m y la altura de oleaje en el sitio de la presa es de 0,44 m. Los resultados del cálculo se muestran en la Tabla 2.

El deslizamiento de tierra se encuentra aproximadamente a 14,5 km de la presa, la elevación de la cresta es de 1847,02 m y la elevación del nivel de agua del embalse se mantiene en 1810,3 m. Cuando la altura de oleaje en el sitio de la presa es de 0,56 m, el agua no fluirá sobre la cresta de la presa y la operación segura de la presa no se verá afectada.

La altura máxima de oleaje obtenida con el método propuesto es un 24,6 % mayor que la que se basa en el método Pan Jiazheng, y la altura de oleaje en el sitio de la presa obtenida mediante el método propuesto es un 21,4 % mayor que la que se basa en el método Pan Jiazheng.

Los resultados del cálculo muestran que la diferencia entre los resultados del método 2D y el método 3D es del 24,6%. Hu13 propuso que el valor obtenido mediante el análisis de estado 2D es aproximadamente el 70% del valor del estado 3D. El resultado es consistente con la predicción de Hu. En comparación con el método 2D, el modelo computacional del método 3D representa mejor el estado espacial real del deslizamiento de tierra. Por lo tanto, el método de este artículo es más aplicable que el método de Pan Jiazheng en la evaluación de riesgos real.

Este artículo propone un método de cálculo de la altura de oleada de deslizamientos de tierra en 3D y divide el deslizamiento de tierra en varias unidades de columnas de cuadrícula. El método supone que todas las unidades de columnas de la cuadrícula se mueven continuamente y no se separan en la dimensión macroscópica, permaneciendo verticales después del deslizamiento. Es decir, supongamos que las unidades de columna son materiales rígidos. Pero en el proceso de deslizamiento real, las unidades de columna no pueden mantenerse verticales regularmente, especialmente en el deslizamiento de tierra, mientras que para el deslizamiento de roca, sus unidades de columna pueden mantener una mejor integridad durante el proceso de deslizamiento, por lo que el método en este documento tendrá relativamente Buena aplicabilidad para el deslizamiento de rocas.

Combinado con la capacidad de procesamiento de datos espaciales del SIG, el método Pan Jiazheng se amplía de 2 a 3D, y se propone por primera vez un método de cálculo de la altura de las oleadas de deslizamientos de tierra en 3D. Combinada con la ley del movimiento de Newton, se deriva la ecuación de equilibrio dinámico para calcular la velocidad de deslizamiento de un cuerpo deslizante 3D y luego se calcula la altura de oleada.

Esta es la primera vez que se combina el modelo de cálculo de la altura del oleaje con SIG. Al mismo tiempo, se desarrolla un módulo de extensión basado en el software ArcGIS y se verifica la viabilidad del módulo mediante un estudio de caso. El módulo tiene las ventajas de un formato de datos unificado y un proceso de preparación simple.

Debido a que el método Pan Jiazheng es un método de cálculo centrado en secciones 2D, los resultados del cálculo serán diferentes si se seleccionan secciones diferentes. Después de realizar el deslizamiento de tierra 3D en rasterización, en este documento se establece el modelo de cálculo 3D basado en la unidad de columna de la cuadrícula, lo que supera los defectos anteriores y hace que el modelo de cálculo se acerque a la situación real, por lo que el método en este documento es más aplicable que el método Pan Jiazheng en la evaluación de riesgos real.

A medida que la aplicación de SIG en ingeniería geotécnica se vuelve cada vez más extensa, el método de cálculo de la altura de oleaje establecido en SIG en este documento proporcionará una base teórica para que los académicos agreguen módulos de cálculo de altura de oleaje en sus respectivos sistemas de información geográfica.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Me gustaría expresar mi más sincero agradecimiento al Prof. Xiaowen Zhou, Lei Bu, Chengfeng Wang y Asim Farooq por su motivación y por brindarme acceso a su inmenso conocimiento durante este trabajo de investigación. Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China [Números de subvención 51508203].

Escuela de Ingeniería Civil y Transporte, Universidad Tecnológica del Sur de China, Guangzhou, 510640, China

Guo Yu y Chengfeng Wang

Laboratorio Estatal Clave de Ciencias de la Construcción Subtropical, Universidad Tecnológica del Sur de China, Guangzhou, 510640, China

Xiaowen Zhou

Grupo de Ingeniería y Tecnología del Carbón de China, Nanjing Design & Research Institute Co., Ltd, Nanjing, 210031, China

Lei Bu

Centro de Excelencia en Ingeniería de Transporte, Pak Austria Instituto Facshhoule de Ciencias Aplicadas y Tecnología, Khanpur Road, Haripur, Pakistán

Asim Farooq

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GY fue responsable de la implementación del algoritmo y el trabajo de programación. XZ fue responsable de las ideas del artículo. LB y CW fueron responsables de ayudar con el trabajo de programación. AF fue responsable de ayudar con el trabajo de programación.

Correspondencia a Xiaowen Zhou.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Yu, G., Zhou, X., Bu, L. et al. Método de cálculo basado en SIG de la altura del oleaje generado por un deslizamiento de tierra tridimensional. Representante científico 13, 7684 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-34798-1

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Recibido: 02 de diciembre de 2022

Aceptado: 08 de mayo de 2023

Publicado: 11 de mayo de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-34798-1

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