泥石流承灾体群体效应特征反演——以7·12四川平武县黑水沟泥石流为例

群体建筑结构的分布格局、结构形式等因素影响泥石流冲击过程和致灾表现。泥石流冲击存在绕流现象、放大作用和遮蔽效应,泥石流与建筑群之间存在复杂的流固耦合模态,但针对这类泥石流承灾体群体效应的过程与机制仍不清晰。本研究通过野外调查、物理实验和数值模拟等方法,调查泥石流承灾体群体效应特征,反演泥石流冲击流场分布和建筑损伤过程,提出了一套建筑群对泥石流的承灾动力响应特征分析方法。研究结果表明:(1)泥石流流场存在放大作用。面对泥石流冲击,建筑群的破坏导致沟道区域流速增加20%,建筑群区域流速增加46%。(2)泥石流流场存在绕流现象。建筑群阻碍泥石流直进输运,导致建筑拐角之间存在局部压力高度集中现象。(3)在建筑群中存在明显的遮蔽效应。失去建筑的上游遮蔽保护可使下游建筑受到的泥石流冲击强度增加120%。(4)泥石流致灾过程中,建筑群周边与内部的泥石流冲击特征差异明显。在建筑群外围,受前排建筑破坏的影响,泥石流流线后排建筑受泥石流冲击时刻提前10 s,泥石流冲击强度增加速率达2.1倍;(5)泥石流对建筑群内建筑冲击强度分为冲击力急剧增加—缓慢增加—逐渐稳定三个阶段,对应泥石流流深增高、缓慢淤积过程。研究结果可以为泥石流易发区村落城镇的建筑规划布局和防灾减灾措施提供科学参考。