Механико-математическое моделирование сейсмических сдвиговых колебаний ледникового массива

Резюме

Актуальность работы. В статье впервые в мире разработаны теоретические положения сдвиговых сейсмических колебаний ледникового массива. Актуальность представленных научных разработок в приложении к инженерной сейсмологии и гляциологии обусловлено тем, что в недавнее время в различных регионах нашей планеты имели место внезапные срывы с гор грандиозных масс льда, что приводило к образованию мощных гляциальных селевых потоков. Эти потоки уничтожали населенные пункты и народохозяйственные объекты с многочисленными жертвами. Все мы помним катастрофический сход ледника Колка в Геналдонском ущелье в 2002 г., унесшего 125 человеческих жизней. Причиной срыва ледяных масс со своих подстилающих поверхностей примерзаний является динамическое воздействие, в качестве которого мы рассматриваем землетрясение. Цель исследования. На основе современных научных методов механики сплошных сред проведение механико-математического компьютерного моделирования колебательного процесса в ледниковом массиве, когда колебание спровоцировано гармонической сейсмической волной, упавшей на подстилающую поверхность примерзания массива. В рамках выполненного моделирования содержится постановка и решение соответствующей начально-краевой задачи. Начальными данными являются как физико-механические характеристики льда, его плотность, модуль сдвига, коэффициент внутреннего (вязкого) сопротивления, так и геометрические размеры и непризматическая конфигурация массива. Искомыми величинами в поставленной начально-краевой задаче являются перемещения и напряжения, как в самом теле массива, так и на подстилающей поверхности примерзания. Методы исследования. Составленная модель представляет собой начально-краевую задачу математической физики для дифференциального уравнения гиперболического типа, в котором один коэффициент является комплексной величиной, названной комплексным модулем сдвига согласно с гипотезой Е. С. Сорокина, а другой коэффициент является переменной величиной, зависящей от пространственной координаты. Эти два особых фактора создают трудности в аналитическом способе решения начально-краевых задач. В представленной работе найден путь решения поставленной задачи в частном случае – при экспоненциальной зависимости переменного коэффициента от пространственной координаты. Результаты работы. Получена совокупность расчётных формул для вычисления напряжений и деформаций в ледниковом массиве. Доказано утверждение о том, что низкобалльная сейсмическая околорезонансная волна может отколоть ледниковый массив от подстилающей поверхности примерзания, что приведет к образованию гляциального селевого потока.