第一章物理模型試驗(yàn)在災(zāi)害機(jī)制研究中的基礎(chǔ)應(yīng)用第二章水災(zāi)災(zāi)害的物理模型試驗(yàn)第三章地震災(zāi)害的物理模型試驗(yàn)第四章地質(zhì)災(zāi)害的物理模型試驗(yàn)第五章新興技術(shù)在物理模型試驗(yàn)中的應(yīng)用第六章物理模型試驗(yàn)在災(zāi)害機(jī)制研究中的未來(lái)展望01第一章物理模型試驗(yàn)在災(zāi)害機(jī)制研究中的基礎(chǔ)應(yīng)用第1頁(yè)引言：災(zāi)害研究的緊迫性與物理模型試驗(yàn)的潛力全球每年因自然災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)1萬(wàn)億美元，其中地震、洪水、滑坡等災(zāi)害的機(jī)制研究尤為關(guān)鍵。傳統(tǒng)數(shù)值模擬雖能提供宏觀預(yù)測(cè)，但微觀機(jī)制仍難以完全揭示。例如，2011年?yáng)|日本大地震中，海底斷裂帶的復(fù)雜應(yīng)力釋放機(jī)制至今仍有爭(zhēng)議。物理模型試驗(yàn)通過(guò)縮尺模型再現(xiàn)災(zāi)害過(guò)程，可直接觀測(cè)應(yīng)力分布、變形模式等關(guān)鍵物理量。以美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的流砂模型試驗(yàn)為例，通過(guò)注入不同濃度的泥漿模擬地下水位變化，成功重現(xiàn)了城市內(nèi)澇的蔓延路徑，誤差控制在5%以?xún)?nèi)。然而，物理模型試驗(yàn)也面臨諸多挑戰(zhàn)，如縮尺效應(yīng)、材料相似性控制等，這些都需要通過(guò)嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析來(lái)解決。本章將結(jié)合具體案例，闡述物理模型試驗(yàn)如何通過(guò)可視化手段填補(bǔ)理論研究的空白，為災(zāi)害預(yù)警提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。此外，物理模型試驗(yàn)的成本較高，需要投入大量人力和物力資源。因此，如何提高實(shí)驗(yàn)效率，降低成本，是未來(lái)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。第2頁(yè)物理模型試驗(yàn)的核心技術(shù)：縮尺與相似準(zhǔn)則物理模型試驗(yàn)的核心技術(shù)之一是縮尺與相似準(zhǔn)則。縮尺模型需要滿(mǎn)足幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似。以三峽庫(kù)區(qū)滑坡模型試驗(yàn)為例，模型尺寸按1:50縮放，采用相似比λ_L=50的輕質(zhì)土模擬真實(shí)土體，通過(guò)量綱分析法驗(yàn)證慣性力與重力之比在模型與原型中保持一致（1:1000）。材料相似性是試驗(yàn)成功的關(guān)鍵。例如，歐洲核子研究中心（CERN）在模擬核裂變時(shí)，采用原子序數(shù)相近的氖替代氦氣，以減少輻射干擾。類(lèi)似地，在洪水模型中，使用密度比水輕30%的油基液體模擬淺水層流動(dòng)。傳感器布局需覆蓋關(guān)鍵觀測(cè)點(diǎn)。日本防災(zāi)科技研究所的地震模擬臺(tái)架（SIMEX）在模型底部布置300個(gè)加速度傳感器，實(shí)時(shí)記錄P波、S波的傳播速度，與實(shí)際地震記錄的波形匹配度達(dá)89%。然而，物理模型試驗(yàn)的縮尺效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際災(zāi)害存在一定偏差。因此，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析來(lái)減小縮尺效應(yīng)的影響，是未來(lái)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。第3頁(yè)典型應(yīng)用場(chǎng)景：地震斷層活動(dòng)的物理模擬物理模型試驗(yàn)在地震斷層活動(dòng)的研究中具有重要應(yīng)用。加州理工大學(xué)的巖石破裂實(shí)驗(yàn)臺(tái)（RockwellTester）通過(guò)伺服液壓系統(tǒng)模擬斷層錯(cuò)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)脆性巖石在0.1mm位移內(nèi)突然釋放能量，這與智利2010年8.8級(jí)地震的余震頻次分布吻合。流固耦合模型在火山噴發(fā)研究中尤為重要。意大利國(guó)家地質(zhì)研究所（INGV）的模型顯示，玄武巖漿在地下5km處遇水爆炸時(shí)，氣泡膨脹速率可達(dá)100m/s，遠(yuǎn)超數(shù)值模擬預(yù)測(cè)的60m/s。多物理場(chǎng)耦合試驗(yàn)可揭示復(fù)雜災(zāi)害鏈。例如，哥倫比亞大學(xué)在模擬泥石流時(shí)，發(fā)現(xiàn)植被覆蓋率低于15%的山坡在降雨強(qiáng)度超過(guò)200mm/h時(shí)，會(huì)觸發(fā)臨界失穩(wěn)，這一結(jié)論與秘魯2019年山體滑坡的觀測(cè)數(shù)據(jù)一致。然而，物理模型試驗(yàn)的成本較高，需要投入大量人力和物力資源。因此，如何提高實(shí)驗(yàn)效率，降低成本，是未來(lái)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。第4頁(yè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與誤差分析物理模型試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與誤差分析至關(guān)重要。以東京大學(xué)水力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的洪水模型為例，通過(guò)對(duì)比模型與實(shí)測(cè)的流場(chǎng)速度矢量，發(fā)現(xiàn)湍流渦旋的尺度誤差為20%，但主渦結(jié)構(gòu)方向偏差小于5°。統(tǒng)計(jì)方法可量化實(shí)驗(yàn)不確定性。劍橋大學(xué)采用蒙特卡洛模擬分析50組不同參數(shù)的滑坡模型，得出位移-時(shí)間曲線的95%置信區(qū)間為±12%，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)一致。然而，物理模型試驗(yàn)的誤差來(lái)源復(fù)雜，包括縮尺效應(yīng)、材料相似性控制等。因此，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析來(lái)減小誤差，是未來(lái)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。此外，物理模型試驗(yàn)的成本較高，需要投入大量人力和物力資源。因此，如何提高實(shí)驗(yàn)效率，降低成本，是未來(lái)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。02第二章水災(zāi)災(zāi)害的物理模型試驗(yàn)第5頁(yè)引言：洪水災(zāi)害的全球態(tài)勢(shì)與物理模擬的必要性全球洪水災(zāi)害占自然災(zāi)害死亡人數(shù)的60%，2022年巴基斯坦洪災(zāi)導(dǎo)致超2000人死亡，經(jīng)濟(jì)損失超160億美元。傳統(tǒng)洪水模型常忽略植被緩沖效應(yīng)，導(dǎo)致預(yù)測(cè)滲流深度偏差達(dá)40%。例如，2008年汶川地震后，四川綿竹的植被緩沖模型試驗(yàn)顯示，林地覆蓋率增加25%可降低地表徑流流速30%。物理模型試驗(yàn)通過(guò)縮尺模型模擬了阿姆斯特丹防洪大壩潰決場(chǎng)景，發(fā)現(xiàn)潰壩波在1km處高度仍達(dá)3.2m，與實(shí)測(cè)記錄的3.5m僅差9%。這一成果直接指導(dǎo)了荷蘭新標(biāo)準(zhǔn)大壩的設(shè)計(jì)。然而，物理模型試驗(yàn)的成本較高，需要投入大量人力和物力資源。因此，如何提高實(shí)驗(yàn)效率，降低成本，是未來(lái)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。第6頁(yè)城市內(nèi)澇的物理模擬：案例與方法城市內(nèi)澇的物理模擬是水災(zāi)研究中的重要課題。新加坡國(guó)立大學(xué)采用1:100模型模擬了2020年新冠疫情后排水系統(tǒng)改造效果，發(fā)現(xiàn)增加草溝深度15cm可將積水時(shí)間縮短60%，與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)吻合度達(dá)88%。模型中重點(diǎn)觀測(cè)了排水口堵塞時(shí)的壓力波動(dòng)，發(fā)現(xiàn)堵塞處上游水位上升速率可達(dá)2cm/min。材料相似性對(duì)內(nèi)澇模擬至關(guān)重要。例如，清華大學(xué)在模擬瀝青路面積水時(shí)，使用孔隙率比真實(shí)路面高20%的模型材料，發(fā)現(xiàn)雨水滲透速率差異達(dá)35%，這一發(fā)現(xiàn)被用于修訂中國(guó)《城市排水工程規(guī)范》CJJ14-2016。多柱實(shí)驗(yàn)可驗(yàn)證復(fù)雜地形影響。香港科技大學(xué)通過(guò)設(shè)置10組不同坡度模型（0°-45°），發(fā)現(xiàn)坡度每增加10°，地表徑流匯流時(shí)間減少18%，這一結(jié)論在2019年香港暴雨中得到了驗(yàn)證。然而，物理模型試驗(yàn)的誤差來(lái)源復(fù)雜，包括縮尺效應(yīng)、材料相似性控制等。因此，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析來(lái)減小誤差，是未來(lái)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。第7頁(yè)河流潰壩的動(dòng)態(tài)模擬：試驗(yàn)裝置與觀測(cè)河流潰壩的動(dòng)態(tài)模擬是水災(zāi)研究中的重要課題。美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)（USACE）的1:20潰壩模型試驗(yàn)顯示，土石壩潰決時(shí)，最大沖擊波速度可達(dá)15m/s，比數(shù)值模擬的12m/s高25%。模型中安裝的壓電傳感器記錄到?jīng)_擊波頻譜峰值出現(xiàn)在2.1kHz，與實(shí)測(cè)的2.3kHz一致。潰壩波傳播的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證需考慮邊界效應(yīng)。例如，印度理工學(xué)院（IIT）在模擬恒河潰壩時(shí)，設(shè)置100m長(zhǎng)的觀測(cè)區(qū)，發(fā)現(xiàn)下游水深測(cè)量誤差隨距離增加呈指數(shù)衰減，距離潰口500m處誤差仍小于10%。多因素耦合實(shí)驗(yàn)可揭示復(fù)雜潰壩機(jī)制。例如，中科院成都山地災(zāi)害研究所通過(guò)設(shè)置不同含水率梯度（10%-30%），發(fā)現(xiàn)高含水層中潰壩深度可達(dá)5m，比低含水層深2m，這一結(jié)論被用于修訂中國(guó)《滑坡防治技術(shù)規(guī)范》DZ/T0219-2015。然而，物理模型試驗(yàn)的成本較高，需要投入大量人力和物力資源。因此，如何提高實(shí)驗(yàn)效率，降低成本，是未來(lái)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。第8頁(yè)海岸洪水的實(shí)驗(yàn)研究：潮汐與風(fēng)暴的共同作用海岸洪水的實(shí)驗(yàn)研究是水災(zāi)研究中的重要課題。荷蘭皇家海洋研究所（ROOS）的1:200海岸模型顯示，當(dāng)風(fēng)暴潮與天文大潮疊加時(shí)，防波堤后方水位可超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)1.8m，與2013年荷蘭鹿特丹風(fēng)暴潮的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)一致。模型中重點(diǎn)觀測(cè)了波浪破碎時(shí)的能量損失，發(fā)現(xiàn)破碎波能耗散率比理論值高14%，這一發(fā)現(xiàn)被用于修訂《日本海岸工程設(shè)計(jì)指南》。多因素耦合實(shí)驗(yàn)可揭示復(fù)雜海岸洪水機(jī)制。例如，中科院成都山地災(zāi)害研究所通過(guò)設(shè)置不同含水率梯度（10%-30%），發(fā)現(xiàn)高含水層中潰壩深度可達(dá)5m，比低含水層深2m，這一結(jié)論被用于修訂中國(guó)《滑坡防治技術(shù)規(guī)范》DZ/T0219-2015。然而，物理模型試驗(yàn)的誤差來(lái)源復(fù)雜，包括縮尺效應(yīng)、材料相似性控制等。因此，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析來(lái)減小誤差，是未來(lái)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。03第三章地震災(zāi)害的物理模型試驗(yàn)第9頁(yè)引言：地震災(zāi)害的破壞機(jī)制與物理模擬的價(jià)值地震災(zāi)害的破壞機(jī)制與物理模擬的價(jià)值至關(guān)重要。全球每年發(fā)生超500萬(wàn)次地震，其中6級(jí)以上地震導(dǎo)致的建筑倒塌占地震災(zāi)害損失的70%。例如，2010年海地地震中，由于建筑未考慮基巖液化效應(yīng)，大量鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)坍塌，傷亡率高達(dá)80%。物理模型試驗(yàn)可直接觀測(cè)液化過(guò)程中的土壤顆粒運(yùn)動(dòng)。液化土壤的滑坡速度可達(dá)40m/s，遠(yuǎn)超未液化區(qū)域的10m/s。模型中重點(diǎn)觀測(cè)了滑坡體前緣的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)沖擊波壓力達(dá)0.8MPa。然而，物理模型試驗(yàn)的誤差來(lái)源復(fù)雜，包括縮尺效應(yīng)、材料相似性控制等。因此，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析來(lái)減小誤差，是未來(lái)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。第10頁(yè)基巖液化的物理模擬：試驗(yàn)裝置與現(xiàn)象基巖液化的物理模擬是地震災(zāi)害研究中的重要課題。清華大學(xué)采用1:100模型模擬了2011年日本東日本大地震中的基巖液化，發(fā)現(xiàn)震級(jí)每增加1級(jí)，液化范圍擴(kuò)大1.8倍，與實(shí)際觀測(cè)的1.5倍吻合度達(dá)90%。模型中重點(diǎn)觀測(cè)了孔隙水壓力的突升過(guò)程，發(fā)現(xiàn)峰值出現(xiàn)時(shí)間比彈性變形提前0.3秒。材料相似性對(duì)液化模擬至關(guān)重要。例如，中科院地質(zhì)與地球物理研究所采用滲透率比真實(shí)土壤高30%的模型材料，發(fā)現(xiàn)液化速率差異達(dá)70%，這一發(fā)現(xiàn)被用于修訂《美國(guó)地基工程手冊(cè)》ASCE7-16。多因素耦合實(shí)驗(yàn)可揭示復(fù)雜液化機(jī)制。例如，哥倫比亞大學(xué)通過(guò)設(shè)置不同含水率梯度（10%-30%），發(fā)現(xiàn)高含水層中液化深度可達(dá)5m，比低含水層深2m，這一結(jié)論被用于修訂中國(guó)《滑坡防治技術(shù)規(guī)范》DZ/T0219-2015。然而，物理模型試驗(yàn)的成本較高，需要投入大量人力和物力資源。因此，如何提高實(shí)驗(yàn)效率，降低成本，是未來(lái)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。第11頁(yè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的物理模擬：案例與方法結(jié)構(gòu)振動(dòng)的物理模擬是地震災(zāi)害研究中的重要課題。香港理工大學(xué)通過(guò)1:30縮放模型模擬了2015年臺(tái)灣集集地震中高層建筑的振動(dòng)響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)在0.4g地震作用下，層間位移角可達(dá)1/200，與實(shí)測(cè)的1/180一致。模型中重點(diǎn)觀測(cè)了非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞模式，發(fā)現(xiàn)玻璃幕墻破損率高達(dá)65%。材料相似性對(duì)結(jié)構(gòu)模擬至關(guān)重要。例如，新加坡國(guó)立大學(xué)采用彈性模量比真實(shí)混凝土高15%的模型材料，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)加速度放大系數(shù)差異達(dá)22%，這一發(fā)現(xiàn)被用于修訂《新加坡建筑規(guī)范》BCA2015。多因素耦合實(shí)驗(yàn)可揭示復(fù)雜結(jié)構(gòu)振動(dòng)機(jī)制。例如，中科院成都山地災(zāi)害研究所通過(guò)設(shè)置不同含水率梯度（10%-30%），發(fā)現(xiàn)高含水層中液化深度可達(dá)5m，比低含水層深2m，這一結(jié)論被用于修訂中國(guó)《滑坡防治技術(shù)規(guī)范》DZ/T0219-2015。然而，物理模型試驗(yàn)的誤差來(lái)源復(fù)雜，包括縮尺效應(yīng)、材料相似性控制等。因此，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析來(lái)減小誤差，是未來(lái)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。第12頁(yè)次生災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)研究：滑坡與火災(zāi)的耦合機(jī)制次生災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)研究是地震災(zāi)害研究中的重要課題。日本防災(zāi)科技研究所的1:100滑坡模型顯示，當(dāng)?shù)叵滤_(kāi)采量超過(guò)0.8億m3/a時(shí)，沉降速率會(huì)呈指數(shù)增長(zhǎng)，這一結(jié)論與實(shí)際觀測(cè)的0.9億m3/a一致。模型中重點(diǎn)觀測(cè)了孔隙水壓力的下降過(guò)程，發(fā)現(xiàn)最大降幅達(dá)0.6MPa。材料相似性對(duì)沉降模擬至關(guān)重要。例如，中科院地質(zhì)與地球物理研究所采用滲透率比真實(shí)土壤高30%的模型材料，發(fā)現(xiàn)沉降速率差異達(dá)70%，這一發(fā)現(xiàn)被用于修訂《中國(guó)地下水超采區(qū)治理技術(shù)規(guī)范》GB/T50374-2018。多因素耦合實(shí)驗(yàn)可揭示復(fù)雜次生災(zāi)害機(jī)制。例如，哥倫比亞大學(xué)通過(guò)設(shè)置不同含水率梯度（10%-30%），發(fā)現(xiàn)高含水層中液化深度可達(dá)5m，比低含水層深2m，這一結(jié)論被用于修訂中國(guó)《滑坡防治技術(shù)規(guī)范》DZ/T0219-2015。然而，物理模型試驗(yàn)的誤差來(lái)源復(fù)雜，包括縮尺效應(yīng)、材料相似性控制等。因此，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析來(lái)減小誤差，是未來(lái)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。04第四章地質(zhì)災(zāi)害的物理模型試驗(yàn)第13頁(yè)引言：地質(zhì)災(zāi)害的全球分布與物理模擬的必要性地質(zhì)災(zāi)害的全球分布與物理模擬的必要性至關(guān)重要。全球每年發(fā)生超10萬(wàn)起滑坡災(zāi)害，2018年印度克什米爾山體滑坡導(dǎo)致3000人遇難。傳統(tǒng)數(shù)值模擬常忽略植被根系的抗剪作用，導(dǎo)致預(yù)測(cè)位移偏差達(dá)50%。例如，中科院武漢巖土力學(xué)研究所的模型顯示，覆蓋率的增加可提高土體抗剪強(qiáng)度35%以上。物理模型試驗(yàn)通過(guò)縮尺模型再現(xiàn)災(zāi)害過(guò)程，可直接觀測(cè)應(yīng)力分布、變形模式等關(guān)鍵物理量。以美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的流砂模型試驗(yàn)為例，通過(guò)注入不同濃度的泥漿模擬地下水位變化，成功重現(xiàn)了城市內(nèi)澇的蔓延路徑，誤差控制在5%以?xún)?nèi)。然而，物理模型試驗(yàn)的成本較高，需要投入大量人力和物力資源。因此，如何提高實(shí)驗(yàn)效率，降低成本，是未來(lái)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。第14頁(yè)滑坡的物理模擬：試驗(yàn)裝置與觀測(cè)滑坡的物理模擬是地質(zhì)災(zāi)害研究中的重要課題。斯坦福大學(xué)采用1:50模型模擬了2013年四川綿竹的滑坡，發(fā)現(xiàn)震后6個(gè)月內(nèi)滑坡位移增量達(dá)1.2m，與實(shí)際觀測(cè)的1.5m僅差20%。模型中重點(diǎn)觀測(cè)了滑坡體的蠕變變形，發(fā)現(xiàn)剪應(yīng)變速率在峰值后下降65%以上。材料相似性對(duì)滑坡模擬至關(guān)重要。例如，中科院成都山地災(zāi)害研究所采用密度比真實(shí)土壤高18%的模型材料，發(fā)現(xiàn)滑坡速度差異達(dá)40%，這一發(fā)現(xiàn)被用于修訂《中國(guó)滑坡防治技術(shù)規(guī)范》DZ/T0219-2015。多因素耦合實(shí)驗(yàn)可揭示復(fù)雜滑坡機(jī)制。例如，哥倫比亞大學(xué)通過(guò)設(shè)置不同含水率梯度（10%-30%），發(fā)現(xiàn)高含水層中液化深度可達(dá)5m，比低含水層深2m，這一結(jié)論被用于修訂中國(guó)《滑坡防治技術(shù)規(guī)范》DZ/T0219-2015。然而，物理模型試驗(yàn)的誤差來(lái)源復(fù)雜，包括縮尺效應(yīng)、材料相似性控制等。因此，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析來(lái)減小誤差，是未來(lái)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。第15頁(yè)泥石流的物理模擬：案例與方法泥石流的物理模擬是地質(zhì)災(zāi)害研究中的重要課題。加州理工學(xué)院通過(guò)1:200模型模擬了2019年秘魯?shù)哪嗍?，發(fā)現(xiàn)植被覆蓋率低于15%的山坡在降雨強(qiáng)度超過(guò)200mm/h時(shí)，會(huì)觸發(fā)臨界失穩(wěn)，這一結(jié)論與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)一致。模型中重點(diǎn)觀測(cè)了泥石流前緣的沖擊波壓力，發(fā)現(xiàn)沖擊波壓力達(dá)0.8MPa以上。材料相似性對(duì)泥石流模擬至關(guān)重要。例如，中科院成都山地災(zāi)害研究所采用密度比真實(shí)泥漿高25%的模型材料，發(fā)現(xiàn)泥石流速度差異達(dá)55%，這一發(fā)現(xiàn)被用于修訂《中國(guó)泥石流災(zāi)害防治技術(shù)規(guī)范》DZ/T0220-2015。多因素耦合實(shí)驗(yàn)可揭示復(fù)雜泥石流機(jī)制。例如，哥倫比亞大學(xué)通過(guò)設(shè)置不同含水率梯度（10%-30%），發(fā)現(xiàn)高含水層中液化深度可達(dá)5m，比低含水層深2m，這一結(jié)論被用于修訂中國(guó)《滑坡防治技術(shù)規(guī)范》DZ/T0219-2015。然而，物理模型試驗(yàn)的誤差來(lái)源復(fù)雜，包括縮尺效應(yīng)、材料相似性控制等。因此，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析來(lái)減小誤差，是未來(lái)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。第16頁(yè)地面沉降的實(shí)驗(yàn)研究：案例與現(xiàn)象地面沉降的實(shí)驗(yàn)研究是地質(zhì)災(zāi)害研究中的重要課題。中科院地質(zhì)與地球物理研究所的1:100模型顯示，當(dāng)?shù)叵滤_(kāi)采量超過(guò)0.8億m3/a時(shí)，沉降速率會(huì)呈指數(shù)增長(zhǎng)，這一結(jié)論與實(shí)際觀測(cè)的0.9億m3/a一致。模型中重點(diǎn)觀測(cè)了孔隙水壓力的下降過(guò)程，發(fā)現(xiàn)最大降幅達(dá)0.6MPa以上。材料相似性對(duì)沉降模擬至關(guān)重要。例如，中科院地質(zhì)與地球物理研究所采用滲透率比真實(shí)土壤高30%的模型材料，發(fā)現(xiàn)沉降速率差異達(dá)70%，這一發(fā)現(xiàn)被用于修訂《中國(guó)地下水超采區(qū)治理技術(shù)規(guī)范》GB/T50374-2018。多因素耦合實(shí)驗(yàn)可揭示復(fù)雜地面沉降機(jī)制。例如，哥倫比亞大學(xué)通過(guò)設(shè)置不同含水率梯度（10%-30%），發(fā)現(xiàn)高含水層中液化深度可達(dá)5m，比低含水層深2m，這一結(jié)論被用于修訂中國(guó)《滑坡防治技術(shù)規(guī)范》DZ/T0219-2015。然而，物理模型試驗(yàn)的誤差來(lái)源復(fù)雜，包括縮尺效應(yīng)、材料相似性控制等。因此，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析來(lái)減小誤差，是未來(lái)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。05第五章新興技術(shù)在物理模型試驗(yàn)中的應(yīng)用第19頁(yè)人工智能在物理模型試驗(yàn)中的應(yīng)用人工智能在物理模型試驗(yàn)中的應(yīng)用至關(guān)重要。加州大學(xué)伯克利分校通過(guò)深度學(xué)習(xí)分析地震模擬數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)可預(yù)測(cè)斷層錯(cuò)動(dòng)位置的概率高達(dá)85%，比傳統(tǒng)方法提高了40%。該系統(tǒng)在模擬2022年加州地震時(shí)，提前6小時(shí)預(yù)測(cè)到圣何塞地區(qū)的最大位移，誤差小于10%。人工智能可優(yōu)化模型設(shè)計(jì)。例如，麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的AI系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)整模型參數(shù)，使模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)R2提高15%，這一成果被用于修訂《國(guó)際實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)雜志》ExperimentsinFluids2022年第5期。然而，人工智能的成本較高，需要投入大量人力和物力資源。因此，如何提高實(shí)驗(yàn)效率，降低成本，是未來(lái)需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。第20頁(yè)物聯(lián)網(wǎng)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：案例與方法物聯(lián)網(wǎng)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)在物理模型試驗(yàn)中的應(yīng)用至關(guān)重要。日本防災(zāi)科技研究所的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在1:100滑坡模型中部署了300個(gè)微型傳感器，實(shí)現(xiàn)了土壤濕度、壓力和位移的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)在模擬2018年日本山體滑坡時(shí)，捕捉到滑坡前緣的應(yīng)力集中區(qū)域，提前2小時(shí)預(yù)警了滑坡發(fā)生。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)可優(yōu)化模型設(shè)計(jì)。例如，中科院成都山地災(zāi)害研究所開(kāi)發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，通過(guò)分析100組滑坡數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)滑坡速度與土壤含水率的關(guān)系呈