Effects of fluid conditions and particle size on the post-failure mobility of fluid–solid coupled landslides
शुइचेंग भूस्खलन को एक केस स्टडी के रूप में उपयोग करते हुए, यह शोध एक त्रि-आयामी SPH–SDPH संख्यात्मक मॉडल का उपयोग यह प्रदर्शित करने के लिए करता है कि कैसे तरल आयतन अंश (fluid volume fraction), श्यानता (viscosity) और कण का आकार गतिशील रूप से परस्पर क्रिया करते हैं ताकि तरल-ठोस युग्मित भूस्खलन की विफलता के पश्चात की गतिशीलता, ड्रैग और निक्षेपण पैटर्न को नियंत्रित किया जा सके।
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जब कोई पहाड़ टूटता है, तो परिणाम स्वरूप होने वाली आपदा केवल ढलान से नीचे गिरते पत्थरों का ढेर मात्र नहीं होती। दक्षिण-पश्चिम चीन के ऊबड़-खाबड़, वर्षा वाले क्षेत्रों में होने वाले कई सबसे खतरनाक भूस्खलन में, वह चलती हुई संरचना मिट्टी, चट्टान और पानी के एक अराजक मिश्रण में बदल जाती है। यह रूपांतरण एक साधारण स्लाइड को एक तरल प्रवाह (फ्लुइडाइज्ड फ्लो) में बदल देता है, जहाँ ठोस मलबे और तरल पानी के बीच की अंतःक्रिया यह निर्धारित करती है कि आपदा कितनी दूर और कितनी तेजी से आगे बढ़ेगी। वैज्ञानिक लंबे समय से समझते आए हैं कि पानी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, लेकिन विभिन्न मात्रा में पानी, विभिन्न प्रकार की कीचड़ और मिश्रण के भीतर चट्टानों के आकार के प्रभाव से गति कैसे प्रभावित होती है, इसकी सटीक यांत्रिकी को समझना कठिन बना हुआ है। प्रश्न केवल इस बारे में नहीं है कि कितना पानी मौजूद है, बल्कि इस बारे में है कि वह पानी पहाड़ों से नीचे दौड़ते हुए ठोस कणों को कैसे धकेलता है, खींचता है और धीमा करता है। इन छिपी हुई शक्तियों को समझना यह अनुमान लगाने के लिए आवश्यक है कि भूस्खलन कहाँ रुकेगा और इससे कितना नुकसान हो सकता है, जो संवेदनशील घाटियों में रहने वाले समुदायों के लिए जीवन और मृत्यु का प्रश्न है।
इस जटिलता को सुलझाने के लिए, शोधकर्ताओं ने 23 जुलाई, 2019 को गुइझोउ प्रांत के शुइचेंग काउंटी में हुई एक विनाशकारी घटना पर ध्यान केंद्रित किया। उस रात, हफ्तों की भारी बारिश से कमजोर हुई एक बेसाल्ट चट्टान का एक विशाल हिस्सा अलग होकर पहाड़ से नीचे की ओर तेजी से बढ़ा। इस आपदा ने 43 लोगों की जान ली और लगभग 200 मिलियन युआन की आर्थिक हानि पहुंचाई, जिससे एक किलोमीटर से अधिक लंबा विनाश का मार्ग बन गया। फिसलने वाला द्रव्यमान, जो शुरू में चट्टान का एक ठोस ब्लॉक था, टूटकर पानी के साथ मिल गया, जिससे वह एक उच्च-गति, द्वि-चरणीय प्रवाह (टू-फेज फ्लो) बन गया जिसने परिदृश्य को तहस-नहस कर दिया और अंततः स्थिर हुआ। इस विशिष्ट घटना के पीछे के भौतिकी का अध्ययन करने के लिए, बिना किसी वास्तविक आपदा की प्रतीक्षा किए, वैज्ञानिकों की एक टीम ने एक परिष्कृत कंप्यूटर प्लेटफॉर्म का उपयोग करके एक आभासी वातावरण में इस भूस्खलन को पुन: निर्मित किया। उन्होंने केवल चट्टानों को गिरते हुए नहीं देखा; उन्होंने सक्रिय अदृश्य बलों का अनुकरण किया, जिसमें तेरह अलग-अलग परिदृश्यों को चलाया गया ताकि यह देखा जा सके कि पानी की मात्रा, तरल की मोटाई और चट्टान के टुकड़ों के आकार को बदलने से परिणाम कैसे बदलता है।
शोधकर्ताओं ने यह परीक्षण करना शुरू किया कि पानी की शुद्ध मात्रा भूस्खलन के व्यवहार को कैसे प्रभावित करती है। उन्होंने बिना पानी के, थोड़े पानी के साथ, और अंत में बहुत अधिक पानी की मात्रा के साथ स्लाइड का अनुकरण किया। परिणामों ने इन आपदाओं के चलने के तरीके के बारे में एक विरोधाभासी सत्य प्रकट किया। यह केवल सबसे बड़ा उछाल या सबसे मजबूत प्रारंभिक धक्का पैदा करने के लिए अधिक पानी रखने का मामला नहीं है। इसके बजाय, भूस्खलन के लंबी दूरी तक जाने की कुंजी इस बात में निहित है कि पानी कितनी देर तक चट्टानों को आगे धकेल सकता है। कम पानी की मात्रा वाले परिदृश्यों में, पानी एक संक्षिप्त, तीव्र बल उत्पन्न कर सकता है, लेकिन यह सहारा जल्दी ही समाप्त हो जाता है, जिससे चट्टानें धीमी हो जाती हैं और जमा होने लगती हैं। हालाँकि, जब पानी की मात्रा अधिक होती है, तो तरल एक निरंतर, व्यापक सहायता प्रणाली बनाता है। यह निरंतर धक्का चट्टानों को बहुत लंबे समय तक निलंबित और गतिशील रहने की अनुमति देता है, भले ही प्रारंभिक गति उच्चतम न हो। पानी एक एकल धक्के के बजाय एक निरंतर कन्वेयर बेल्ट की तरह कार्य करता है, जो द्रव्यमान द्वारा इलाके में आगे बढ़ने के दौरान गति को जीवित रखता है।
अध्ययन ने यह भी पता लगाया कि जब तरल स्वयं बदल जाता है, तो क्या होता है, जिसमें शुद्ध पानी की तुलना पतली कीचड़ और गाढ़ी, चिपचिपी कीचड़ से की गई। शुद्ध पानी ने सबसे नाटकीय परिणाम दिया: चट्टानों ने उच्चतम गति प्राप्त की, जो 36.24 मीटर प्रति सेकंड के शिखर तक पहुँची, लेकिन यह गति अल्पकालिक थी। एक बार जब पानी और चट्टानें अलग होने लगीं, तो गति तेजी से कम हो गई। इसके विपरीत, कम श्यानता (विस्कोसिटी) वाले तरल ने, जो पतली कीचड़ के समान है, एक अलग प्रकार का खतरा पेश किया। इसने उच्चतम शीर्ष गति तो उत्पन्न नहीं की, लेकिन इसने एक स्थिर, निरंतर चालकता प्रदान की जिसने चट्टानों को लंबे समय तक चलते रहने में मदद की। यह सुझाव देता है कि शुद्ध पानी की तुलना में पतली कीचड़ के माध्यम से बहने वाला भूस्खलन अधिक दूरी तक जा सकता है, भले ही वह कभी उतनी तेज गति से न चले। सबसे अधिक श्यान, गाढ़ी कीचड़ का व्यवहार फिर भी अलग था; इसने एक भारी ब्रेक की तरह कार्य किया। हालांकि यह चट्टानों को शुरू में गति दे सकता था, लेकिन इसके आंतरिक प्रतिरोध ने उनकी ऊर्जा को जल्दी ही सोख लिया, जिससे वे एक विस्तृत क्षेत्र में फैलने के बजाय एक स्थानीय क्षेत्र में जम गए और जमा हो गए।
अंत में, शोधकर्ताओं ने मिश्रण के भीतर चट्टानों के आकार का परीक्षण किया, यह देखते हुए कि छोटे कंकड़ बनाम बड़े बोल्डर इन तरल वातावरणों में कैसे व्यवहार करेंगे। कण के आकार ने तरल के साथ उसकी अंतःक्रिया को बदल दिया। छोटे कणों, जिनका वजन के सापेक्ष सतह क्षेत्र बड़ा होता है, उन्हें तरल द्वारा अधिक आसानी से पकड़ा और धकेला जा सकता था, जिससे वे प्रति इकाई द्रव्यमान अधिक ड्रैग फोर्स (कर्षण बल) का अनुभव करते थे। हालाँकि, बड़े कणों के पास एक अलग लाभ था: जड़त्व (इनर्शिया)। गाढ़ी, श्यान कीचड़ में, बड़े बोल्डर प्रतिरोध को चीरने और अपनी गति बनाए रखने में बेहतर थे, जहाँ छोटे कण धीमे पड़ जाते। इसका अर्थ था कि एक गाढ़े कीचड़ प्रवाह में, सबसे बड़ी चट्टानें वास्तव में छोटी चट्टानों की तुलना में अधिक दूरी तक जा सकती थीं, जो इस अपेक्षा को चुनौती देती हैं कि छोटा मलबा हमेशा तेजी से चलता है। सिमुलेशन ने दिखाया कि सबसे बड़े कणों ने एक व्यापक, अधिक बिखरा हुआ जमा पैटर्न बनाया, जबकि छोटे कण संकीर्ण, उच्च-गति वाले चैनलों में केंद्रित रहे।
इन सिमुलेशनों को जोड़कर, यह अध्ययन तरल ड्रैग और ठोस जड़त्व के बीच चल रहे गतिशील संघर्ष की एक स्पष्ट तस्वीर पेश करता है। निष्कर्ष बताते हैं कि भूस्खस्लें की दूरी केवल अधिकतम गति के एक क्षण या एक एकल शिखर बल द्वारा निर्धारित नहीं होती है। इसके बजाय, यह एक निरंतर, विकसित होती अंतःक्रिया का परिणाम है जहाँ तरल के धक्के का समय, अवधि और स्थानिक प्रसार, एक एकल झटके की तीव्रता से अधिक महत्वपूर्ण है। चाहे तरल पानी हो या कीचड़, और चाहे मलबा बारीक रेत हो या बड़े बोल्डर, परिणाम इस बात पर निर्भर करता है कि तरल ठोस द्रव्यमान को अपनी गति हस्तांतरित करने में कितनी अच्छी तरह सक्षम है। शुइचेंग भूस्खलन के आभासी पुनर्निर्माण से प्राप्त ये अंतर्दृष्टि, तरलकृत भूस्खलन के जटिल भौतिकी को समझने के लिए एक महत्वपूर्ण संदर्भ प्रदान करती है, जिससे वैज्ञानिकों और इंजीनियरों को भविष्य में इसी तरह की घटनाओं से उत्पन्न जोखिमों का बेहतर आकलन करने में मदद मिलती है।
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