基于Geo-CA和GIS的滑坡稳定性分析

传统的滑坡稳定性分析大多是建立在以数学模型为基础的布点、观测、计算、预测这一方法进行的一种确定性分析.实际上,滑坡是一个影响因素众多,边界条件复杂,诱发因数偶然的、不确定的复杂系统.论文运用地理元胞自动机这一时间和空间都离散的动力系统工具,研究了用元胞自动机来模拟滑坡的原理、方法和工作流程,并在GIS技术支持下针对滑坡的可能滑面设定不同的元胞状态并以此确定相应的元胞空间,采用相同的邻居定义和转化规则,着重研究滑坡滑动面从稳定到滑移这一微观动态变化过程,形成Geo-CA-LANDSLIDE系统.最后,采用100×100的地理元胞自动机模型.实例研究了滑坡形成与元胞演化规律之间的关系,得出了与理论分析相一致的结论.运用GIS技术与之集成,可以将这一过程可视化表达.     

骊山三元洞黄土滑坡滑动模拟与灾害范围预测

所用模拟模型基于流体力学和土力学理论,通过差分法将反映滑体运动的微分方程转换为代数方程并编制计算程序.通过对滑坡滑动路径上不同部位土体进行大型环剪实验,测定计算参数.分析三维模拟表明,三元洞滑坡具有滑动距离远、影响范围大和堆积厚度大的特点,危险巨大.结果显示所用模型对于模拟黄土滑坡运动具有很好的适用性.     

某滑坡的成因机制数值模拟分析

以某滑坡为例,在充分分析其形成条件及成因机制基础上,运用二维离散元软件对其变形过程进行模拟,并对滑坡的整体稳定性作出了定性评价.分析证明该滑坡为蠕滑-拉裂型滑坡,模拟的结果也真实地反映出该滑坡在地震作用的诱发下发生切层滑动的全过程,滑坡的整体稳定性较好.     

滑坡速度预测的计算方法探讨

滑坡速度预测一直是一个比较复杂的问题。采用潘家铮提出的基于垂直条分的滑速计算方法求解条块的运动速度,并以三峡库区某滑坡为实例,对其滑动加速度及速度进行分析。同时,采用不连续变形分析方法（DDA）对滑坡体的滑动全过程进行了模拟,二者对滑速发展趋势的预测基本吻合, 而且DDA模拟较全面地反映了滑坡运动在时间和空间的发展变化特征,清楚地再现了滑坡发生、发展、失稳的全过程,可作为预测滑坡滑速的有效分析方法。     

甘肃永靖黑方台4·29罗家坡黄土滑坡的特征

2015年4月29日上午,甘肃省永靖县盐锅峡镇黑方台滑坡高频发区的党川村罗家坡同一斜坡处连续发生了2次大规模黄土滑坡,总体积约65×10~4m~3,最大滑距630 m,摧毁14户居民房屋和3家工厂.通过现场详细调查、取样试验、1∶500地形测量、滑坡影像、视频等资料分析,对灌溉引发的罗家坡黄土滑坡的特征、滑动过程、形成机理进行了探讨.结果表明:第1次滑坡经过近2 a变形过程,整体突然失稳,高速远程滑动;第2次滑坡变形时间仅3 h,分块逐步滑动,滑动历时长而过程复杂,总体为低速远程滑动.高陡的地形和强度低、水敏感性强的土体是滑坡发生的基础,黄土台塬区长期农业灌溉是引发因素,大量水体入渗形成了20余米厚的饱和软弱基座,使抗剪强度降低,导致斜坡失稳滑动.黄土滑坡高速远程滑动的主要原因是滑坡剪出口位置高,滑动势能大,释放条件好,剪出口下部陡坡段为主要加速段;前方有开阔的滑动空间且有一定坡度、平缓的滑道;滑体底部饱和软弱黏性土在滑道上持续产生超孔隙水压力、液化等低摩阻效应,是远程滑动的润滑剂.同时,两次滑体间还存在冲击加速和能量传递作用.     

四川宣汉天台滑坡的变形位移特征及形成机理

天台滑坡是在平缓斜坡和平缓岩层区发生的特大型土质滑坡,以多级分块滑动为主要特点。滑体的水平位移量前部最大,向后部逐渐减小。根据滑坡体上槽、脊相间的复杂的台阶式地形概括出5种滑坡次级变形模式,分析了滑坡产生多级分块滑动的主要条件,建立了水压力推动滑坡产生分块滑动的成因模式。     

突发地质灾害中应急数值模拟技术应用浅析

以滑坡为例,通过综合分析大量前人研究成果,阐述数值模拟在常规状态地质灾害稳定性分析、滑坡机制分析和滑动过程推演中的应用状况,总结数值模拟技术应用于地质灾害应急的基础,比较常规状态和应急情境下数值模拟技术条件的区别,明确应急数值模拟过程特点,提出应急数值模拟技术关键问题。最后,以峨眉山九里镇王山—抓口寺滑坡灾情为例,结合非连续变形分析方法（DDA）大变形和真实时间模拟的优势,进一步研究了数值模拟在灾情应急过程中启动原因和滑动过程反演的实际应用。结果表明,滑体滑动过程中最大水平位移约87m,峰值速度7m·s-1,滑距约38m,前缘堆积厚度53m,滑坡滑动过程持续时间70s左右,与应急调查结果相符。模拟结果有助于理解滑坡发生机制,有助于确立滑坡应急防治重点,辅助应急决策效果明显。     

基于岩土材料软化特性的滑坡多级滑动面分析方法研究

在实际工程中,滑坡经常呈现出多级破坏的特征,而一般计算和设计中仅关注最危险的滑动面及对应的最小安全系数,这往往遗留安全隐患。在考虑岩土材料软化特性的基础上,借助FLAC3D和Matlab软件平台构建了无需人工干预便可有效模拟与评价滑坡多级破坏的理论框架。以旬阳县党家坝廉租房小区滑坡为例,通过对塑性剪应变、塑性拉应变、剪切应变增量等特征变量的渐进发展规律分析发现：滑坡多级滑动面的形成,其时间和空间顺序并不一定相对应。各级滑动面在时间上按产生的先后顺序依次为第1级主滑面、第2级主滑面、次级滑面;而在空间上按照从前到后的顺序依次为第1级主滑面、次级滑面、第2级主滑面。从计算所得的滑坡最终破坏形态中发现,坡体内部出现的滑动面条数与现场采集的拉裂缝数基本保持一致;第1级主滑面的入口位置与滑坡前缘拉裂缝位置基本吻合;而第2级主滑面及次级滑面的位置与现场勘查到的拉裂缝位置出现偏差。从材料参数的渐进发展规律中发现,滑面上强度参数的分布及大小均随着滑面的产生、发展而逐渐变化,其变化区间为峰值强度到残余强度,这是此方法可以有效模拟多级滑动面形成过程与各级滑动面之间相互影响的核心所在。借助矢量和法成功地实现了基于滑面上强度参数渐进发展规律的安全系数演化过程的确定。通过对安全系数演化过程的分析发现,在滑坡多级滑动面的形成过程中安全系数大小顺序呈现出3种不同的状态,这很好地揭示了各级滑动面在形成过程中的主、被动关系。     

地理模拟优化系统GeoSoS及前沿研究

提出地理模拟优化系统(GeoSOS)的概念、研究内容和实现方法,以提供一种十分有效的地理过程分析和空间探索的工具。地理模拟优化系统的理论基础涉及复杂系统理论、地理信息科学、计算机科学、地理学等。所提出的地理模拟优化系统由3个子模块构成:元胞自动机模拟子系统、多智能体模拟子系统和基于生物智能的优化子系统。建立地理模拟优化系统可以为复杂资源环境及变化提供一种有效的模拟和优化工具,弥补目前GIS对过程分析功能的严重不足。     

三维大规模滑坡离散元建模与模拟研究——以茂县新磨村滑坡为例

数值模拟是研究高速远程滑坡的重要手段。本文以茂县新磨村滑坡为例,提出一种三维大规模滑坡离散元建模与数值模拟方法。基于离散元法宏微观转换公式和数值模拟测试,快速得到与滑坡体砂岩力学性质类似的离散元堆积模型。并结合滑坡数字高程数据和地层信息,建立起符合滑坡实际地层条件和岩体力学性质的三维离散元薄壳模型,模拟了新磨村滑坡启动、高速下滑和堆积的全过程。模拟结果与实际的滑坡堆积体在形态和分布上非常相似,并且模拟的滑坡速度场变化特点和时间范围与理论估算与实测地震信号较为一致,验证了数值模拟结果的可靠性和方法的有效性。论文共享了数值模拟源代码,可快速构建三维滑坡数值模型,为高速远程滑坡的数值模拟研究和相应灾害范围评估提供一个可选的方法。     

Effects of the foot evolution on the behaviour of slow-moving landslides

The paper presents a time-dependent 2D numerical model which has been developed with the purpose of highlighting the effects of the slope foot evolution on the behaviour of slow-moving landslides. The model allows to quantitatively analyse how foot mass variations can influence the stability and the movement rates of the landslide.The landslide body is modelled as composed of two rigid blocks sliding on two different planes and interacting through a common boundary, which position is assumed fixed during the analysis. A finite difference approach is used to discretize the time. For each time increment, changes in model parameters are allowed, including variations in shearing resistances, groundwater level and block masses (in order to simulate foot erosion). During each iteration, the overall stability of the system is checked computing the safety factor, assuming that the percentage of mobilized shear strength is the same for the three surfaces. If the system is not stable or if it is not at rest, the velocity of the system is computed solving the momentum equations for the two blocks taking into account destabilising and resisting forces, the mechanical interaction between the blocks and viscous components. Computed velocities are iteratively used to compute mass accumulation at the foot, which in turn results in a change of the stability condition of the system.Examples are provided in order to highlight the roles of the model parameters. Finally, the application to a real landslide (Vallcebre, Spain) is presented which shows the advantage of considering the foot mass in the analysis of the displacement trends and the possibility to take into account the foot erosion in the long-term behaviour of the slope.     

碎石土滑坡综合治理及评价决策方法

碎石土滑坡是一类由降雨激发失稳而产生滑动破坏的滑坡类型,要实现对其综合治理和评价决策,滑坡治理稳定性分析及效果评价就不容忽视。基于官家滑坡实际地质条件和变形破坏情况进行变形破坏机制研究和稳定性影响因素分析,在此基础上实施滑坡工程治理规划处置和治理稳定性分析,然后再参照降雨及滑坡变形情况构建加卸载响应比模型来实现滑坡稳定状态反馈和工程治理效果评价。研究表明：降雨作用及地下水变化是碎石土滑坡变形破坏最主要的动力因素,滑坡工程治理依据排水及抗滑原则确定综合处置措施,经治理稳定性分析,其稳定系数可大幅提高,完全满足不低于1.25的规范要求;并且基于加卸载响应比模型分析滑坡经综合治理后处于安全稳定状态,工程治理措施实施科学合理,工程治理效果显著,综合作用下滑坡稳定性好、安全可靠。     

云南小江流域滑坡关键影响因子研究

确定诱发滑坡失稳的关键因素是滑坡研究的一个重要内容。采用不同影响因子图层进行危险性分区结果存在明显差异,这是由于第一因子对于滑坡变形失稳的贡献程度不同,即不同影响因子与滑坡的相关性不同。在进行滑坡灾害分析时,必须首先确定影响滑坡的关键因子以建立准确的统计分析模型。采用滑坡确定性系数的合并检验方法,在GIS中对云南小江流域进行了滑坡影响因子分析,并确定了影响滑坡的关键性因子。据此建立的多元统计分析预测模型经检验具有较高精度,要以为小江流域的灾害防治、规划建设提供科学依据。     

斜坡稳定：方法论

据斜坡及滑这科领域国内外研究现状及工程实践,总结归纳了斜坡稳定研究了应遵循的若干原则,其中包括了工程地质建模,动态系统,稳定性评价的相对性和绝对性,以及模型的精确性与可行性等问题。     

滑坡灾害综合评判决策系统研究

滑坡灾害分析是系统性工程,不仅需要准确反映其现状动态特征,而且还应体现其安全稳定状况,为工程治理提供可靠依据。以GIS和Surfer为基础平台,有效耦合各项功能模块,开发出滑坡灾害综合评判决策系统,实现其现状动态分析、变化规律预测及稳定特性研究。详细阐述了系统的体系结构、总体设计、开发基础、功能模块集成,着重研究了系统功能实现的应用方面,包括地形信息处理、虚拟地景可视化、综合决策分析、变形预测预报和稳定性数值分析,分别对其功能内容、理论基础和应用流程进行具体分析。针对滑坡工程治理的效果评价问题,采用系统模糊马尔科夫链模型予以决策分析,在详细阐述其理论结构的基础上引入工程实例进行具体研究。结果表明：滑坡治理效果较好,模型分析客观地反映了其目前所处的安全稳定状态。综上可见,该系统可为滑坡灾害分析与工程治理实现信息化、动态化、决策化提供可行的技术平台。     

大型土石混合体滑坡空间效应与稳定性研究

土石混合体滑坡是滑坡地质灾害中具有代表性的一类,由于该类滑坡在自然界中分布广泛并且较其他类型的滑坡更为复杂,常常给人类带来巨大的灾难。位于湖北省巴东县长江北岸的周家湾滑坡就属于这一类滑坡,该滑坡是著名的黄蜡石古滑坡群的重要组成部分。周家湾滑坡变形开始于20世纪80年代中期,滑坡导致地面出现张拉裂缝,近几年来变形逐步加剧,目前该滑坡处于蠕滑阶段。周家湾滑坡前缘为石榴树包滑坡的后壁,后缘为响石镐滑坡的坡脚,因此,周家湾滑坡的稳定性对响石镐滑坡及石榴树包滑坡存在着潜在的威胁。运用地质分析、工程地质力学分析等手段,剖析了周家湾滑坡体的地质环境、形态、结构等空间要素及其发育模式,并建立了相应的三维地质体概念模型。通过利用数值模拟技术,对滑坡体的稳定性、变形失稳机制进行了分析研究     

基于蒙特卡罗法的多级黄土滑坡可靠性分析

滑坡稳定性分析目前工程中一般采用极限平衡算法。为了确定滑坡的稳定性系数,在计算过程中要将岩土体、计算模型简化,忽略一些影响滑坡稳定的次要因素,把影响滑坡稳定的各种主要因素作为确定参数。由于滑坡岩土体本身的非均质性及其参数确定具有随机性和变异性,用唯一的稳定系数不能客观地反映整个滑坡的真实安全程度。以陕西省夏呀河滑坡为例,通过野外详细调查、工程勘探和室内土工试验,初步确定该滑坡存在四级滑动面,难以用简单的单一滑动面计算其稳定性。因此,先采用推力传递系数法对滑坡体上的四级滑坡分别进行滑坡稳定性计算,得到该滑坡体上的四级滑坡稳定系数。再采用蒙特卡罗法对该四级滑坡进行可靠性分析,得到其可靠度,定量地表达夏呀河四级滑坡的安全程度。同时对比分析夏呀河四级滑坡的稳定系数和失稳概率,综合评价该滑坡体上的四级滑坡的稳定性及其风险概率,为滑坡的工程治理及预测预警、灾害危险性评价提供依据。     

基于集对分析的滑坡变形动态建模研究

滑坡是一个确定-不确定的动态系统,其变形表现出复杂的非线性演化特征。为了克服传统分析方法在处理系统不确定性方面的不足,将集对分析法（SPA）引入岩土变形监测分析领域,并结合层次分析法（AHP）提出了滑坡变形动态预测模型,给出了基于概率论的最优预测算法,提出并证明了集对论中最大同一度在等势条件下存在极限解,据此提出位移势的概念。在位移势的基础上,进行SPA二次建模,提出了基于SPA的滑坡变形与水库蓄水过程相关性动态分析模型。运用上述预测模型对新近发生的刘家沱滑坡进行变形监测定量分析,实践证明：最优预测值具有良好的短期预报精度;位移势能够表征系统当前状态下位移所能达到的最大潜力,可作为短期预测的上限值,其变化能够反映系统宏观层面上的演化特征,对滑坡演变加速预警具有指导意义;运用集对分析方法进行滑坡变形响应滞后效应的定量研究是一条可行的新思路,反演结果与实际情况吻合;该方法在岩土监测分析领域有良好的应用前景。     

空间三维滑坡敏感性分区工具及其应用

对于滑坡敏感性分区目前有三种方法:定性法、统计法和基于岩土定量模型的确定性方法。定性法基于对滑坡敏感性或灾害评估的人为判断;统计法用一个来源于结合了权重因子的预测函数或指标;而确定性法,或者说是物理定量模型法以质量、能量和动量守恒定律为基础。二维确定性模型广泛用于土木工程设计,而无限边坡模型(一维)也用于滑坡灾害分区的确定性模型。文中提出了一个新的基于GIS(地理信息系统)的滑坡敏感性分区系统,这个系统可用于从复杂地形中确认可能的危险三维(3-D)滑坡体。所有与滑坡相关的空间数据(矢量或栅格数据)都被集成到这个系统中。通过把研究区域划分为边坡单元并假定初始滑动面是椭球的下半部分,并使用Monte Carlo随机搜索法,三维滑坡稳定性分析中的三维最危险滑面是三维安全系数最小的地方。使用近似方法假定有效凝聚力、有效摩擦角和三维安全系数服从正态分布,可以计算出滑坡失稳概率。3DSlopeGIS是一个计算机程序,它内嵌了GIS Developer kit(ArcObjects of ESRI)来实现GIS空间分析功能和有效的数据管理。应用此工具可以解决所有的三维边坡空间数据解问题。通过使用空间分析、数据管理和GIS的可视化功能来处理复杂的边坡数据,三维边坡稳定性问题很容易用一个友好的可视化图形界面来解决。将3DSlopeGIS系统应用到3个滑坡敏感性分区的实例中:第一个是一个城市规划项目,第二个是预测以往滑坡灾害对临近区域可能的影响,第三个则是沿着国家主干道的滑坡分区。基于足够次数的Monte Carlo模拟法,可以确认可能的最危险滑坡体。这在以往的传统边坡稳定性分析中是不可能的。     

库水升降作用下浮托减重型滑坡稳定性研究

大坝建成后形成众多涉水滑坡。为研究库水位升降作用对涉水边坡稳定性的影响机制,基于重大涉水滑坡分类,针对浮托减重型滑坡,运用自主研制的滑坡模型试验系统,建立浮托减重型滑坡模型进行库水升降作用试验。试验结果表明,库水位升高,滑坡模型体内有效应力随之减小;库水位降低,有效应力随之增大。对于模型试验过程,运用Geo-studio软件进行渗流及稳定性计算,对照试验结果与数值模拟结果得出土压力及孔隙水压力渗流模拟变化情况与试验实测变化情况基本吻合。库水位上升阶段,滑坡稳定性系数随之减小;库水位下降阶段,滑坡稳定性系数随之降低。由此分析得出库水升降对浮托减重型滑坡稳定性的影响规律是：库水位上升引起滑坡体内阻滑段有效应力随之减小,导致滑坡稳定性降低;库水位下降引起滑坡体内阻滑段有效应力随之增加,使得滑坡稳定性提高。