基于GIS的边坡稳定性计算方法研究

结合GIS（地理信息系统）的空间分析能力和滑动面正应力分布假定模型,建立了基于栅格单元的三维边坡极限平衡模型,提出了基于GIS的边坡稳定性计算方法。该方法首先建立了基于栅格柱体单元的三维边坡稳定性分析模型,给出了模型参数在GIS中的空间表达式;其次,在极限平衡条件下,推导出滑体在GIS中的3个力平衡方程式和1个力矩平衡方程式,形成了用于求解三维安全系数的方程组;最后,基于摩尔-库仑强度准则,以及滑动面正应力分布的假定,求解三维安全系数。同时利用COM（组件对象模型）技术开发出一个基于GIS的三维边坡稳定性分析扩展模块,该模块可实现复杂的算法计算以及多种组合荷载下的稳定性计算,并通过算例验证了该模块的正确性和便利性。     

基于GIS的边坡稳定性计算方法研究

结合GIS(Geographic Information Systems,地理信息系统)的空间分析能力和滑动面正应力分布假定模型,建立了基于栅格单元的三维边坡极限平衡模型,提出了基于GIS的边坡稳定性计算方法。该方法首先建立了基于栅格柱体单元的三维边坡稳定性分析模型,给出了模型参数在GIS中的空间表达式;其次,在极限平衡条件下,推导出滑体在GIS中的3个力平衡方程式和1个力矩平衡方程式,形成了用于求解三维安全系数的方程组;最后,基于摩尔-库伦强度准则,以及滑动面正应力分布的假定,从而求解三维安全系数。同时利用COM(Component Object Model)技术开发出一个基于GIS的三维边坡稳定性分析扩展模块,该模块可实现复杂的算法计算以及多种组合荷载下的稳定性计算,并通过算例验证了该模块的正确性和便利性。     

基于GIS的边坡稳定性计算方法研究

结合GIS(Geographic Information Systems,地理信息系统)的空间分析能力和滑动面正应力分布假定模型,建立了基于栅格单元的三维边坡极限平衡模型,提出了基于GIS的边坡稳定性计算方法。该方法首先建立了基于栅格柱体单元的三维边坡稳定性分析模型,给出了模型参数在GIS中的空间表达式;其次,在极限平衡条件下,推导出滑体在GIS中的3个力平衡方程式和1个力矩平衡方程式,形成了用于求解三维安全系数的方程组;最后,基于摩尔-库伦强度准则,以及滑动面正应力分布的假定,从而求解三维安全系数。同时利用COM(Component Object Model)技术开发出一个基于GIS的三维边坡稳定性分析扩展模块,该模块可实现复杂的算法计算以及多种组合荷载下的稳定性计算,并通过算例验证了该模块的正确性和便利性。     

基于GIS的住宅区周边危险边坡三维稳定性评价

为了评价日本千叶县某住宅区周边大范围边坡的滑坡危险度,探讨了一种基于GIS的三维边坡稳定性评价方法。首先根据已有的CAD格式的地形等高线图及有限的钻孔数据,得到地表、地层、地下水的三维GIS数据。在依据边坡倾角、倾向等地形特性对该大范围边坡划分边坡单元的基础上,采用一种基于GIS栅格数据的边坡稳定三维极限平衡分析模型计算了研究区域各边坡单元的安全系数,进行了滑坡危险性分区评价。本研究对于如何利用有限的现场调查数据来进行高精度的数值计算分析,以及GIS在地质防灾领域的更深层次的应用具有一定的参考价值。     

基于三维地质信息模型的边坡风险分析

风险分析是降低边坡灾害损失的有效途径。以地理信息系统（Arcview GIS）为二次开发平台,建立边坡风险评估系统。该系统通过建立边坡的三维地质信息模型,根据模型的物理力学参数等属性数据,运用Monte-Carlo法求出三维边坡的失效概率,在易损性分析的基础上,计算边坡失稳的经济风险和生命风险。实例分析表明,基于三维地质信息模型的边坡风险分析可为相关风险决策提供科学依据     

基于FLAC3D平台的边坡非饱和降雨入渗分析

为研究降雨入渗条件下三维边坡渗流场的变化过程,在全面研究FLAC3D软件渗流分析模块功能及算法的基础上,通过编写FISH函数完善了FLAC3D软件的非饱和渗流计算功能。基于降雨入渗机制的分析,编写了降雨入渗及停雨出渗边界的FISH函数,实现边坡三维降雨入渗过程的模拟。通过降雨条件下算例边坡的饱和非饱和渗流场变化过程的数值计算,研究了降雨入渗引起的边坡暂态饱和区变化过程,并与已有研究成果进行对比分析,从而验证了自编FISH函数实现边坡三维非饱和渗流计算结果的正确性。研究成果表明,文中提出的边坡三维非饱和降雨入渗分析是可行的,同时也为三维边坡非饱和渗流场的研究提供了一条有益的途径。     

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。     

基于GIS的库岸滑坡滑速计算方法

结合GIS(geographic information systems,地理信息系统)的空间数据处理能力,将潘家铮法从二维扩展到三维,提出一个基于栅格柱体单元的库岸滑坡滑速计算方法。建立了基于栅格柱体单元的三维滑坡滑速计算分析模型,给出了模型参数在GIS中的空间计算表达式。其次,通过对计算模型进行受力分析,结合牛顿运动定律,选取了沿滑体滑动方向和垂直方向来建立动力平衡方程,从而求解三维滑坡滑速。在GIS中开发出一个三维滑坡滑速计算扩展模块,并通过实例与潘家铮法所得结果进行对比。结果表明,该方法比潘家铮法计算的最大速度结果大15.2%,比启动加速度结果大32.8%,比达到最大速度的滑动时间短1 s。     

公路沿线花岗岩风化区滑坡危险度评价--以日本49号国道合户地区为例

对公路沿线边坡进行稳定性评价及滑坡灾害分析，对于由滑坡、泥石流等引起的公路灾害的防治具有重要指导意义。为了评价处于花岗岩风化区的日本福岛县合户地区49号国道沿线边坡的滑坡危险程度，在调查和分析了该地区的表层破坏模式、并通过简易探测方法摸清了风化土层的厚度分布后，将研究区域划分为边坡单元(Slopeunit)，使用椭球体下半部模拟滑动面的形状，通过随机试算法确定各边坡单元危险滑动面的位置及空间形状；采用一种基于GIS的边坡稳定性三维分析模型计算各边坡单元最小安全系数以及滑坡发生概率，定量评价滑坡灾害危险程度。所有的计算过程及结果显示均在一个基于GIS平台的系统中完成，为如何利用GIS技术更好地为滑坡灾害防治工作服务拓宽了思路。     

基于GIS的地下矿体体积计算

利用GIS手段,通过钻井数据和地面高程数据计算地下矿体储量的方法。根据地质钻探得到的钻井数据及相应区域的地面高程数据建立矿体DEM,利用GIS软件ArcView中的三维分析、空间分析模块,求取矿体体积,并对矿体进行了三维可视化显示。实验表明,基于GIS的地下矿体体积计算方法有很大便利性,有利于实现地质体空间属性的统计分析及分析过程的可视性。     

Geographical information system-based computational implementation and application of spatial three-dimensional slope stability analysis

Three-dimensional (3D) evaluation of slope stability is a widely addressed problem in the domain of geotechnical engineering. The growing popularity of the geographical information system (GIS) approach, with capacities ranging from conventional data storage to complex spatial analysis and graphical presentation, means that it is also becoming a powerful tool for geotechnical engineers. In this study, in which we combine GIS grid-based data with four proposed column-based models of 3D slope stability analysis, we have devised new correspondent GIS grid-based 3D deterministic models to calculate the safety factor of the slope. Based on the four GIS-based 3D slope stability analysis models, a GIS-based program, 3DSlopeGIS, has been developed to implement the algorithm where all the input data are in the same format as the GIS dataset. The 3DSlopeGIS system, which is an extension of the widely used GIS software package, represents the combined development of 3D slope stability analysis and GIS-based component object model (COM) skills. Since all related data are supplied in the GIS format, this new database approach will be convenient for the repeated renewal and consulting of data. Certain widely addressed examples are evaluated in this paper and the results show the correction and potential of this GIS-based tool as a means of assessing the 3D stability of a slope. Two practical slope problems have been evaluated using the 3DSlopeGIS system. The results illustrate the convenience of data management as well as the effective range selection of Monte-Carlo random variables and the critical slip surface location in some parts of a lava dome.     

GIS地表塌陷计算的有限棱柱法及三维数据模型

具有强大信息管理和可视化功能的GIS已在地下硐室开挖、矿山采掘、边坡等许多工程领域中得到了广泛应用。笔者给出了一种用于地下开挖变形描述和应力分析的方法——有限棱柱法，并就该方法与GIS集成中的数据模型和数据组织方法进行了探讨，建立了基于GIS的虚拟地质体地下开挖变形描述与评价计算的三维可视化系统，并对多语言集成模式和数据可视化方法进行了探讨。同时还给出了该方法的工程应用实例，对该方法的可靠性和有效性进行了验证。     

基于典型剖面分析的区域斜坡稳定性分区方法

为了研究大范围内区域斜坡的稳定性,本文提出了一套基于典型剖面分析的区域斜坡稳定性分区方法。首先,在ArcGIS水文分析的基础上划分斜坡单元;其次,利用MATLAB开发程序,完成斜坡单元的剖分、典型剖面的搜索和提取工作;再次,利用MATLAB动态生成FLAC2D命令流文件,自动计算得到区域斜坡稳定性系数的分布;最后,基于定量计算在ArcGIS中对区域斜坡进行稳定性分区评价。本文选取陕西耀县幅1:5万环境地质调查区内黄土斜坡较发育段作为研究对象,对本方法进行验证。计算结果:（1）研究区域划分为不稳定区、基本稳定区和稳定区3个区;（2）整个方法体系采取智能化的设计理念,各计算步骤之间自动调用执行,程序衔接良好;（3）将GIS分析与外部计算相结合,实现单个斜坡的稳定性计算到区域的推广。     

水库库岸滑坡体稳定性与三维可视化模拟分析系统研究

基于滑坡体稳定性极限平衡分析方法、滑坡三维数字建模技术和可视化动态仿真技术等理论方法和技术,采用VC++研制开发了水库库岸滑坡体稳定性与三维可视化模拟分析系统VisualSlope。该系统的实现过程分为系统分析、系统设计、系统开发与实施3个阶段。VisualSlope系统通过图形对象库和数据库读取几何参数数据,进而完成稳定性计算、结果可视化分析和失稳三维动态可视化模拟与演示分析,软件功能丰富,具有一定的通用性,实用性强,为水库库岸滑坡的稳定性分析与防治提供了技术支持平台。     

GIS数据用于复杂边坡三维极限平衡稳定分析

利用基于GIS（Geographic Information System,地理信息系统）栅格数据的三维极限平衡分析模型,可以充分考虑边坡的三维复杂空间特性。经过数据的获得、数据的处理、模型的建立和稳定性分析,不但给出了边坡的三维安全系数,而且给出了危险滑动面上的滑动力分布矢量图。结果表明,滑动面上力的分布极不均匀,呈现明显的复杂空间特性。     

The Dynamic Evaluation of Rock Slope Stability Considering the Effects of Microseismic Damage

A state-of-the-art microseismic monitoring system has been implemented at the left bank slope of the Jinping first stage hydropower station since June 2009. The main objectives are to ensure slope safety under continuous excavation at the left slope, and, very recently, the safety of the concrete arch dam. The safety of the excavated slope is investigated through the development of fast and accurate real-time event location techniques aimed at assessing the evolution and migration of the seismic activity, as well as through the development of prediction capabilities for rock slope instability. Myriads of seismic events at the slope have been recorded by the microseismic monitoring system. Regions of damaged rock mass have been identified and delineated on the basis of the tempo-spatial distribution analysis of microseismic activity during the periods of excavation and consolidation grouting. However, how to effectively utilize the abundant microseismic data in order to quantify the stability of the slope remains a challenge. In this paper, a rock mass damage evolutional model based on microseismic data is proposed, combined with a 3D finite element method (FEM) model for feedback analysis of the left bank slope stability. The model elements with microseismic damage are interrogated and the deteriorated mechanical parameters determined accordingly. The relationship between microseismic activities induced by rock mass damage during slope instability, strength degradation, and dynamic instability of the slope are explored, and the slope stability is quantitatively evaluated. The results indicate that a constitutive relation considering microseismic damage is concordant with the simulation results and the influence of rock mass damage can be allowed for its feedback analysis of 3D slope stability. In addition, the safety coefficient of the rock slope considering microseismic damage is reduced by a value of 0.11, in comparison to the virgin rock slope model. Our results demonstrate that microseismic activity induced by construction disturbance only slightly affects the stability of the slope. The proposed feedback analysis technique provides a novel method for dynamically assessing rock slope stability and can be used to assess the slope stability of other similar rock slopes.     

Parametrical landslide modeling for the hydrogeological susceptibility assessment: from the Crati Valley to the Cavallerizzo landslide (Southern Italy)

The article deals with a tool for landslides susceptibility assessment as a function of the hydrogeological setting at different scales. The study has been applied to a test area located in Southern Italy. First, a 3D groundwater flow model was implemented for a large-scale area. The simulation of several groundwater conditions compared with the landslide activity map allows drawing a hydrogeological susceptibility map. Then, a slope scale analysis was carried out for the Cavallerizzo landslide. For this purpose, a 2D groundwater parametrical modeling was coupled with a slope stability analysis; the simulation was carried out by changing the values of the main hydrogeological parameters (recharge, groundwater supply level, etc.). The results enabled to connect the slope instability to some hydrogeological characteristics that are easy to survey and to monitor (e.g., rainfall, piezometrical level, and spring discharge), pointing out the hazard thresholds with regards to different triggering phenomena.