基于空间三维极限平衡方法的滑坡危险性分析
- 格式：pdf
- 大小：317.21 KB
- 文档页数：4
第2卷第1期2011年1月矿产勘查MINERAL EXPLORATIONVol.2No.1January ，2011［收稿日期］2010－03－24［第一作者简介］刘秋强，男，1982年生，2008年毕业于北京科技大学，获硕士学位，主要从事地质勘查工作。
基于空间三维极限平衡方法的滑坡危险性分析刘秋强1，2，王继峰2，潘凯2（1．有色金属矿产地质调查中心，北京100012；2．北京中色资源环境工程有限公司，北京100070）摘要滑坡体三维信息是进行滑坡危险性分析不可缺少的工程地质因子，三维滑坡体模型可以更加真实地反映边坡的实际形态，因此越来越多的实际工程要求采用三维理论方法进行稳定性分析。
文章介绍了一种基于空间三维极限平衡法的滑坡灾害体危险性评价方法，即利用常规地形数据快速获取滑坡体的极限安全系数来分析灾害体发生失稳的概率，并通过空间信息技术实现灾害体影响区域的三维可视化，可为滑坡灾害的危险性分析提供有效、可靠的决策支持。
关键词滑坡危险概率三维极限平衡方法边坡中图分类号：TU457文献标识码：A文章编号：1674－7801（2011）01－0093－040引言滑坡危险性分析是一个比较复杂的问题，其关键是对于边坡的稳定性分析。
自然及人工边坡的破坏常常造成重大的生命财产损失，因此一直是工程地质和岩土工程学科中热门的研究课题。
上世纪后半叶，边坡极限平衡分析理论取得了长足的进步［1］。
但是，绝大多数研究都是基于二维分析，仅少数涉及三维问题且还不成熟［2］。
现实中所有滑坡都是空间问题，即使是完全具备平面应变条件的边坡，其滑动面形状也是空间曲面。
因此，空间效应对边坡稳定性的影响是不可忽略的。
开展三维滑坡危险性分析研究具有重要的现实意义。
本文针对具体滑坡，采用基于GIS 的边坡稳定三维极限平衡分析模型，计算滑坡体的三维安全系数及失稳概率，最终实现滑坡影响区域的三维可视化，实践证明该方法的可行性，为滑坡灾害的危险评价提供有效、可靠的决策支持。
1方法介绍对于一个实际的滑坡灾害体，首先将其复杂的地形、地层、岩土力学参数及地下水等因素抽象为GIS 数据层。
而基于柱体单元的边坡三维极限平衡分析模型均可采用GIS 栅格数据进行分析。
利用GIS 的空间分析功能将这些数据层转换成相应的栅格数据层。
3DSlope ，GIS 是基于商业GIS 软件的扩展模块，该模块利用GIS 三维栅格柱体单元数据结构，建立起基于GIS 数据库的边坡三维极限平衡分析方法，采用4个模型：Hovland 的三维模型、Bishop 的扩展三维模型、Janbu 的扩展三维模型及修正的Hovland 的三维模型，分析不同工况下的安全系数。
在滑坡危险性评价中，参数往往是给定范围［max ，min ］，因此采用服从正态分布的概率函数P =f （c ，φ）来进行滑坡失稳概率分析。
图1所示的破坏概率可以用下式计算：图1破坏概率示意图39P （SF 3D ≤1）=∫1－ɕ12槡πσe －（t－μ）22σ2d t （1）对水库库区上游的潜在滑坡体进行危险性分析时，涌浪危害不可忽视。
以滑坡引起的最大涌浪高度和距离入水点任意距离处的涌浪高度为重点，进行复杂的水库涌浪分析。
2过程实现在GIS 数据库中建立滑坡地表面、滑动面及地下水位面的三维数字模型。
以GIS 为平台，采用极限平衡分析方法流程计算滑坡三维安全系数、滑坡失稳概率，进而确定涌浪高度、范围。
其流程图如图2所示。
图2极限平衡分析方法流程3滑坡危险概率分析实例3．1滑坡概况位于金沙江干流水库两岸的某滑坡，滑坡体积大，稳定性差，属于溪洛渡水库蓄水后部分淹没段，很可能诱发滑坡灾害。
如果水库蓄水后诱发塌滑，入江造成的涌浪会给对岸造成重大危害。
因此，有必要对其稳定性做进一步分析。
3．2数据准备利用GIS 空间分析功能，将研究区域的地形数据转换为DEM 栅格数据。
根据现场勘查资料得到基岩与土层交界处数据，进而经过数据处理得到滑动面栅格文件。
同理得到地下水位数据。
表1为工程勘察资料提供计算所需物理力学参数。
图3为滑坡体数据准备过程。
表1滑坡体物理力学参数有效粘聚力c /kPa有效内摩擦角φ/ʎ重度γ/kN ·m －320 5518 3122根据安全系数的计算方法，可以得出该滑坡在不同工况下的极限三维安全系数。
根据其正态分布的假设得到破坏概率，灾害体各项指标如表2所示。
由于库水位较高，滑坡引起的涌浪很可能对周围设施产生一定的危害，故有必要研究其影响范围。
涌浪发生时，入水点处浪高几乎最大，在向对岸及上下游传播的过程中逐渐减小。
根据涌浪高度计算方法［5］，计算多点涌浪高度，从而得到涌浪高度线，并将其转换为栅格数据，与区域地表栅格数据组合，图4对滑坡体的影响范围实现了可视化，同时确定图5所示的承灾体范围。
3．3分析计算由计算结果可知，蓄水位下降后安全系数有所降低；在考虑地震作用的特殊组合下，滑坡破坏概率较大，即滑坡有可能失稳，建议采用扩展的Janbu 模型。
图3数据准备过程49矿产勘查2011年表2分析结果工况计算模型min SF3Dmax SF3D平均值均方差破坏概率P /%WWHovland 1．4562．6372．04650．196830扩展的Bishop 1．5512．9042．22750．22550扩展的Janbu 1．6162．932．2730．2190修正Hovland1．5072．7222．11450．20250WE Hovland 0．7381．3351．03650．099535．57扩展的Janbu 0．8441．5261．1850．113675．16修正Hovland0．7711．3931．0820．1036721．48WD Hovland 1．4292．5992．0140．1950扩展的Bishop 1．5372．8772．2070．223330扩展的Janbu 1．5882．892．2390．2170修正Hovland1．4782．6812．07950．20050WDE Hovland 0．7231．3141．01850．098542．47扩展的Janbu 0．8281．5031．16550．11257．08修正Hovland0．7561．3711．06350．102526．76备注：WW ：考虑地下水、正常蓄水位（825m ）；WE ：考虑地下水、正常蓄水位（825m ）、地震加速度0．165g ；WD ：考虑地下水、水位下降（815m ）；WDE ：考虑地下水、水位下降（815m ）、地震加速度0．165g。
图4涌浪影响范围三维显示图考虑滑坡失稳产生涌浪影响区域，进行涌浪的影响范围分析，从而为评价影响范围内基础设施及居民点的危险程度提供决策依据。
由图5可以看出，当滑坡失稳时，引起的涌浪会对库岸附近一些村庄及农田产生危害，故在预测到有地震或某些人为因素引起滑坡灾害时，需对这些区域采取有效的防范措施。
4结论本文将空间信息技术与基于力学的三维极限平图5涌浪影响范围内承灾体的分布图衡方法相结合，将边坡稳定性评价指标应用到危险概率分析中，避免使用安全系数带来的片面性，而且利用空间信息技术确定危险范围，实现滑坡灾害危险性分析的三维可视化。
基于GIS 技术，完成了研究区滑坡稳定性及危险性分析，研究结果可为政府决策部门制定滑坡危险区域应急避让措施提供科学依据。
59第2卷第1期刘秋强等：基于空间三维极限平衡方法的滑坡危险性分析参考文献［1］Duncan J M．State-of-the-Art：Limit equilibrium and finite-ele-ment analysis of slope［J］．J．Geotech．Engrg．，ASCE．1996，122（7）：577－596．［2］Hovland H J．Three-dimensional slope stability analysis method ［J］．Geotech．Engrg．，ASCE．1977，103（9）：971－986．［3］赵春宏，崔大勇，刘振波，等．GIS数据用于复杂边坡三维极限平衡稳定分析［J］．岩土力学，2000，30（3）．［4］谢谟文，蔡美峰．信息边坡工程学的理论与时间［M］．北京：科学出版社，2005．［5］潘家铮．建筑物的抗滑稳定及滑坡分析［M］．北京：水利出版社，1980．Space－based3D limit equilibrium method for landslide risk analysisLIU Qiu－qiang1，2，WANG Ji－feng2，PAN Kai2（1．China Geological Survey of Non－ferrous Metal Resources，Beijing100012；2．Resources＆Environment Engineering（Beijing）Co．，Ltd．Beijing100070）Abstract：The three dimensional information of the landslide is an essential factor to analyze the risk of the landslide．It is more effective to describe the real shape of the landslide by using the three dimensional models，so more practical engineering requires the u-tilization of three dimensional theoretical method to analyze the stability of landslide．Based on the space－based3D limit equilibrium method this paper introduces a method，to analyze the safety of landslide．The method is used to general terrain data to get the safety of landslide fastly and analyze the instability．At the same time，it models the real three dimensional model of the influenced area and ac-tualizes three dimensional visualization，which supports the risk analysis efficiently and reliably．Key words：spatial information；probability of landslide hazard；three dimensional limit equilibrium method；slope69矿产勘查2011年。
