基于边坡单元的三维滑坡灾害评价的GIS方法

利用一个新的基于地理信息系统(GIS)栅格单元的三维定量模型，并且以边坡单元(slope unit)作为研究对象，利用三维安全系数指标进行滑坡灾害的分区。假定初始滑动面为椭球体的下半弧面，滑坡的最危险滑动面通过Monte—Carlo模拟方法搜索最小三维安全系数的方法获得。本模型既可适应于单一土层，也可适应于多层地层的情况，还可考虑地下水和不连续面的影响。所有的计算过程和数据结果显示均在一个名为3DSLOPEGIS的系统内完成。在该系统中，使用一个GIS组件来实现所有的GIS功能和空间分析功能。     

基于微震监测的岩质边坡稳定性三维反馈分析

锦屏一级水电站左岸边坡已成功采集大量微震数据,通过对左岸边坡在开挖、灌浆加固阶段的微震活动时空分布规律分析研究,初步识别和圈定边坡深部岩体损伤区域。然而,如何有效利用丰富的微震信息定量评估左岸边坡稳定性一直是项目研究的关键。首先归纳岩质边坡稳定性研究方法,阐述基于微震监测进行边坡稳定性反馈分析的必要性,提出一种基于微震信息反演的岩体损伤模型,通过有限元程序自动搜索微震损伤影响范围内岩体单元并进行相应力学参数折减,寻求边坡失稳过程岩体损伤的微震活动性、强度弱化与边坡动态失稳之间的联系,从而定量评价边坡稳定性。研究结果表明:(1)基于微震监测的边坡稳定性三维反馈分析可以很好地考虑边坡岩体损伤引起的影响;(2)反馈计算得到的边坡安全系数较不考虑微震损伤情况降低0.11,说明爆破开挖、灌浆加固等施工扰动诱发的微震活动对左岸边坡稳定性有一定影响。基于微震监测的边坡稳定性三维反馈分析方法可以评价其它类似岩质高边坡稳定性。     

二维与三维边坡稳定性对比分析

基于二维与三维模型,对同一边坡进行了稳定性考察,计算结果表明：坡硕面荷载的分布范围越小,边坡的安全系数越大,其与二维计算结果相差越大,因此,一般情况下,三维模型的计算结果大于二维模型的计算结果,采用二维模型考察边坡稳定性可能低估了边坡的安全系数。     

基于极限平衡法的边坡稳定性可靠度分析

传统方法对边坡稳定性进行分析时,不能定量考虑土体参数随机性、变异性的影响。为更好地对边坡稳定性进行评价,本文基于传统边坡稳定性计算方法,同时考虑参数的变异性和分布类型的差异,利用蒙特卡洛模拟技术,编制了相应程序。针对某匀质边坡,利用Fellenius法、Bishop法、Janbu法和Morgenstern-Price法进行破坏概率计算。结果表明,安全系数大于1时,边坡仍有破坏的可能,边坡稳定性对参数变异性的敏感度不同,参数变量分布类型也会对边坡稳定性评价结果产生影响。利用可靠度方法得到的可靠度指标、破坏概率等指标,能够定量地描述各参数变异性对边坡稳定性的影响。因此,可以将可靠度的方法和确定性的方法相结合,对边坡的稳定性进行描述,为滑坡风险的评估提供参考依据。     

滑坡发生地周围类似滑坡再发分析及灾害评价

在具有相同和类似工程地质条件的山丘地区，其边坡破坏形式及滑坡灾害往往表现为相同和相近的特征，因此在分析大范围山丘区域内的滑坡灾害时，对既往滑坡破坏及灾害的研究可用于邻近区域滑坡灾害再发可能性分析。在调查和分析了发生于日本熊本地区的一边坡破坏及其灾害的机理后，采用边坡三维稳定性分析推求了适应邻近区域边坡稳定性分析的物理力学参数；同时将邻近的研究区域划分为边坡单元，对各边坡单元采用Monte Carlo模拟方法并基于边坡稳定性分析的极限平衡模型搜索了最不利的三维滑体；对照既往滑坡破坏及灾害的影响范围，对整个区域内的可能不稳定滑体的可能影响溪流及影响范围进行了分析，同时在与该地区的道路建筑物等地理信息系统数据集进行叠加后得出了今后可能受灾的民宅及路段。     

基于空间三维极限平衡方法的滑坡危险性分析

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。     

基于无人机遥感的滑坡灾害风险分析

随着无人机技术的日益发展，无人机遥感逐渐广泛地应用于地质灾害的风险分析中，但基于该技术的滑坡灾害定量风险分析方法仍在探索中。利用无人机遥感采集的激光点云数据，建立了边坡的三维几何模型，使用一阶可靠度方法估算边坡的破坏概率；通过FLAC3D数值模拟软件计算边坡的安全系数，并对FLAC3D进行二次开发来确定边坡的失效后果，由此对单体滑坡灾害进行定量风险分析。分析方法简捷明了，为评估滑坡灾害的风险提供了新的思路。     

基于遗传算法的土坡三维可靠度分析

 边坡稳定分析的三维安全系数方法和三维可靠度分析方法一般均需人为给定一个与滑坡体宽度相关的参数或仅针对固定三维滑面进行分析计算。由于这样计算得到三维安全指标并不是最小值，因此难以反映边坡真正的安全度水平。引入随机场局部平均计算模型，考虑土性参数的空间相关性，边坡存在一个最小可靠指标对应的三维滑坡形态，这为采用优化方法进行土坡稳定三维可靠度分析奠定基础。对最小三维可靠度指标与三维临界滑面存在的缘由进行分析。遗传算法是一种优秀的全局寻优算法，可以有效解决边坡稳定分析临界滑面搜索问题。引入土性参数的空间相关模型，结合边坡稳定的三维简化毕肖普方法，直接以边坡稳定的三维可靠度指标为优化目标，建立基于遗传算法的边坡稳定三维可靠度分析方法。该方法无需滑坡宽度的假定，可以得到真正的边坡稳定三维可靠指标及对应的三维临界滑面。算例说明该方法的有效性。     

石榴树包滑坡机制的有限元分析

石榴树包滑坡是黄蜡石滑坡的组成部分。利用基于位移控制技术的有限元法对滑坡机制进行了分析，展示了Katona接触单元在模拟滑面时的应用。作为对比，还设置了另一计算方案，在此方案中，将整个滑体的力学参数都取为滑带的力学参数，同时，将滑体和基岩之间的界面作为普通的岩性分界面。计算结果表明，两种不同的连接形式的安全系数相近，但失稳机制却不同，从而证实了边坡的稳定性是由滑带的性状控制的。对于常规有限元法所求得的安全系数与经典的极限平衡法的安全系数之间存在较大差异的原因也进行了分析。     

基于ABAQUS数值模拟法降雨条件下的边坡稳定性分析

针对现场勘察常见的滑坡问题，文中以室内试验测定的力学参数为基础，通过ABAQUS模拟软件建立滑坡地质力学模型，研究滑坡过程中力学特性，针对天然情况以及暴雨状态下边坡的稳定性以及滑动区岩土体的位移场、塑性区进行边坡的稳定性分析。结果表明，以坡顶处位移突变和塑性区是否贯通为评价标准时，边坡稳定安全系数最贴近实际工况，降雨后的安全系数急剧下降说明边坡有必要进行支护。     

基于GIS空间数据库的三维边坡稳定性分析

结合GIS的空间数据分析功能和改进的Hovland三维边坡稳定分析模型，提出一个全新的基于GIS空间数据库的三维边坡稳定分析模型，假定初始三维滑动面为椭球形，研究采用Monte-Carlo模拟方法搜寻最危险滑动面，全部分析研究程序采用VB和GIS控制软件编制，利用GIS的空间数据处理分析功能，各种可能滑动面所需输入数据可以方便地得到，而且结果也能方便地在数字地图上表示和分类。     

三维边坡拟静力抗震稳定性分析

 基于滑面正应力修正的三维边坡稳定性分析,采用拟静力的分析方法,建立三向地震作用下边坡的平衡方程,通过求解线性方程组得到安全系数与三向地震作用的函数关系。比较二维与三维拟静力分析方法对安全系数的影响;分别讨论对称滑体与非对称滑体2种情况下,三向地震对安全系数的影响规律;考虑滑体长度、不对称的程度以及土体参数等对安全系数的影响,并计算三向地震作用下的安全系数与仅考虑水平地震作用的安全系数之间的相对误差。结果表明：水平地震作用对安全系数影响最大,竖向地震作用次之,横向地震作用最小;采用三维分析方法更符合实际情况,精度更高。     

基于有限元应力的三维边坡稳定性分析

在有限元应力分析的基础上,采用剪应力定义的安全系数来评价边坡稳定性也是较常用的一种分析方法。针对简单三维边坡体,将该方法得到的数值解与其推导出来的解析解进行对比分析,结果表明,材料泊松比对滑体的应力分布及安全系数计算均有一定的影响,当泊松比逐渐接近于0.5时,采用该方法得到的简单边坡体的数值解与解析解完全一致。最后将该方法应用到具体岩质高边坡工程实例中,并与有限元强度折减法进行对比分析,结果显示2种方法的计算结果具有较好的可比性。     

三维边坡严格与准严格极限平衡解答及工程应用

分别推导出满足所有6个平衡条件三维边坡严格极限平衡解答和满足5个平衡条件的三维边坡准严格极限平衡解答。假定空间滑面上正应力初始分布,对于严格解,用含5个参数的修正函数对其修正;对于准严格解,则采用含4个参数的修正函数。严格平衡方程组最终化为关于三维安全系数的六次代数方程,通过调节滑动方向和转动系数使修正后滑面正应力为正,从而得到有意义的严格极限平衡解答;而准严格平衡方程组最终化为关于三维安全系数的四次代数方程,其最大解析实根为准严格极限平衡解答,且只需调节滑动方向,计算过程更为方便实用。算例计算结果表明,三维边坡准严格解答与严格解答十分接近,对工程问题可直接采用准严格解答。该方法计算原理简单,易于编程实施,计算结果精度高,且适合任意形状空间滑面。应用该方法对重庆乌江银盘水电站左岸坝肩边坡及坝基岩体进行三维稳定性分析,克服了二维稳定性分析的局限性,计算结果更为合理可靠,为坝基与坝肩加固设计提供理论依据。     

三维滑裂面形状对安全系数的影响

 基于滑面正应力修正模式的假定,根据边坡的平衡条件,导出含安全系数的平衡方程组,通过反复迭代求解安全系数。假设滑面是一簇幂函数绕 y 轴旋转得到的曲面,通过变化幂函数的幂次,得到不同形状的滑面。据此,讨论滑面形状对安全系数的影响,结果表明安全系数是幂次的单值函数且存在极小值。所以,可以通过优化幂函数中的幂次得到最小安全系数对应的最危险滑面,并分析最危险滑面所对应的幂次随滑体长度的变化规律。最后,讨论三维边坡端部效应。研究结果表明：该方法能够得到更小的安全系数,最危险滑面所对应的幂次随着滑体长度的增大先略微降低后逐渐增大。端部效应分析显示：当滑体长度大于坡高10倍时,端部效应可以忽略;端部效应随着内摩擦角的增大而有所增强,随着黏聚力的增大而减弱,与边坡倾角没有关系。     

一种新的边坡稳定性因素敏感性分析方法——可靠度分析方法

传统的边坡稳定性因素敏感性分析方法基于确定性计算,仅能得到边坡稳定性对各变量的敏感性大小,无法获得边坡稳定性对不同滑面位置上的同一岩土参数的敏感性。在可靠度分析基础上提出一种新的边坡稳定性因素敏感性分析方法——可靠度分析方法,该方法采用随机场模型来描述边坡滑面上岩土参数的空间变异性,通过验算点法优化求解实现,分析结果可得到边坡的最小可靠指标、概率临界滑面、参数敏感性因子在临界滑面上的分布曲线。研究结果表明,敏感性因子分布曲线随边坡尺度和岩土参数波动范围的相对大小变化而变化,根据边坡可靠度指标在临界滑面上的不同位置上的敏感性因子,可对边坡加固位置提出设计改进,将有限的加固措施加于敏感性因子较高的位置,能够更有效地提高边坡的稳定性,较之传统的边坡稳定性因素敏感性分析方法具有明显的优越性。     

基于滑移线场理论的边坡滑裂面确定方法

发展了一套基于滑移线场理论,并根据有限单元法的计算结果来确定边坡滑裂面的数值模拟方法,在此基础上研究了流动法则对边坡稳定分析的影响。该方法可以考虑弹性区与塑性区的区别,并可以考虑不同的流动法则。给出了滑移线方向场数值模拟的具体方法和由滑移线方向场追踪滑移线的方法,提出安全系数最小的滑移线即为边坡的滑裂面。算例证明了方法的有效性。研究结果表明,对于无约束的天然边坡,自重作用下其安全系数受流动法则的影响较小,而滑裂面的位置随流动法则的不同而不同;当坡顶有荷载作用时,尤其是边坡的稳定性主要由坡顶荷载决定时,无论是安全系数还是滑裂面,流动法则的影响均很大,采用相关联流动法则可能会高估边坡的稳定性。