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。     

考虑土体空间变异性的边坡最危险滑动面随机分析方法

现有边坡可靠度研究均未考虑土体空间变异性对边坡最危险滑面的影响。为此，提出了考虑土体空间变异性的边坡最危险滑动面随机分析方法。首先，采用谱表现法建立了表征土体空间变异性的随机场模型。在此基础上，提出了基于SIGMA/W和SLOPE/W的自动定位搜索最危险滑动面方法。其次，采用非侵入式随机分析方法研究了抗剪强度参数空间变异性对边坡最危险滑动面空间分布的影响。最后，采用算例验证了所提方法的有效性。结果表明：提出的边坡最危险滑动面随机分析方法能够有效地确定边坡最危险滑动面空间分布特征。土体抗剪强度参数的空间变异性对边坡最危险滑动面的空间分布特征有重要的影响，它直接决定了边坡最危险滑动面的位置和滑体规模。土体抗剪强度参数波动范围越大，最危险滑动面的空间分布范围越大。随着土体抗剪强度参数水平向和竖直向波动范围比值的增大，边坡上部发生局部滑动的可能性增大。抗剪强度参数的变异系数越大，最危险滑动面的空间分布范围越大，边坡发生小规模局部滑动的可能性越大。     

边坡全局临界滑动场(GCSF)理论及工程应用

在边坡稳定性分析时,通常采用单一的最小安全系数及其对应的临界滑动面表示边坡稳定性程度和潜在破坏范围,而忽略了安全系数稍大但潜在破坏范围更广或工程意义更重要的滑动面。临界滑动场方法不仅能够方便准确地逼近出任意形状临界滑动面,而且将所有其它危险滑动面同时显示出来,以剩余推力表示其稳定程度。本文在此基础上进行改进,提出边坡全局临界滑动场理论与建立方法。所有出口的任意形状局部临界滑动面及其安全系数都能在全局临界滑动场中反应出来,这样有利于全面合理地评价边坡的稳定性。文中将此理论验算了试验路堤,与实测结果吻合很好。最后给出工程应用实例,表明边坡全局临界滑动场理论具有一定的工程实用性。     

边坡稳定性三维极限平衡分析的新探讨及其应用

边坡稳定性的评价，特别是对于具有复杂几何特征的问题，应作为三维问题处理。文中提出了一种评价边坡稳定性的三维极限平衡方法，并编制了相应的计算机程序。程序使用者可结合工程经验，方便地确定可能的滑面，对工程上可能的多个滑动方向进行计算、分析，并且能方便的计算出各种情况下的安全系数和滑动推力。同时可考虑地下水、地震等因素。最后，文中对宜宾翠屏山滑坡进行了稳定分析。     

遗传算法在土坡稳定性优化问题中的应用

本文基于简化Bishop法确立的土坡稳定分析模型，用遗传算法求解土坡最小安全系数和最危险滑动面。通过算例得出符合工程实际的结果，显示了遗传算法在边坡稳定分析中的精度与可靠性。     

有限元法在边坡稳定与加固分析中的应用

在边坡的稳定分析中，应用有限元强度折减法，能够得出边坡在达到极限平衡时的危险滑动面，和以往对滑动面形状和位置进行假设的方法相比，强度折减法更加的方便和实用。本文通过有限元强度折减法，分析边坡开挖和锚索对边坡的加固作用，边坡采用分步开挖的方法，运用ANSYS软件输入初始应力的方法模拟边坡在自重应力下的应力应变情况。采用两点集中力的方法来模拟压力型话索框架对土体的加固，运用锚索经验公式反应锚索在土体中的抗剪作用，两种方法相结合，能够比较真实地反应预应力锚索对边坡的压密加固过程和在土体中所起到的刚度作用，能够在实际工程中加以应用。     

遗传算法在边坡稳定系数计算中的应用

边坡稳定性的关键问题是确定最危险滑动面(潜在最危险滑动面)和边坡的稳定系数。国内外一般是采用先假定边坡滑移模式,然后近似确定最危险滑动面,再求近似的边坡稳定系数的方法来分析边坡的稳定性,但假设的边坡滑移模式难以反映边坡滑移的实际状态。因此本文探索利用遗传算法搜索最危险滑动面,并得到最小稳定系数及对应的最危险滑动面曲线,取得了较好的效果。     

一种三维均质土坡滑动面搜索的新方法

通过提出一种新的随机方法生成2条随机曲线:一条为三维滑体滑动方向上与坡面线围成断面尺寸最大的随机母线;另一条为垂直滑动方向上与坡面线围成断面尺寸最大的随机准线.三维滑动面是由准线在母线上移动或母线在准线上移动形成的,这时,形成的三维滑动面容易将滑体划分为n×m个铅垂条块,进而能够方便地实现三维安全系数公式中的土块微分量计算以及三维滑动面图形的生成.在此过程中,针对随机搜索精度不高的问题,通过将随机母线和随机准线用近似母线和近似准线来代替进行改进,通过搜索由近似母线和近似准线形成的任意三维滑动面来找到最危险滑动面.三维均质土坡算例表明:用本文方法计算的安全系数比其他方法计算的小,因而偏于安全,证明了所提方法的有效性.滑体长度对土坡稳定性影响的研究表明:三维边坡的稳定性高于二维边坡,随着滑体长度的增加,三维稳定性趋于二维稳定性;从准线形状分析结果以及母线与二维滑动面的对比分析证明,对于无限长三维均质土坡,其滑动面简化为二维圆弧是可行性的.     

非对称旋转破坏的三维Bishop边坡稳定算法

根据Bishop简化法的计算假定和原则,并假定边坡的整体滑动方向,推导出三维边坡稳定分析的计算方法。该方法适用于对称和非对称的旋转破坏的边坡稳定问题,如边坡破坏面为对称的圆弧、旋转椭圆等旋转面,或者这些旋转面的组合面,或者旋转面与平面的组合面等。探讨了三维Bishop简化法应用于非对称破坏存在的问题。     

水力条件下具有张裂缝临河边坡稳定性分析

 临河边坡由于多种因素可引起坡顶面出现张裂缝,而在水力条件下坡体则变得越不稳定,以致可能发生失稳,因此对水力条件下张裂缝临河边坡的稳定性分析具有重要意义。基于直线滑动面方法、圆弧滑动面方法和滑动面搜索新方法,对此类边坡进行稳定性分析。在考虑渗流作用的情况下,将流网进行合理简化,且以土体、土骨架为研究对象及采用等效容重法对滑动体进行受力分析。直线滑动面时,推导出折线型和台阶型边坡的安全系数计算公式。通过算例分析,并分别研究坡外水位和张裂缝积水深度变化对边坡稳定性的影响,可得到如下结论：(1) 对于最小安全系数的计算,直线滑动面方法偏大,滑动面搜索新方法与圆弧滑动面方法相接近,但比圆弧滑动面方法小;(2) 采用相同类型滑动面搜索方法时,以土体与土骨架为研究对象分析得出的结果一致,以土骨架为研究对象和等效容重法分析得出的结果等效;(3) 坡外水位在一定高度及以下时,不同类型滑动面方法均表明边坡将处于不稳定状态;(4) 随张裂缝积水深度的升高,采用不同类型滑动面搜索方法计算得到的安全系数都将减小,说明张裂缝积水深度越高,边坡状态越不稳定。     

基于GIS和最小势能原理的斜坡稳定性三维分析

借助GIS的数据管理和空间分析功能,提出了一个基于最小势能原理的斜坡稳定性三维计算方法。最小势能原理针对滑面和滑体进行系统分析,从而避免了采用常规方法计算所需要的各种假设条件。从三维地质模型中提取滑体几何参数和物理力学参数,可以很方便地计算任意形态滑面的滑坡稳定性系数,三维与二维计算的结果比较证明了该方法的合理性和适用性。     

基于Morgenstern-Price法边坡三维稳定性分析

 工程中边坡滑裂面通常都是三维空间上的一个曲面,采用传统的二维稳定性分析方法对其进行分析与实际不符。Morgenstern-Price极限平衡条分法(M-P法)是最严密的边坡二维稳定性分析方法,将其拓展并引入边坡三维稳定性分析中。通过类似于M-P法的条间力假定,建立一种新的边坡三维稳定性分析方法—基于M-P法边坡三维极限平衡分析法。给出2个验证算例,与现有几种方法对比计算结果表明：该法不仅计算结果更可靠,而且力学模型更为严谨,计算公式简便且易于编程,可在边坡工程设计及滑坡治理中推广应用。     

基于三维力学模型的大范围自然边坡稳定性概率评价方法

 为了对大范围自然边坡的滑坡危险度进行评价,利用GIS技术作为平台,把传统的三维极限平衡力学模型耦合到概率统计分析框架中,提出一个基于边坡单元的定量评价的新方法。在把大面积的研究区域划分为边坡单元后,采用一个基于GIS的三维力学模型计算每个边坡单元三维安全系数的分布。假定此分布遵从对数正态分布,再采用一个可靠性指标计算该分布中小于某临界值的概率,并以此来定量评价该边坡单元的整体滑坡危险度。此方法同时也可以求得各边坡单元的最危险滑动面的位置和规模。开发一个专业GIS系统来完成所有的计算分析步骤,本系统能够快速、高效地完成大量的三维建模与安全系数计算,综合了三维力学模型与概率统计方法的优点,实现了对地形地质条件复杂多变的大范围自然边坡的稳定性定量评价。通过对日本一国道边坡应用对本方法的有效性进行了验证。     

Three-dimensional critical slip surface locating and slope stability assessment for lava lobe of Unzen volcano

Even Unzen volcano has been declared to be in a state of relative dormancy,the latest formed lava lobe No.11 now represents a potential slope failure mass based on the latest research.This paper concentrates on the stability of the lava lobe No.11 and its possible critical sliding mass.It proposes geographic information systems (GIS) based three-dimensional (3D) slope stability analysis models.It uses a 3D locating approach to identify the 3D critical slip surface and to analyze the 3D stability of the lava...     

一种边坡稳定性分析的三维极限平衡法及应用

将离散后的条柱间作用力等效成滑面正应力,依据整个滑体的平衡条件,提出一种适用一般空间形态滑面的边坡三维极限平衡法。首先通过类比经典土压力理论和Spencer的条间力假定,提出了条柱间作用力假设模型,由典型条柱的平衡条件得到滑面正应力的分布函数(含3个待定参数),再根据整个滑体的4个主要平衡条件建立平衡方程,采用数值方法和解析法求解平衡方程组获得三维安全系数。算例验证研究结果表明：该方法计算结果与已有方法相印证,其精度与严格三维极限平衡法相当,适用于任意空间滑面形态。最后,应用该方法初步评价金坪子II区边坡的整体稳定性,取得较理想的效果。该方法理论严谨,结果可靠,计算过程简单且易于编程,可在边坡工程设计及滑坡治理中推广应用。     

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。     

三维简化Janbu法分析边坡稳定性的扩展

对三维简化的Janbu法进行了扩展，使得离散后在同一行上的各条块在水平横向的安全系数相等以及在同一列上的条块在水平纵向的安全系数相等，得到不同行(列)的安全系数，最后通过各条块底滑面的几何特性与受力分析给出其独立的安全系数以及各条块潜在的滑动方向。该方法拓展了传统极限平衡方法只给出坡体总体安全系数的思路，可对坡体局部稳定性和潜在滑动方向进行判定。该方法可适用于任意形状的滑面，还可分析包括考虑孔隙水压力、地质体分层、上覆载荷以及地震力等其他形式的外载。     

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。     

基于滑面正应力修正的极限平衡法的研究现状

基于滑面正应力修正的极限平衡法是近年来发展起来的一种边坡稳定性分析方法,具有良好的发展潜力。在已有工作的基础上,对该方法的研究成果作了系统的归纳总结,主要包括基本理论的建立和完善、二维与三维极限平衡研究和典型工程应用等三大方面。同时介绍了借助该方法的基本原理在加固边坡的稳定性、三维边坡滑带强度参数的反演分析、地震作用下的三维边坡稳定性评价、三维边坡稳定性分析中的端部效应等方面取得的进展。最后,对该课题的研究不足和下阶段的研究方向进行了阐述。