岩土力学 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (4): 1397-1404.doi: 10.16285/j.rsm.2018.0540

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于GIS的边坡稳定性计算方法研究

余 国1,谢谟文1,郑正勤2,覃事河2,杜 岩1   

  1. 1. 北京科技大学 土木与资源工程学院,北京 100083;2. 国电大渡河猴子岩水电建设有限公司,四川 康定 626000
  • 收稿日期:2018-04-03 出版日期:2019-04-11 发布日期:2019-04-25
  • 通讯作者: 谢谟文,男,1965年生,博士,教授,主要从事地质灾害、GIS与遥感应用及信息系统开发、防灾减灾的研究及教学工作。 E-mail: mowenxie@126.com E-mail: yuguo199001@126.com
  • 作者简介:余国,男,1990年生,博士研究生,主要从事岩土工程与GIS方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金面上项目(No. 41372370)

Research on slope stability calculation method based on GIS

YU Guo1, XIE Mo-wen1, ZHENG Zheng-qin2, QIN Shi-he2, DU Yan1   

  1. 1. School of Civil and Resource Engineering, University of Science & Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2. Guodian Dadu River Houziyan Hydropower Construction Co., Ltd., Kangding, Sichuan 626000, China
  • Received:2018-04-03 Online:2019-04-11 Published:2019-04-25
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41372370).

摘要: 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。

关键词: GIS, 边坡稳定性, 极限平衡, 滑面正应力, 组件对象模型

Abstract: Combined with the assumption of normal stress distribution on sliding surface and the spatial analysis capability of Geographic Information Systems (GIS), a three-dimensional (3D) slope equilibrium model based on grid cells is established, and a GIS-based slope stability calculation method is proposed. In this method, a 3D slope stability analysis model based on grid cylinder elements is firstly established, and the spatial computational expression of each parameter in GIS is clearly articulated. Secondly, under the condition of limit equilibrium, a set of stability analysis equations, including three force equilibrium equations and one moment equilibrium equation of the sliding body, are derived for solving the three-dimensional safety factor. Finally, following the Mohr-Coulomb strength criterion and the assumption of normal stress distribution on the sliding surface, the three-dimensional safety factor is solved. Moreover, the component object model (COM) technology is used to develop a GIS-based 3D slope stability analysis module, which can be implemented for the complex algorithms and the calculation of multiple stratigraphic slopes and multiple combinations of factors in 3D slope stability analyses. The correctness and feasibility of the module are verified by three typical cases.

Key words: GIS, slope stability analysis, limit equilibrium, normal stress on slip surface, component object modet (COM)

中图分类号: 

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[1] 刘杨, 刘维, 史培新, 赵宇, 王秒, . 超深地连墙成槽富水软弱层局部失稳理论研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 9-18.
[2] 孙曦源, 衡朝阳, 周智, 张剑涛. 某超浅埋过街通道围岩压力的极限平衡求解方法[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 312-318.
[3] 肖世国, 刘航, 于昕左. 水平柔性拉筋式重力墙−坡体地震整体 稳定性分析方法[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 1836-1844.
[4] 史振宁, 戚双星, 付宏渊, 曾铃, 何忠明, 方睿敏, . 降雨入渗条件下土质边坡含水率分 布与浅层稳定性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 980-988.
[5] 江南, 黄林, 冯君, 张圣亮, 王铎, . 铁路悬索桥隧道式锚碇设计计算方法研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 999-1009.
[6] 苏永华, 李诚诚. 强降雨下基于Green-Ampt模型的边坡稳定性分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 389-398.
[7] 陈建功, 李 会, 贺自勇, . 基于变分法的均质土坡稳定性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 2931-2937.
[8] 张海娜, 陈从新, 郑 允, 孙朝燚, 张亚鹏, 刘秀敏, . 坡顶荷载作用下岩质边坡弯曲倾倒破坏分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 2938-2946.
[9] 余国, 谢谟文, 胡庆忠, 靳玉鹏, . 基于GIS的库岸滑坡滑速计算方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2781-2788.
[10] 韩同春, 林博文, 何露, 苏钰钦, . 基于GIS与数值模拟软件耦合的 三维边坡建模方法及其稳定性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2855-2865.
[11] 余国, 谢谟文, 孙紫豪, 刘鹏. 基于GIS的三维对称边坡滑面正应力分布 逼近函数构造[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2332-2340.
[12] 李书兆, 王忠畅, 贾 旭, 贺林林, . 软黏土中张紧式吸力锚循环承载力简化计算方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1704-1712.
[13] 胡田飞, 刘建坤, 王天亮, 岳祖润, . 粉质黏土变形特性的冻融循环效应及其双屈 服面本构模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 987-997.
[14] 夏侯云山, 张抒, 唐辉明, 刘晓, 吴琼, . 考虑参数空间变异结构的结构化交叉约束 随机场模拟方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4935-4945.
[15] 唐洪祥, 韦文成. 耦合强度各向异性与应变软化的边坡稳定 有限元分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 4092-4100.
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