基于斜坡单元的山区三维斜坡稳定性评价

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西部山地地区地形地貌条件复杂、地质灾害频发,在进行建设规划与选址前,需要对规划区域的地质灾害发育情况进行调查与评价,避免直接在地质灾害发生可能性大的区域开展建设活动,以保障山区人民的生命财产安全。然而现在针对地质灾害(以滑坡灾害为主)的区域性评价大多以定性或部分定量的方法为主,即选取多个地质灾害发生的影响因子构成评价指标体系,在对各因子进行量化分级等处理后运用数学模型进行综合叠加从而得出评价结果,这些评价过程中都存在着许多定性处理,因此没有统一的评价标准,也存在着一些问题,例如选取哪些指标因子,如何给指标量化和分级,以及指标存在不确定性等。本文依托“十二五”国家科技支撑计划课题《村镇区域空间规划与土地利用优化技术集成示范》(2012BAJ22B06),以重庆市涪陵区义和镇为研究对象,在GIS平台下结合斜坡单元划分技术、三维滑动面搜索技术、人工智能优化算法、三维极限平衡法以及可靠度分析原理,对山地地区土质斜坡以及岩质斜坡的稳定性进行定量评价,以弥补定性评价中存在的不足,为西部山区发展建设提供更加科学可靠的规划依据。本文的主要研究工作及成果如下:(1)在GIS平台的支持下,为斜坡稳定性评价划分了评价单元并构建了数据集,主要包括利用斜坡单元划分技术将整片区域划分为多个单独的斜坡作为评价对象,并将每个斜坡单元中的空间地质信息与岩土体力学信息以数据点的形式进行集中存储,构建出斜坡单元数据集。(2)基于斜坡单元数据集,开展了土质斜坡稳定性评价方法研究。利用三维极限平衡法、三维滑动面搜索技术、以及可靠度分析原理等,建立了一套可以对区域性大规模土质斜坡进行批量计算稳定性系数、自动搜索最危险滑动面、计算可靠度,并最终进行稳定性评价的方法。(3)基于斜坡单元数据集,针对变形破坏主要受结构面控制的岩质斜坡开展了稳定性评价方法的研究。利用极限平衡法、可靠度分析原理,并引入了一种新的危险结构面组合搜索技术,建立了一套可以对区域性大规模岩质斜坡进行自动搜索结构面组合岩块、计算稳定性系数、计算可靠度,并最终得出稳定性评价结果的方法。(4)对所建立的三维斜坡稳定性定量评价方法进行了工程应用研究,选取重庆市涪陵区义和镇一片6平方公里的研究区域,利用本文提出的斜坡稳定性定量评价方法,建立了斜坡单元数据集,并对整片区域的土质斜坡以及岩质斜坡开展了稳定性分析计算,最终根据计算得到的稳定性系数以及失效概率绘制出了该区域斜坡稳定性评价分级图,经比较与研究区域实际情况相符。
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