滑坡实时监测网络地理信息系统研发及应用

基于ArcGIS Server平台,结合SQL Server数据库,开发适用于滑坡的安全监测网络地理信息系统(GIS)。该系统在研究安全监测对象的空间和属性数据建模及可视化网络查询的基础上,完成滑坡监测信息的断面分析、平面分析及三维分析模块,实现监测信息在断面、平面和三维视图中的图形化表达及插值分析、趋势图分析等多种可视化分析功能,满足滑坡监测的空间数据和属性数据一体化、可视化显示及网络查询、空间分析功能多样化等功能需求。该系统适用性强,对滑坡监测数据的实时分析、安全评估以及预报决策将起到重要作用。

基于GIS的降雨滑坡渗流-稳定实时评价方法研究

降雨是诱发滑坡灾害的主要因素之一。阐述了不同降雨强度下的雨水在边坡体中的渗透过程,其中考虑了不同降雨强度下的土壤入渗能力变化、降雨入渗量及降雨入渗前锋界面与地下水位的转化关系。将经典的Green-Ampt模型与三维极限平衡模型耦合,假定入渗区域饱和,并考虑任意降雨强度,建立了基于GIS栅格数据格式的降雨渗透-稳定实时评价模型,来定量评价斜坡体的实时稳定状态。通过模型算法和例题分析验证了本文所提方法可对单体滑坡进行实时稳定性分析。

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。

D-INSAR技术在大范围滑坡监测中的应用

对大面积自然山区进行高精度的滑坡灾害监测一直是我国及其它地质灾害频发国家的一个重要课题,尚未得到很好解决。D-INSAR技术是近年来微波遥感发展的一个重要方向,理论上可以以厘米甚至更高的精度对连续大面积的微小地面活动进行监测,被认为是极具应用前景的滑坡灾害监测技术。为此以应用D-INSAR技术对大范围的自然滑坡进行监测和预警为目的,详细地推导了D-INSAR技术监测形变的原理公式并介绍了方法和数据处理流程,在全面回顾该技术在国内外滑坡监测中的应用现状和实例的基础上,分析了D-INSAR技术在滑坡监测中的优势及问题点,并结合最新技术进展提出了解决方案,认为应该综合利用先进地球探测及数字处理技术与D-INSAR技术相结合来克服D-INSAR技术中的问题点。具体介绍了永久散射体(PS)技术、小基线子集(SBAS)技术、GPS技术及基于地面的LISA技术等,并对这几种技术与D-INSAR技术的结合进行了探讨,使其达到对滑坡更有效的监测。

基于GIS边坡稳定三维极限平衡方法的开发及应用

由于GIS强大的功能从一般的数据存储到复杂的空间分析及图形显示,在岩土工程分析中亦必将成为一个常用工具。本文研究基于GIS栅格数据和4个边坡稳定三维极限平衡模型,开发了一个GIS扩展模块用于边坡三维安全系数计算。考题和实例计算表明了该模块的正确性和便利性。

空间三维滑坡敏感性分区工具及其应用

对于滑坡敏感性分区目前有三种方法:定性法、统计法和基于岩土定量模型的确定性方法。定性法基于对滑坡敏感性或灾害评估的人为判断;统计法用一个来源于结合了权重因子的预测函数或指标;而确定性法,或者说是物理定量模型法以质量、能量和动量守恒定律为基础。二维确定性模型广泛用于土木工程设计,而无限边坡模型(一维)也用于滑坡灾害分区的确定性模型。文中提出了一个新的基于GIS(地理信息系统)的滑坡敏感性分区系统,这个系统可用于从复杂地形中确认可能的危险三维(3-D)滑坡体。所有与滑坡相关的空间数据(矢量或栅格数据)都被集成到这个系统中。通过把研究区域划分为边坡单元并假定初始滑动面是椭球的下半部分,并使用Monte Carlo随机搜索法,三维滑坡稳定性分析中的三维最危险滑面是三维安全系数最小的地方。使用近似方法假定有效凝聚力、有效摩擦角和三维安全系数服从正态分布,可以计算出滑坡失稳概率。3DSlopeGIS是一个计算机程序,它内嵌了GIS Developer kit(ArcObjects of ESRI)来实现GIS空间分析功能和有效的数据管理。应用此工具可以解决所有的三维边坡空间数据解问题。通过使用空间分析、数据管理和GIS的可视化功能来处理复杂的边坡数据,三维边坡稳定性问题很容易用一个友好的可视化图形界面来解决。将3DSlopeGIS系统应用到3个滑坡敏感性分区的实例中:第一个是一个城市规划项目,第二个是预测以往滑坡灾害对临近区域可能的影响,第三个则是沿着国家主干道的滑坡分区。基于足够次数的Monte Carlo模拟法,可以确认可能的最危险滑坡体。这在以往的传统边坡稳定性分析中是不可能的。

基于边坡单元的公路沿线滑坡危险度概率分析

公路沿线发生的滑坡、泥石流等自然灾害是造成交通停滞的主要原因。对公路沿线边坡进行稳定性评价及滑坡灾害分析对于公路管理和灾害防治具有重要意义。为了能对大范围边坡应用三维力学模型进行稳定性评价,研究中将较大研究区域划分为多个边坡单元(slopeunit),并介绍了边坡单元划分方法。对每个边坡单元,采用随机生成许多假想滑动面并通过一个基于GIS的边坡稳定性三维分析模型计算其安全系数的方法,找出具有最小安全系数的危险滑动面,同时求出在试算过程中安全系数小于某临界值(通常设为1.0)的结果出现的比率,作为该边坡单元的滑坡发生概率,以此作为指标对研究区域进行危险度评价。通过对日本49号国道沿线边坡中的应用对该方法的实用性进行了验证。

基于GIS泥石流二维数值模拟

为了模拟泥石流的运动规律,预测降雨诱发的泥石流到达距离和泛滥范围,减少和避免泥石流引起的灾害,给出了一个模拟泥石流运动的二维数值模型。由于GIS中的栅格网络数据可以直接作为有限差分的网格,二维数值模型可用有限差分来求解。模型应用于2003年7月20日发生在日本九州南部熊本县水俣市宝川区集村的泥石流。模拟再现了这个真实泥石流的传播和泛滥的过程,并与实际检测结果很吻合,验证了这个深度积分的二维数值模型的有效性和实用性。模型可用于预测泥石流的流动距离和泛滥范围,以及泛滥范围内的危险房屋和路段,也可以用于泥石流灾害的风险性分析。

泥石流的二维数学模型

泥石流是在重力作用下,由砂粒石块和水等组成的固液混合物,是一种发生于山区的复杂的地质灾害现象。泥石流主要是由暴雨诱发引起的,它沿着复杂的三维地形高速流动,具有流体流动的特性。为了模拟泥石流的运动规律,预测降雨诱发的泥石流的到达距离和泛滥范围,减少和避免泥石流引起的灾害,把泥石和雨水组成的固液混合物假定为遵循均匀、连续、不可压缩的、非定常的牛顿流体运动规律。基于质量守恒方程和Naiver-stokes方程,采用深度积分方法,推导出了一个模拟泥石流运动的二维数学模型。所有方程式可用有限差分法来求解。结合GIS,该模型可用于预测泥石流的流动距离和泛滥范围,以及泛滥范围内的危险房屋和路段,也可以用于泥石流灾害的风险性分析。

公路沿线花岗岩风化区滑坡危险度评价——以日本49号国道合户地区为例

对公路沿线边坡进行稳定性评价及滑坡灾害分析,对于由滑坡、泥石流等引起的公路灾害的防治具有重要指导意义。为了评价处于花岗岩风化区的日本福岛县合户地区49号国道沿线边坡的滑坡危险程度,在调查和分析了该地区的表层破坏模式、并通过简易探测方法摸清了风化土层的厚度分布后,将研究区域划分为边坡单元(Slopeunit),使用椭球体下半部模拟滑动面的形状,通过随机试算法确定各边坡单元危险滑动面的位置及空间形状;采用一种基于GIS的边坡稳定性三维分析模型计算各边坡单元最小安全系数以及滑坡发生概率,定量评价滑坡灾害危险程度。所有的计算过程及结果显示均在一个基于GIS平台的系统中完成,为如何利用GIS技术更好地为滑坡灾害防治工作服务拓宽了思路。

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MonteCarlo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。

基于GIS的住宅区周边危险边坡三维稳定性评价

为了评价日本千叶县某住宅区周边大范围边坡的滑坡危险度,探讨了一种基于GIS的三维边坡稳定性评价方法。首先根据已有的CAD格式的地形等高线图及有限的钻孔数据,得到地表、地层、地下水的三维GIS数据。在依据边坡倾角、倾向等地形特性对该大范围边坡划分边坡单元的基础上,采用一种基于GIS栅格数据的边坡稳定三维极限平衡分析模型计算了研究区域各边坡单元的安全系数,进行了滑坡危险性分区评价。本研究对于如何利用有限的现场调查数据来进行高精度的数值计算分析,以及GIS在地质防灾领域的更深层次的应用具有一定的参考价值。