基于ArcObjects的公路边坡稳定性评价系统研究.pdf

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1、1绪论1绪论1．1研究背景与研究意义随着我国国民经济的大力发展，以高速公路为代表的高等级公路建设迅猛发展，很多省区的高速公路已由平原进入山区。特别是西部大开发战略的实施，山区高等级公路建设越来越多。由于工程的需要，往往在一定程度上破坏或扰动了原来较为稳定的斜坡而形成了新的人工边坡，因而存在着理论安全边坡坡角与实际边坡坡角之间的问题需要解决。显然，从安全观点出发，边坡坡角越小，边坡越安全：但从经济方面考虑，却要求边坡具有较大的坡度。西部地区多为山岭丘陵区，由于地质、地形和水文条件复杂，公路修建不可避免出现高填深挖，自然山体的平衡遭到破坏，边坡失稳现象时有发生

2、，这类边坡稳定与否和公路能否安全使用有着很大的关系【I司。因此，需要对公路边坡稳定性评价方法进行研究、归纳和建立数学模型，进而开发一种公路边坡稳定性评价软件，以提高公路边坡稳定性评价的科学性和效率。在此背景下，西安科技大学地环系工程地质课题组研发了基于SuperMap的公路边坡稳定性评价系统网，该系统具有边坡稳定性定性评价、稳定性定量评价和加固设计的功能。经实际应用，该系统基本满足工程的需要。但由于开发平台SuperMap的原因，系统还存在着导入数据操作复杂、数据库不通用和三维功能弱等不足。作者尝试以国际领军的GIS二次开发平台AmObjeets为平台，对

3、系统进行再次的设计开发，以对原系统进行完善，使其更加易于推广应用，也促进了AreObjects在公路边坡稳定性评价方面的研究与应用。1．2国内外研究现状分析1．2．1边坡稳定性评价方法研究现状目前，边坡稳定性评价方法主要包括定性分析法、定量分析法和非确定分析方法三种：(1)定性分析法。主要是通过工程地质勘察，对影响边坡稳定性的主要因素、可能变形破坏方式及失稳力学机制等的分析，对已变形地质体的成因及演化史进行分析，从而给出被评价边坡稳定性状况及可能发展趋势的定性解释，其优点是能综合考虑影响边坡稳定性的多种因素，对边坡稳定状况及发展趋势快速作出评价。常用的方法

4、主要有：历史成因分析法、工程地质类比法、边坡稳定性分析数据库和专家系统等。(2)定量分析法。主要达到两个目的；一是计算已知滑动面上的稳定系数；二是搜索对应最小稳定系数的临界滑动面。定量分析方法主要有极限平衡分析法(LEM)和西安科技大学硕士学位论文数值分析法。Fellenius提出边坡稳定分析的圆弧滑动分析方法，即瑞典圆弧法，该法假定土条的法向应力可以简单地看作土条重量在法线方向的投影。Bishop【4】对传统的瑞典圆弧法法作了重要的改进，建立了Bishop法；Janbu[5】提出了。普遍条分法”的概念，并建立了Janbu法：Morgcnstem和Pric

5、e州提出了Morgenstern-Priee法；Sarma提出了Sarma法。60年代以后，我国在土坡稳定分析方法改进方面发展较快，如70年代潘家铮提出了滑坡极限分析的两条基本原理，即极大值原理和极小值原理；1987年张天宝171通过按瑞典圆弧法建立的简单土坡稳定系数函数的数值分析，全面归纳了最危险滑面的变化规律。1994年张雄嗍基于极限分析和刚体有限元分析，提出了边坡稳定性分析的改进条分法；1997年朱大勇网以极限平衡条件为基础，根据最优控制原理，建立了通过计算边坡剩余推力极值曲线场，来求最小稳定系数并确定最危险滑动面的方法；2001年陈祖煜等IIOl在

6、二维Spencer分析方法基础上，对其进行了三维扩展，建立了一个边坡稳定分析三维极限平衡方法的新解法。国内外对定量分析法的研究成果较多，定量分析法是一种应用普遍的边坡稳定性分析方法。(3)不确定性分析方法。该方法在边坡稳定分析中的应用最早出现在20世纪70年代。一方面是由于一些新的理论和方法如可靠度、人工智能等的出现；另一方面是由于在边坡工程设计和分析中涉及有大量不确定因素越来越被人们认识到，如岩体性质、荷载等物理方面的不确定性等，这些不确定性造成的影响尽管通过提高岩石测试和计算技术的精度能在一定程度上减少，但局部试验的精确性、确定性并不能消除岩石形状宏观

7、判断上的随意性和模糊性，而且不可能无限度提高单项试验的精度、规模和完善确定性计算方法，因此用较简单的测试手段来提高对岩石工程质量状态判断的精度，就显得十分重要。边坡稳定性的各种评价方法中，极限平衡法是一种比较成熟的边坡稳定性定量分析方法，易于计算机编程实现，在实际中应用比较广泛。1．2．2GIS在公路工程和边坡工程领域的应用现状在国外，公路GIS系统的开发已经达到了较高的水平，并得到了较好的应用。如加拿大利用GIS进行公路的选线、规划和维护。建立和完善公路GIS系统是国际公路发展的趋势，对提高公路管理现代化、信息化和科学化水平具有重要意义。我国IBIS公路

8、应用经过几年的学习，探索，实践，研究与开发，已经取得了一定的成就。