基于GIS和最小势能原理的斜坡稳定性三维分析_王明华

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1、第24卷第13期岩石力学与工程学报Vol.24No.132005年7月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJuly，2005基于GIS和最小势能原理的斜坡稳定性三维分析123王明华，李小强，白世伟(1.武汉工程大学环境与城市建设学院，湖北武汉430073；2.深圳市工勘岩土工程有限公司，广东深圳518026；3.中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北武汉430071)摘要：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

2、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。关键词：数值分析；最小势能原理；斜坡稳定性三维分析；三维地质模型中图分类号：O241文献标识码：A文章编号：1000–6915(2005)13–2376–043DSTABILITYANALYSISOFSLOPEBASEDONGISANDPRINCIPLEOFMINIMUMPOTENTIALENERGY123W

3、ANGMing-hua，LIXiao-qiang，BAIShi-wei(1.SchoolofEnvironmentandCivilEngineering，WuhanInstituteofTechnology，Wuhan430073，China；2.ShenzhenGongkanGeotechnicalEngineeringCo.，Ltd.，Shenzhen518026，China；3.InstituteofRockandSoilMechanics，ChineseAcademyofSciences，Wuhan430071，C

4、hina)Abstract：MakingthebestofdatamanagementandspatialanalysisofGIS，thispaperputsforwardamethodfor3Dstabilitycalculationofslopebasedontheprincipleofminimumpotentialenergy；ofwhichtheadaptationtosystematicanalysisofslidingsurfaceandmass，assumptionsintraditionalmethod

5、sareavoidedinthisone.Geometricandmechanicalparameters，whichcanbeeasilyacquiredfrom3Dgeosciencemodel，areabsolutelynecessaryforstabilityindexcalculationofslopewithvariousshapes.Itsrationalityandfitnessareprovedbycomparisonof2Dand3Dcalculationresults.Keywords：numeric

6、alanalysis；principleofminimumpotentialenergy；3Dstabilityanalysisofslope；3Dgeosciencemodel稳定性三维计算是一个至今未能很好解决的理论问1引言题，目前常用的计算方法包括二维和三维极限平衡方法、有限元、离散元与FLAC等数值方法。天然斜坡或人工边坡形成过程中，受坡形、地GIS具有强大的数据管理、空间分析和可视化质结构、地下水、地震及人类工程活动的影响，内功能，因此，在地学领域关于三维空间信息的研究部应力状态不断变化，斜坡岩土体为适应新的应力

7、中，三维地质建模作为三维GIS应用于岩土工程的状态将发生不同形式、不同规模的变形破坏。斜坡重要内容，已成为当前数学地质、工程地质等研究收稿日期：2004–03–08；修回日期：2004–05–12作者简介：王明华(1976–)，男，博士，1998年毕业于成都理工学院水文地质工程地质系水工专业，现任讲师，主要从事地质灾害防治和边坡工程方面的教学与研究工作。E-mail：wmh1976@163.com。第24卷第13期王明华等.基于GIS和最小势能原理的斜坡稳定性三维分析•2377•的前沿和热点。由于斜坡工程所包含的数据为典型

8、基岩接触的各个面上均发生弹性变形，这种变形可的空间多源数据，因此，利用GIS技术手段对斜坡用一系列弹簧来模拟，弹簧的刚度系数设为k。假idd稳定性进行研究具有其独特的优越性。设滑体受到的合外力R={R，R，R}，在R的作用123目前，各国学者采用GIS分析斜坡稳定性问题下，滑体将要滑动的瞬间，为了达到平