雷育賓，張志棟

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆烏魯木齊830091)

MapGis、Excel在滑坡穩(wěn)定性計算中的應(yīng)用及實例說明

雷育賓*，張志棟

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆烏魯木齊830091)

以新疆伊寧縣奧依曼希望小學(xué)滑坡為例，利用工程中常用的傳遞系數(shù)法通過Microsoft Excel軟件編制公式對其穩(wěn)定性計算，且應(yīng)用MapGis系統(tǒng)的功能，獲得滑坡穩(wěn)定性計算中的相應(yīng)數(shù)據(jù)，得出了滑坡穩(wěn)定性評價結(jié)果，為今后滑坡防治工作提供了理論依據(jù)。

MapGis；數(shù)據(jù)提??；Excel；滑坡穩(wěn)定性評價；傳遞系數(shù)法

MapGis是中地數(shù)碼科技有限公司研發(fā)的具有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的大型基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)軟件平臺，功能齊全，廣泛應(yīng)用于國土資源管理、礦產(chǎn)資源開發(fā)、地質(zhì)災(zāi)害治理、城市規(guī)劃等部門和行業(yè)，隨著近幾年的普及，MapGis在滑坡勘查中亦得到應(yīng)用；Microsoft Excel是美國微軟公司研制的電子表格軟件，它具有強大的計算、制圖、制表和數(shù)據(jù)庫操作功能，使用較為簡單、方便，在各個領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。本文就MapGis、Excel在滑坡穩(wěn)定性計算中的應(yīng)用做一探究。

1　Excel在滑坡穩(wěn)定性計算中的應(yīng)用

（1）公式選取。本次利用工程中常用的傳遞系數(shù)法通過Microsoft Excel軟件編制公式進行滑坡推力計算，在DZ/T0218-2006滑坡防治工程勘查規(guī)范中[1]，用傳遞系數(shù)法計算滑坡的各滑塊剩余下滑力Pi，滑坡計算模型如圖1所示，計算公式如下：

圖1　滑坡計算模型(傳遞系數(shù)法)

式中：Pi——第i條塊的推力，kN/m；

Pi-1——第i條塊的剩余下滑力，kN/m。

當(dāng)Pi-1、Pi為負(fù)值時取0。

下滑力Ti：

抗滑力Ri：

傳遞系數(shù)Ψ：

孔隙水壓力Nwi：

即近似等于浸潤面以下土體的面積hiwLi乘以水的容量rw；

滲透壓力平行滑面的分力TDi：

滲透壓力垂直滑面的分力RDi：

當(dāng)采用孔隙壓力比時，抗滑力Ri可采用如下公式：

式中:γu——孔隙壓力比。

（2）建立計算工作表錄入原始數(shù)據(jù)。建立工作表，工作表中需要輸入的項目有分塊編號、滑體重度、塊體面積、水下面積、水流傾角、地震加速度、粘聚力、內(nèi)摩擦角及設(shè)計安全系數(shù)。

錄入數(shù)據(jù)后，需要計算的項目有滲透壓力水平分力RDi、滲透壓力垂直分力TDi、本段下滑力T、本段抗滑力R、上一段的傳遞系數(shù)ψ、本段穩(wěn)定系數(shù)Kf及滑坡推力。

（3）利用Excel中的公式編輯功能對各計算項目錄入公式。Excel中提供了方便的編輯公式功能，可根據(jù)計算項目的計算式錄入公式。各計算公式在Excel中的表達式見表1。

表1　傳遞系數(shù)法計算的各項目在Excel中的表達式

（4）利用Excel的復(fù)制功能對各條塊的計算項目進行求解。通過利用Excel提供的句柄復(fù)制功能可以對各計算項目進行快速的求解。其中，Z列的每一行對應(yīng)每一條塊的剩余下滑力，W列的每一行對應(yīng)每一條塊的穩(wěn)定系數(shù)Kf，其余各列為中間成果。

（5）繪制剩余下滑力及穩(wěn)定系數(shù)分布圖。利用以上求得的剩余下滑力及穩(wěn)定系數(shù)，通過Excel的圖標(biāo)繪制功能生成剩余下滑力及穩(wěn)定系數(shù)分布圖[6]。

通過以上計算步驟，即可完成以前繁瑣的滑坡穩(wěn)定性計算，計算過程一目了然，圖件能清晰表達計算結(jié)果的分布規(guī)律。

2　MapGis在滑坡穩(wěn)定性計算中的應(yīng)用

（1）需要量取的數(shù)據(jù)。根據(jù)以上通過Excel軟件編制公式進行滑坡推力計算所需量取的數(shù)據(jù)可知，需要量取的數(shù)據(jù)有塊體面積、水上面積或者水下面積、滑面傾角、水流傾角及滑面長度。

（2）圖切剖面的繪制。一般在滑坡勘查中，通過理正軟件將鉆孔、探井資料結(jié)合物探成果繪制成工程地質(zhì)剖面，將比例尺設(shè)置為1∶1000(為了在MapGis中量算的長度、面積直接用于計算，不需要進行轉(zhuǎn)換),保存成“.dxf”格式，通過MapGis中的文件轉(zhuǎn)換功能，將該剖面保存成MapGis識別的“.wt”“.wl”格式的文件[3]。

（3）滑體條分。造垂直平行線對滑體進行分割。具體做法是，在編輯子系統(tǒng)中以滑坡后緣為起點，造多條長度大于滑體高度的垂直線，主要在滑體中地形或者滑面變化較大處進行布置，完成對滑體的條分。

（4）拓?fù)湓靺^(qū)求條塊面積。首先利用MapGis中的自動斷線功能間斷線，再用線拓?fù)溴e誤檢查功能清除滑體外圍不需要的線段，在檢查無誤的前提下，線轉(zhuǎn)弧段后拓?fù)湓靺^(qū)，最后通過屬性庫管理子菜單輸出全部子區(qū)面積，為下一步計算條塊的重量做好準(zhǔn)備(水下或水上面積的計算同上)。

（5）條塊滑面傾角(αi)的量取。可通過編輯菜單中的其它—整圖變換—鼠標(biāo)定義參數(shù)來量取。需要說明的是該角度是以水平為起始0°，以逆時針為正，順時針為負(fù)(水面傾角的計算同上)。

（6）條塊滑面長度(Li)的量取。和區(qū)屬性查詢相同，通過屬性庫管理子菜單輸出全部條塊滑面的長度?；掠嬎闫拭婧唸D見圖2。

圖2　滑坡計算剖面簡圖

（7）計算。把所獲得的參數(shù)填入Excel滑坡穩(wěn)定性計算表格中，獲得滑坡穩(wěn)定系數(shù)及剩余下滑力。

3　工程實例說明

3.1工程概況

新疆伊寧縣奧依曼希望小學(xué)滑坡平面呈舌形，整體坡度29°，南北長約82m，東西寬約58m，面積約4076m2,。滑體平均厚度2m，體積約8152m3,為一小型滑坡?；w巖性主要為第四系上更新統(tǒng)—全新統(tǒng)風(fēng)積黃土，顏色多呈土黃色，結(jié)構(gòu)稍密—密實，手搓有砂感，土質(zhì)較均勻，含少量礫石，具有一定的濕陷性。

3.2計算工況與計算參數(shù)

（1）計算工況。根據(jù)《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》（DZ/T0219-2006），防治工程等級為Ⅲ級，暴雨工況以10年一遇暴雨考慮；勘查區(qū)處于6度區(qū)，地震加速度為0.15考慮。工況1:自重。工況2:自重+暴雨。工況3:自重+地震。

（2）計算參數(shù)選擇：

①滑體重度的確定。根據(jù)勘查區(qū)現(xiàn)場大重度試驗、室內(nèi)飽和重度試驗資料，確定計算時采用的滑體土重度值為:天然重度為16.39kN/m3,飽和重度為19.63kN/m3。

②c、φ值確定。

天然狀態(tài)的c、φ值確定:區(qū)內(nèi)滑坡部分雖已變形，但未形成明顯的滑帶，依據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T0218-2006），滑帶土抗剪強度指標(biāo)取值建議表，天然狀態(tài)下滑帶土抗剪強度c、φ值可取滑體土峰值強度為滑帶抗剪強度。

飽和狀態(tài)的c、φ值確定:根據(jù)伊犁地區(qū)黃土滑坡的已有勘查資料，伊犁地區(qū)黃土以粉粒為主，粘粒含量少，具有不同程度的濕陷性，一般黃土浸水飽和后粘聚力c值降低較多，約為原值0.40倍，內(nèi)摩擦角φ值降低約為原值0.60倍，滑帶土飽和抗剪強度c、φ值根據(jù)該規(guī)律進行取值(見表2)。

③滑床巖石物理力學(xué)參數(shù)。根據(jù)室內(nèi)巖石試驗成果及類比相關(guān)工程資料確定巖石力學(xué)參數(shù)建議值為:中風(fēng)化砂巖的飽和抗壓強度R=5.75MPa，為軟巖。

④其它參數(shù)確定。本滑坡防治工程等級為Ⅲ級，滑體內(nèi)無地下水，其安全系數(shù)按《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》中滑坡防治工程設(shè)計安全系數(shù)推薦表取值。其中，工況1：Ks=1.2；工況2：Ks=1.05；工況3：Ks=1.05。

表2　力學(xué)參數(shù)確定值

3.3穩(wěn)定性分析結(jié)果

在滑坡中選取主剖面Ⅱ-Ⅱ′，得到的剖面滑動模式示意圖見圖3。

圖3　滑坡變形體Ⅱ-Ⅱ′剖面滑動模式示意圖

按照上述計算工程和參數(shù)選取原則進行計算取得的穩(wěn)定性計算結(jié)果見表3。

表3　滑坡變形體穩(wěn)定性計算成果表

Ⅱ-Ⅱ′剖面在工況1、工況3下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在工況2下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此，對于滑坡變形體來說，其總體為欠穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)，局部為不穩(wěn)定。結(jié)合實際調(diào)查，滑坡體的滑動正在發(fā)展之中，一系列跡象表明，滑坡在一定條件下會發(fā)生破壞，因此新疆伊寧縣奧依曼希望小學(xué)滑坡體需要及時治理。

4　結(jié)語

（1）Excel應(yīng)用于滑坡穩(wěn)定性計算中，計算過程透明，原始數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)及最終結(jié)果都顯示在一張表格中，一目了然；同時，Excel可以完成重復(fù)性計算，對需要反復(fù)試算的問題或同類工程計算，只需改變一下有關(guān)參數(shù)，結(jié)果即可產(chǎn)生?？梢娎肊xcel進行滑坡穩(wěn)定性計算可大大提高工作效率。

（2）MapGis應(yīng)用于滑坡穩(wěn)定性評價中，結(jié)合Excel電子表格的計算功能，可大大降低計算工作量，提高工作效率，減少人為因素的影響，提高穩(wěn)定性計算的精度。

（3）滑坡穩(wěn)定性計算中傳遞系數(shù)法的使用得出了本次勘查目標(biāo)體的穩(wěn)定性評價為欠穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)合實際情況，為了保護人民生命財產(chǎn)安全，該滑坡體需要及時治理。

（4）傳遞系數(shù)法由于其本身的適用性強和計算準(zhǔn)確、方便，已經(jīng)在實際滑坡防治工程中得到廣泛應(yīng)用，同時其他方法也各有優(yōu)缺點及使用范圍，在使用過程中可進行對比，總體來說，對于日常的滑坡穩(wěn)定性評價工作，傳遞系數(shù)法是一種科學(xué)合理的計算方法。

[1]中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).DZ/T0218-2006滑坡防治工程勘察規(guī)范[S].

[2]中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).DZ/T0240-2004滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]中地軟件叢書編委會.MapGis地理信息系統(tǒng)使用教程[R].

[4]張艷嬌.傳遞系數(shù)法在邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用[J].北方交通，2007(1):41-42.

[5]滿兵，王禹.滑坡穩(wěn)定性計算方法探究及工程應(yīng)用[J].山西建筑，2013，39(30):90-92.

[6]呂濤，夏楠.Excel在滑坡穩(wěn)定性計算中的應(yīng)用[J].山西建筑，2007，33(32):367-368.

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1004-5716(2015)07-0005-05

2014-12-10

2014-12-11

雷育賓（1982-），女（漢族），陜西富平人，工程師，現(xiàn)從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)方面工作。