MapGis、Excel在滑坡穩定性計算中的應用及實例說明

雷育賓，張志棟

(新疆地礦局第一水文工程地質大隊，新疆烏魯木齊830091)

MapGis、Excel在滑坡穩定性計算中的應用及實例說明

雷育賓*，張志棟

(新疆地礦局第一水文工程地質大隊，新疆烏魯木齊830091)

以新疆伊寧縣奧依曼希望小學滑坡為例，利用工程中常用的傳遞系數法通過Microsoft Excel軟件編制公式對其穩定性計算，且應用MapGis系統的功能，獲得滑坡穩定性計算中的相應數據，得出了滑坡穩定性評價結果，為今后滑坡防治工作提供了理論依據。

MapGis；數據提??；Excel；滑坡穩定性評價；傳遞系數法

MapGis是中地數碼科技有限公司研發的具有獨立自主知識產權的大型基礎地理信息系統軟件平臺，功能齊全，廣泛應用于國土資源管理、礦產資源開發、地質災害治理、城市規劃等部門和行業，隨著近幾年的普及，MapGis在滑坡勘查中亦得到應用；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、制表和數據庫操作功能，使用較為簡單、方便，在各個領域均得到了廣泛的應用。本文就MapGis、Excel在滑坡穩定性計算中的應用做一探究。

1　Excel在滑坡穩定性計算中的應用

（1）公式選取。本次利用工程中常用的傳遞系數法通過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范中[1]，用傳遞系數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Pi-1、Pi為負值時取0。

下滑力Ti：

抗滑力Ri：

傳遞系數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據。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、內摩擦角及設計安全系數。

錄入數據后，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ψ、本段穩定系數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　傳遞系數法計算的各項目在Excel中的表達式

（4）利用Excel的復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列的每一行對應每一條塊的剩余下滑力，W列的每一行對應每一條塊的穩定系數Kf，其余各列為中間成果。

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

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

2　MapGis在滑坡穩定性計算中的應用

（1）需要量取的數據。根據以上通過Excel軟件編制公式進行滑坡推力計算所需量取的數據可知，需要量取的數據有塊體面積、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、探井資料結合物探成果繪制成工程地質剖面，將比例尺設置為1∶1000(為了在MapGis中量算的長度、面積直接用于計算，不需要進行轉換),保存成“.dxf”格式，通過MapGis中的文件轉換功能，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）拓撲造區求條塊面積。首先利用MapGis中的自動斷線功能間斷線，再用線拓撲錯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，線轉弧段后拓撲造區，最后通過屬性庫管理子菜單輸出全部子區面積，為下一步計算條塊的重量做好準備(水下或水上面積的計算同上)。

（5）條塊滑面傾角(αi)的量取?？赏ㄟ^編輯菜單中的其它—整圖變換—鼠標定義參數來量取。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(水面傾角的計算同上)。

（6）條塊滑面長度(Li)的量取。和區屬性查詢相同，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。把所獲得的參數填入Excel滑坡穩定性計算表格中，獲得滑坡穩定系數及剩余下滑力。

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,?；w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—全新統風積黃土，顏色多呈土黃色，結構稍密—密實，手搓有砂感，土質較均勻，含少量礫石，具有一定的濕陷性。

3.2計算工況與計算參數

（1）計算工況。根據《滑坡防治工程設計與施工技術規范》（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；勘查區處于6度區，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）計算參數選擇：

①滑體重度的確定。根據勘查區現場大重度試驗、室內飽和重度試驗資料，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。

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

飽和狀態的c、φ值確定:根據伊犁地區黃土滑坡的已有勘查資料，伊犁地區黃土以粉粒為主，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值根據該規律進行取值(見表2)。

③滑床巖石物理力學參數。根據室內巖石試驗成果及類比相關工程資料確定巖石力學參數建議值為:中風化砂巖的飽和抗壓強度R=5.75MPa，為軟巖。

④其它參數確定。本滑坡防治工程等級為Ⅲ級，滑體內無地下水，其安全系數按《滑坡防治工程設計與施工技術規范》中滑坡防治工程設計安全系數推薦表取值。其中，工況1：Ks=1.2；工況2：Ks=1.05；工況3：Ks=1.05。

表2　力學參數確定值

3.3穩定性分析結果

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選取原則進行計算取得的穩定性計算結果見表3。

表3　滑坡變形體穩定性計算成果表

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

4　結語

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

（2）MapGis應用于滑坡穩定性評價中，結合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，提高穩定性計算的精度。

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

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

[1]中華人民共和國地質礦產行業標準.DZ/T0218-2006滑坡防治工程勘察規范[S].

[2]中華人民共和國地質礦產行業標準.DZ/T0240-2004滑坡防治工程設計與施工技術規范[S].

[3]中地軟件叢書編委會.MapGis地理信息系統使用教程[R].

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

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

[6]呂濤，夏楠.Excel在滑坡穩定性計算中的應用[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，現從事水文地質、工程地質、環境地質方面工作。