MapGis、Excel在滑坡稳定性计算中的应用及实例说明

雷育宾，张志栋

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐830091)

MapGis、Excel在滑坡稳定性计算中的应用及实例说明

雷育宾*，张志栋

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐830091)

以新疆伊宁县奥依曼希望小学滑坡为例，利用工程中常用的传递系数法通过Microsoft Excel软件编制公式对其稳定性计算，且应用MapGis系统的功能，获得滑坡稳定性计算中的相应数据，得出了滑坡稳定性评价结果，为今后滑坡防治工作提供了理论依据。

MapGis；数据提取；Excel；滑坡稳定性评价；传递系数法

MapGis是中地数码科技有限公司研发的具有独立自主知识产权的大型基础地理信息系统软件平台，功能齐全，广泛应用于国土资源管理、矿产资源开发、地质灾害治理、城市规划等部门和行业，随着近几年的普及，MapGis在滑坡勘查中亦得到应用；Microsoft Excel是美国微软公司研制的电子表格软件，它具有强大的计算、制图、制表和数据库操作功能，使用较为简单、方便，在各个领域均得到了广泛的应用。本文就MapGis、Excel在滑坡稳定性计算中的应用做一探究。

1　Excel在滑坡稳定性计算中的应用

（1）公式选取。本次利用工程中常用的传递系数法通过Microsoft Excel软件编制公式进行滑坡推力计算，在DZ/T0218-2006滑坡防治工程勘查规范中[1]，用传递系数法计算滑坡的各滑块剩余下滑力Pi，滑坡计算模型如图1所示，计算公式如下：

图1　滑坡计算模型(传递系数法)

式中：Pi——第i条块的推力，kN/m；

Pi-1——第i条块的剩余下滑力，kN/m。

当Pi-1、Pi为负值时取0。

下滑力Ti：

抗滑力Ri：

传递系数Ψ：

孔隙水压力Nwi：

即近似等于浸润面以下土体的面积hiwLi乘以水的容量rw；

渗透压力平行滑面的分力TDi：

渗透压力垂直滑面的分力RDi：

当采用孔隙压力比时，抗滑力Ri可采用如下公式：

式中:γu——孔隙压力比。

（2）建立计算工作表录入原始数据。建立工作表，工作表中需要输入的项目有分块编号、滑体重度、块体面积、水下面积、水流倾角、地震加速度、粘聚力、内摩擦角及设计安全系数。

录入数据后，需要计算的项目有渗透压力水平分力RDi、渗透压力垂直分力TDi、本段下滑力T、本段抗滑力R、上一段的传递系数ψ、本段稳定系数Kf及滑坡推力。

（3）利用Excel中的公式编辑功能对各计算项目录入公式。Excel中提供了方便的编辑公式功能，可根据计算项目的计算式录入公式。各计算公式在Excel中的表达式见表1。

表1　传递系数法计算的各项目在Excel中的表达式

（4）利用Excel的复制功能对各条块的计算项目进行求解。通过利用Excel提供的句柄复制功能可以对各计算项目进行快速的求解。其中，Z列的每一行对应每一条块的剩余下滑力，W列的每一行对应每一条块的稳定系数Kf，其余各列为中间成果。

（5）绘制剩余下滑力及稳定系数分布图。利用以上求得的剩余下滑力及稳定系数，通过Excel的图标绘制功能生成剩余下滑力及稳定系数分布图[6]。

通过以上计算步骤，即可完成以前繁琐的滑坡稳定性计算，计算过程一目了然，图件能清晰表达计算结果的分布规律。

2　MapGis在滑坡稳定性计算中的应用

（1）需要量取的数据。根据以上通过Excel软件编制公式进行滑坡推力计算所需量取的数据可知，需要量取的数据有块体面积、水上面积或者水下面积、滑面倾角、水流倾角及滑面长度。

（2）图切剖面的绘制。一般在滑坡勘查中，通过理正软件将钻孔、探井资料结合物探成果绘制成工程地质剖面，将比例尺设置为1∶1000(为了在MapGis中量算的长度、面积直接用于计算，不需要进行转换),保存成“.dxf”格式，通过MapGis中的文件转换功能，将该剖面保存成MapGis识别的“.wt”“.wl”格式的文件[3]。

（3）滑体条分。造垂直平行线对滑体进行分割。具体做法是，在编辑子系统中以滑坡后缘为起点，造多条长度大于滑体高度的垂直线，主要在滑体中地形或者滑面变化较大处进行布置，完成对滑体的条分。

（4）拓扑造区求条块面积。首先利用MapGis中的自动断线功能间断线，再用线拓扑错误检查功能清除滑体外围不需要的线段，在检查无误的前提下，线转弧段后拓扑造区，最后通过属性库管理子菜单输出全部子区面积，为下一步计算条块的重量做好准备(水下或水上面积的计算同上)。

（5）条块滑面倾角(αi)的量取。可通过编辑菜单中的其它—整图变换—鼠标定义参数来量取。需要说明的是该角度是以水平为起始0°，以逆时针为正，顺时针为负(水面倾角的计算同上)。

（6）条块滑面长度(Li)的量取。和区属性查询相同，通过属性库管理子菜单输出全部条块滑面的长度。滑坡计算剖面简图见图2。

图2　滑坡计算剖面简图

（7）计算。把所获得的参数填入Excel滑坡稳定性计算表格中，获得滑坡稳定系数及剩余下滑力。

3　工程实例说明

3.1工程概况

新疆伊宁县奥依曼希望小学滑坡平面呈舌形，整体坡度29°，南北长约82m，东西宽约58m，面积约4076m2,。滑体平均厚度2m，体积约8152m3,为一小型滑坡。滑体岩性主要为第四系上更新统—全新统风积黄土，颜色多呈土黄色，结构稍密—密实，手搓有砂感，土质较均匀，含少量砾石，具有一定的湿陷性。

3.2计算工况与计算参数

（1）计算工况。根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T0219-2006），防治工程等级为Ⅲ级，暴雨工况以10年一遇暴雨考虑；勘查区处于6度区，地震加速度为0.15考虑。工况1:自重。工况2:自重+暴雨。工况3:自重+地震。

（2）计算参数选择：

①滑体重度的确定。根据勘查区现场大重度试验、室内饱和重度试验资料，确定计算时采用的滑体土重度值为:天然重度为16.39kN/m3,饱和重度为19.63kN/m3。

②c、φ值确定。

天然状态的c、φ值确定:区内滑坡部分虽已变形，但未形成明显的滑带，依据《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2006），滑带土抗剪强度指标取值建议表，天然状态下滑带土抗剪强度c、φ值可取滑体土峰值强度为滑带抗剪强度。

饱和状态的c、φ值确定:根据伊犁地区黄土滑坡的已有勘查资料，伊犁地区黄土以粉粒为主，粘粒含量少，具有不同程度的湿陷性，一般黄土浸水饱和后粘聚力c值降低较多，约为原值0.40倍，内摩擦角φ值降低约为原值0.60倍，滑带土饱和抗剪强度c、φ值根据该规律进行取值(见表2)。

③滑床岩石物理力学参数。根据室内岩石试验成果及类比相关工程资料确定岩石力学参数建议值为:中风化砂岩的饱和抗压强度R=5.75MPa，为软岩。

④其它参数确定。本滑坡防治工程等级为Ⅲ级，滑体内无地下水，其安全系数按《滑坡防治工程设计与施工技术规范》中滑坡防治工程设计安全系数推荐表取值。其中，工况1：Ks=1.2；工况2：Ks=1.05；工况3：Ks=1.05。

表2　力学参数确定值

3.3稳定性分析结果

在滑坡中选取主剖面Ⅱ-Ⅱ′，得到的剖面滑动模式示意图见图3。

图3　滑坡变形体Ⅱ-Ⅱ′剖面滑动模式示意图

按照上述计算工程和参数选取原则进行计算取得的稳定性计算结果见表3。

表3　滑坡变形体稳定性计算成果表

Ⅱ-Ⅱ′剖面在工况1、工况3下处于欠稳定状态，在工况2下处于不稳定状态，因此，对于滑坡变形体来说，其总体为欠稳定—不稳定状态，局部为不稳定。结合实际调查，滑坡体的滑动正在发展之中，一系列迹象表明，滑坡在一定条件下会发生破坏，因此新疆伊宁县奥依曼希望小学滑坡体需要及时治理。

4　结语

（1）Excel应用于滑坡稳定性计算中，计算过程透明，原始数据、中间数据及最终结果都显示在一张表格中，一目了然；同时，Excel可以完成重复性计算，对需要反复试算的问题或同类工程计算，只需改变一下有关参数，结果即可产生。可见利用Excel进行滑坡稳定性计算可大大提高工作效率。

（2）MapGis应用于滑坡稳定性评价中，结合Excel电子表格的计算功能，可大大降低计算工作量，提高工作效率，减少人为因素的影响，提高稳定性计算的精度。

（3）滑坡稳定性计算中传递系数法的使用得出了本次勘查目标体的稳定性评价为欠稳定—不稳定状态，结合实际情况，为了保护人民生命财产安全，该滑坡体需要及时治理。

（4）传递系数法由于其本身的适用性强和计算准确、方便，已经在实际滑坡防治工程中得到广泛应用，同时其他方法也各有优缺点及使用范围，在使用过程中可进行对比，总体来说，对于日常的滑坡稳定性评价工作，传递系数法是一种科学合理的计算方法。

[1]中华人民共和国地质矿产行业标准.DZ/T0218-2006滑坡防治工程勘察规范[S].

[2]中华人民共和国地质矿产行业标准.DZ/T0240-2004滑坡防治工程设计与施工技术规范[S].

[3]中地软件丛书编委会.MapGis地理信息系统使用教程[R].

[4]张艳娇.传递系数法在边坡稳定分析中的应用[J].北方交通，2007(1):41-42.

[5]满兵，王禹.滑坡稳定性计算方法探究及工程应用[J].山西建筑，2013，39(30):90-92.

[6]吕涛，夏楠.Excel在滑坡稳定性计算中的应用[J].山西建筑，2007，33(32):367-368.

P642.22

B

1004-5716(2015)07-0005-05

2014-12-10

2014-12-11

雷育宾（1982-），女（汉族），陕西富平人，工程师，现从事水文地质、工程地质、环境地质方面工作。