GeoStudio 应用案例 · 第 5 页
GeoStudio 应用案例、建模方法与工程分析实践。
基于随机响应面法的风化岩质边坡稳定可靠度分析
摘要：提出基于随机响应面法的风化岩质边坡稳定可靠度 分析方法。该方法运用 GeoStudio软件建立边坡稳定性有限元分析模型，选取具有代表性的滑动面，构造边坡滑动面安全系数与独立标准正态随机向量间的显式功能函数，然后利用MCS求解得到功能函数的失效概率。最后采用MCS、Kriging和三阶SRSM三种方法对边坡稳定可靠度进行对比分析，结果表明：三种分析方法中三阶SRSM的计算效率优于MCS和Kriging，计算精度也要高于Kriging。通过边坡可靠度分析岩土体力学参数对边坡可靠度指标的影响变化规律，得出结论：随着岩土层的加深，随机变量参数对边坡可靠度的影响逐渐加大。
阅读详情黄土地区海绵城市建设中一种雨水收集系统的开发研究
随着城镇化建设步伐的加快，城市面临着诸多水灾害问题，针对黄土地区 海绵城市建设内容，设计了一种路面雨水收集系统． 根据透水混凝土路面的坡度 和粒径均匀程度，确定了透水混凝土层过水能力的计算公式，采 用 试 验 和 Fredlund ＆ Xing 模型预测的方法建立了黄土渗透系数与含水率之间的关系，并 通过 GeoStudio VADOSE /W 软件模拟了连续 3 日降雨条件下透水混凝土路面收 集雨水的能力和砂井排水规律． 对比数值模拟结果，0 时刻开始至 24h、48h 和 72h，砂井底部水分呈灯泡状向下扩散，避免了浅层黄土的湿陷变形，达到削弱城 市雨洪及补充地下水的目的，实现了黄土地区海绵城市建设中城市雨水的综合 利用．
阅读详情基于改进极限平衡法的多级均质黄土边坡稳定性分析
针对多级均质黄土边坡稳定性分析这一工程问题，给出了一种系统的分析方法。建立了多级黄土边坡整体破坏模式 下与局部破坏模式下坡脚圆、中点圆等可能的破坏机构；基于改进极限平衡法，推导出各破坏机构对应的边坡安全系数解析 式，进一步采用最优化方法来确定整体破坏模式下与局部破坏模式下各破坏机构所对应的边坡稳定安全系数极小值；给出了 系统地进行多级黄土边坡稳定性分析的流程来确定边坡的最小安全系数及临界滑移面。通过算例验证表明：该方法边坡稳定 性分析结果与传统条分法极为接近，两者最小安全系数相对偏差不超过−5%，确定的临界滑移面基本一致。该方法可广泛适 用各类多级均质黄土边坡乃至单级边坡，可对边坡稳定性分析达到全面精准的效果提供一定的参考。
阅读详情基于集对-组合赋权的填埋场失稳风险评价方法
我国填埋场具有高水位、高气压特征，现有规范和研究中虽提出了不同的稳定性评价指标和分级标准，但对指标权 重和综合风险评估缺乏系统性研究。为此，本文建立了涵盖填埋场几何构型、垃圾土抗剪强度、液气赋存情况和降雨四类七 个指标的填埋场失稳风险评价指标体系，通过参数敏感性分析实现 5 级分类（稳定、较稳定、基本稳定、不稳定、极不稳定）， 并采用集对分析构建指标联系度函数。采用指标重要性排序法，通过参数敏感性分析、工程失稳事故、文献关注度统计和博 弈论组合赋权，确定了评价指标的综合权重。最后，将指标综合权重与指标联系度函数耦合，建立了填埋场失稳风险综合评 价模型，并应用于一实际填埋场工程中，与现场实际监测数据结果一致，验证了评价模型的准确性和有效性。
阅读详情高填方地基不排水稳定性分析强度指标研究
目前国内工程界对高填方地基的排水稳定性关注较多，然而针对地下水位较高、排水性能较差的原状地基，由快速 填筑引起的不排水稳定性问题更为突出。综述了现行规范中关于边坡不排水稳定性分析的相关条文及国内外常用方法。通过 分析总应力摩擦角的应力路径相关性以及计算原状地基典型点位的总应力加载路径，解释了采用三轴固结不排水 （consolidated-undrained，简称 CU）总应力强度指标进行不排水分析，会高估高填方地基的不排水稳定性，该方法存在理论 缺陷和工程隐患。以简单假想边坡模型和某高填方机场实际工程为算例，利用简化 Bishop 法，选用 5 种不排水分析指标或 模型，分别计算其不排水稳定性安全系数。结果表明：CU 总应力法会高估高填方地基的不排水稳定性；其余 4 种方法计算 得到的不排水稳定性安全系数比较接近，相对适用。
阅读详情膨胀各向异性对非饱和膨胀土边坡稳定性的影响
为揭示降雨入渗条件下膨胀土膨胀各向异性对边坡破坏的作用机理，引入2个与基质吸力相关的弹 性模量描述膨胀的各向异性行为，对非饱和土非线性弹性模型进行修正，并通过室内膨胀试验结果对模型 的可靠性进行验证。通过二次开发和有限元计算软件，建立可考虑膨胀各向异性的非饱和膨胀土边坡数值 计算方法。依托湖北安猇路实体工程，针对膨胀各向异性、膨胀各向同性和不考虑膨胀这3种工况，通过 数值模拟得到降雨7 d内的膨胀土边坡内部湿度场和应力场分布与演变规律。根据摩尔−库仑强度理论，对 比分析降雨入渗条件下边坡坡脚、坡中、坡顶处的应力状态变化。研究结果表明：侧向力预测结果与实测 结果的相关性系数均大于0.9，修正后的本构模型可用于后续非饱和膨胀土边坡的数值模拟分析；与膨胀 各向异性工况相比，膨胀各向同性和不考虑膨胀的工况下侧向应力最大值分别偏小20.8%~38.3%和73.9%~ 88.3%；膨胀土增湿过程中产生的膨胀压力将导致边坡内的应力重新分布，主应力轴由竖向旋转至侧向； 坡脚将先于坡中和坡顶出现局部被动破坏；上部土体将失去坡脚的支撑并承受拉应力，致使破裂面逐步向 上延拓，继而出现渐进式破坏。
阅读详情排矸方式对矸石山稳定性的研究
为探究排矸方式对矸石山稳定性影响规律，提出有利于提高矸石山稳定性效果的矸石排弃方 法。 首先依据矸石来源进行分类，通过对矸石试样单轴压缩力学试验测试，分析其力学性质的特征及 产生该特征的原因，进而针对李家壕矸石山建立模型，利用数值模拟软件 ＧｅoＳｔｕｄｉo 中的 ＳＩＧＭＡ／ Ｗ 模块和 ＳＬＯＰＥ ／ Ｗ 模块进行父子项分析，采用模拟软件的有限元计算方法分析矸石山内部的应力分 布状态，根据应力重分布状态，结合极限平衡法对力学参数折减，得出采煤工作面矸石在不同排弃方 式条件下对矸石山整体稳定性的影响规律，并对采煤工作面矸石在不同排矸方式与不同埋深两种耦 合条件下，得出矸石山的稳定性变化规律，最终提出有利于矸石山稳定性的排矸方式。 结果表明：矿 井生产过程中根据矸石来源不同可分为采煤工作面矸石和掘进工作面矸石，这两类矸石的强度存在 差异，采煤工作面矸石强度明显弱于掘进工作面矸石强度，试验表明掘进工作面矸石试样的平均单轴 抗压强度是采煤工作面矸石试样的 １．６ 倍；不同排矸方式下采煤工作面矸石排弃后坡顶线位置相同， 且剖面上排矸面积相同条件下，平铺式、倾倒式排矸方式相比均一参数矸石山稳定性系数，分别降低 了 １６．４％和 ２９．０％，平铺式排矸更有利于矸石山的稳定性；采煤工作面矸石采用平铺式排矸时，其埋 深的变化对矸石山稳定性影响较小，深度为 ０ 时稳定性系数为 １．５６，降低 ７．９％，深度为 ５ ｍ 时稳定性 系数为 １．５３，降低 ９．６％；而采用倾倒式排矸时，埋深的变化对矸石山稳定性影响较大，深度为 ０ 时稳 定性系数为 １．０９，降低 ３５．３％，深度为 ５ ｍ 时稳定性系数为 １．０７，降低 ３６．５％，且危险滑动面常贯穿采 煤工作面矸石层。
阅读详情考虑非饱和浸润区的改进 Green-Ampt 模型
经典 Green-Ampt 入渗模型计算简单，广泛应用于土壤入渗问题的研究，但在湿润锋处理上采用明显的干湿分离界 面，存在一定的理论假设。鉴于此，基于饱和区−非饱和浸润区分层模型，结合达西定律，推导出入渗过程中饱和区厚度与 非饱和浸润区厚度关系的理论公式，提出了水分剖面理论模型，消除了饱和区厚度和浸润区厚度的关系假设。在此基础上， 建立了考虑土壤水分剖面形状和非饱和浸润区等效参数的改进 Green-Ampt 模型，并采用试验和有限元数值仿真对该模型进 行了验证，结果表明：该模型有很高的精度，对不同类型的土有很好的适应性。同时该模型求解简单，参数物理意义明确， 便于工程应用。
阅读详情考虑非饱和渗透系数随机场统计特征的库岸老滑坡稳定性分析
库岸边坡如果在历史上发生过滑坡灾害，计算所得的安全系数将略高于临界状态值 1.0，仅以安全系数评价库 岸老滑坡的稳定性，将导致预测结果与边坡稳定状态不相符合。提出以土水特征曲线和非饱和渗透系数为核心的水力 参数联合随机（场）统计特征为基础，建立库岸边坡稳定性的可靠度分析方法。首先根据有限的室内土水特征关系试 验数据，采用贝叶斯理论校准土水特征曲线 VGM、VGB、VG 和 FX 模型参数的随机统计特征，并得到模型备选组合 的概率。其次根据饱和渗透系数的随机场统计特征，联合土水特征曲线的随机统计特征，生成库岸边坡非饱和渗透系 数的随机场空间分布。最后分析仅考虑土水特征曲线随机统计特征的库岸边坡稳定性失效概率，以及综合考虑非饱和 渗透系数随机场统计特征的可靠指标。针对三峡库区石榴树包老滑坡在 2020 年强降雨和长江水位快速升降的工程背景， 开展考虑渗流作用的非饱和土边坡稳定性可靠度分析。研究结果表明，虽然边坡稳定性的安全系数较低，但是可靠指 标满足规范不小于 2.70 的要求，无需采取额外的边坡工程加固措施，建议继续开展边坡的长期健康监测。
阅读详情水位变化条件下植被对下荆江河段岸坡稳定性影响分析
针对下荆江河段典型的上黏下砂二元岸坡，选用香根草－高羊茅组合植物护坡型式，综合考虑植物根系锚 固作用及植被蒸腾作用，利用 GeoStudio 软件模拟岸坡强度指标和热力学指标，运用单因子分析方法研究河道水 位下降幅度 M、水位下降速率 Ｒ、初始水位 I 因素对岸坡稳定性的影响，并运用灰色关联分析方法对比三种因素 对岸坡稳定性的影响程度。结果表明: 在水位下降过程中，岸坡稳定安全系数先快速下降，后趋于稳定; 岸坡稳 定性受水位快速下降的影响最大，当下降速率小于 1 m/d 时，素土岸坡能保持在基本稳定状态; 当下降速率大于 3 m/d 时，岸坡失稳破坏。植被有助于提升岸坡的稳定性，有植被岸坡与素土岸坡相比，其稳定安全系数最大可 提升 4．33%; 岸坡稳定安全系数与 M、Ｒ、I 三种影响因素的关联度在有植被条件下依次有所下降，最大降低 3．73%。本文研究结果明确了水位变化条件下植被对下荆江岸坡的稳固效果，可为生态护岸工程的设计提供基础 支撑。
阅读详情降雨型堆积层滑坡中长期预报中前期有效降雨量计算方法研究
降雨阈值是降雨型堆积层滑坡进行预警预报的关键性指标之一。合理的有效降雨量计算方法是获取精确降雨 阈值的重要手段，也是进行准确预警预报的前提。本文选取徐洼滑坡、王家坡滑坡、谭家湾滑坡以及土地湾滑坡 为研究对象，分别代表小型、中型、大型、特大型降雨型堆积层滑坡。首先分析降雨作用下降雨型堆积层滑坡的 变形特征。然后，引入“一个降雨过程”统一影响滑坡变形的降雨过程，结合“位移速率影响度”概念，设计一套前 期有效降雨量计算方法，并与传统的前期有效降雨量计算方法进行对比验证。结果表明：（1）小型、中型、大 型、特大型的降雨型堆积层滑坡的变形与降雨过程密切相关，进入蠕动变形阶段后，滑坡的累积位移曲线存在明 显的“阶跃”特征；（2）降雨型堆积层滑坡位移速率存在“滞后衰减”现象，单体滑坡的“滞后衰减”时间 T 近似为一 个固定值，并与滑坡的稳定性演化特征基本吻合；（3）结合“一个降雨过程”和“位移速率影响度”建立的考虑“滞 后衰减”的前期有效降雨量计算方法与滑坡变形持续时间和滑坡变形速率的契合度较好，在滑坡的预警过程中存 在明显的优势。
阅读详情污染土壤高压旋喷修复药剂迁移透明土试验及数值模拟
高压旋喷技术近几年开始应用于污染土壤修复，对所 注入药剂的迁移扩散规律尚不明确，导致工程实践中缺乏可 靠依据，同时为克服常规试验测试手段的不足，使用透明土 材料开展了污染土修复药剂迁移的室内试验和数值模拟。 在考虑分子扩散、机械弥散、对流等耦合情况下，建立了探究 药剂在土壤中迁移特性的对流⁃弥散模型。研究结果表明：透 明土试验技术能够直观地显示药剂迁移过程，可以应用于污 染土修复药剂迁移特性的研究。在不同土壤压力条件下，存 在最佳泥饼高度；相同土壤压力，泥饼高度越高，同一位置处 浓度最大值越小；泥饼高度的选取关系到高压旋喷参数的设 定，对修复效果及效率有重要影响。药剂的迁移以竖向迁移 为主，水平向迁移不明显，因此为保证药剂以较高的浓度迁 移至泥饼边缘，应使药剂在泥饼间隙水平方向上分布有较高 且均匀的初始浓度。
阅读详情重庆小南海滑坡原始地形恢复及滑坡体体积计算
重庆黔江小南海崩塌滑坡发生于 1856 年，属于历史地震诱发滑坡。由于无法获取震前的 遥感影像及 DEM 数据，只能依据相邻地区地貌类比、数值模拟等推测滑坡发生前的原始地貌形态。 文中通过野外实地调查和无人机航拍、水域密集人工测深等方法获取了小南海崩塌滑坡体及相邻地 区的高精度 DOM 影像( 数字正射影像图) 和 DEM 数据。选取相邻地区未发生崩塌滑坡的 2 类地貌形 态作为参考，利用 MATLAB 软件进行高程曲面拟合，对崩塌滑坡的原始形态进行恢复; 采用 Geostudio 软件判断在地震动作用下 2 类山体原始形态的边坡稳定性，推测崩塌滑坡前山体的原始形态为 高耸陡立、坡度为 70° ～ 80°的陡坡; 并收集整理小南海堰塞坝 2 条测线、11 个钻孔的钻井资料，通过 钻井资料显示的谷底地形对恢复的河谷原始地形的可信度进行验证。最后，对拟合恢复的小南海山 体原始 DEM 数据与滑坡后当前 DEM 数据进行填挖方计算，以估算崩塌滑坡体的体积，并对分析结 果进行探讨，最终认为挖方计算的结果较为可信，滑坡体的体积为 4. 3×107 m3 。
阅读详情不同基床底层细颗粒含量的高速铁路路基水分运移规律及水囊控制
通过数值方法建立了高速铁路路基渗流模型，其由上部结构和基床表层、基床底层、地基组成。在左线底 座与基床表层交界处设置两条裂缝模拟降雨入渗边界，对 模 型 施 加２０１３年杭州市降雨数据进行３ａ计 算，分 析 了基床底层不同细颗粒含量对路基内部水分运移的影响。研究表明，３ａ计算时间后，各工况路基内部均出现水 囊，且随着细颗粒含量增大，水囊面积增大。湿润锋击穿基床表层和基床底层交界面的时间、到达基 床 底 部 的 时 间均随细颗粒含量的增大而增大。最后，在基床表层和基床底层之间增设一层渗透系数较低的 ＧＣＬ复 合 垫 层， 并结合在基床表层和基床底层之间设置毛细屏障的现场试验，探讨了水囊控制方法。
阅读详情金沙江白格滑坡裂缝区失稳概率分析
金沙江上游白格滑坡于2018年10月10日和11月3日连续发生两次滑坡堵江–溃坝事件，给沿岸居民带来巨 大灾害。滑坡发生之后，在滑坡体后缘形成3个裂缝区，存在再次滑坡堵江的可能。鉴于白格滑坡岩土体试验数量 有限，试验成果难以反映坡体抗剪强度参数的统计特征，本文针对白格“11·3”滑坡，采用基于极大似然估计的优 化算法，对滑坡岩土体的抗剪强度参数进行了反演；并利用反演参数，采用蒙特卡洛方法对滑坡后缘裂缝区进行 了可靠度计算和稳定性评价。研究表明：1）将响应面法与基于极大似然的概率反分析方法结合起来对滑坡体参 数进行反演，计算过程简便，计算方法适应性强。2）根据白格“11·3”滑坡反演得到的滑坡岩土体抗剪强度黏聚力 后验分布为N（13.05 kPa，3 2 ），内摩擦角后验分布为N（0.64，0.042 ），计算结果表明通过反演可以降低先验参数的 不确定性。3）采用自动搜索最危险滑动面方法得到各裂缝区的局部破坏模式。计算得到的最危险滑动区范围与 现场调查及监测得到的失稳区范围基本一致，且局部破坏模式下的破坏概率均明显大于整体破坏模式，表明裂 缝区破坏以渐进牵引破坏为主，与实际的裂缝发展规律及破坏模式一致。4）白格滑坡后缘3个裂缝区的潜在失稳 区域C1–1、C2–1和C3–1的体积分别为7×105 m 3 、3.2×106 m 3和1.3×106 m 3 ，对应的失稳概率分别为21.70%、33.90% 和27.30%，均为极高危险性。因此，有必要对滑坡堵江–溃坝洪水灾害链进行风险评价，并提出合理的处置措施和 应急预案。
阅读详情基于贝叶斯更新方法的尾矿坝材料参数随机反演
为准确获得有限数据条件下的尾矿坝材料参数取值，在贝叶斯更新理论和有限元分析框架下，提出了考虑不 确定性的尾矿坝材料参数随机反演方法。为提高参数随机反演分析的计算效率，利用随机多项式展开建立尾矿坝代表 性监测点位移与输入参数之间的隐式函数关系。以某实际尾矿坝为例，基于有限的位移监测数据进行多层尾矿材料参 数随机反演分析，说明了提出方法的有效性。结果表明，提出方法可以有效缩减尾矿坝材料参数的不确定性，准确推 断尾矿坝材料参数的概率分布，并识别不同材料参数（弹性模量和泊松比等）对尾矿坝变形的影响程度。
阅读详情考虑任意初始条件的均质土质覆盖层降雨入渗解析解
均质土质覆盖层作为填埋场与大气环境的隔离结构其主要功能是控制雨水入渗，近些年该类覆盖层在北美一 些干旱和半干旱地区被证明是有效的。基于二维非饱和土渗流控制方程，采用可考虑土体进气值的指数函数描述土体 的土水特征曲线和渗透系数曲线，使用单位梯度边界作为土质覆盖层的底部边界条件，推导出可考虑任意初始条件的 降雨入渗移解析解。通过与前人试验结果比较与分析，证明了该解析解的有效性。对比分析了均质土质覆盖层底部分 别取单位梯度边界、渗流审查边界和固定孔压边界对降雨入渗及渗漏量的影响，分析结果表明：与渗流审查边界和固 定孔压边界相比，单位梯度边界更适合土质覆盖层的渗漏量计算。利用该解析解分析不同初始条件对累计渗漏量的影 响，结果表明覆盖层累计渗漏量随其底部初始体积含水率的增加而增大。为土质覆盖层防渗漏性能评价提供了一种简 单实用的计算方法。
阅读详情基于饱和渗透系数空间变异结构的斜坡渗流及失稳特征
以往研究一般采用单随机变量方法（ＳＲＶ）或基于水平或垂直方向波动范围生成的空间变异随机场来模拟岩土参数的 空间变异性，对具有倾斜定向特征的空间变异随机场未有涉及．基于条件模拟相关理论和非侵入式随机有限元的理论框架，提 出了利用序贯高斯模拟方法进行斜坡参数条件随机场模拟并运用有限元方法进行斜坡渗流和稳定性分析的方法．针对理想边 坡，对各向同性和几何各向异性的共７种空间变异结构的饱和渗透系数（Ｋｓ）各进行了２００次条件随机场模拟，基于条件随机 场模拟结果进行了有限元渗流和稳定性计算，对每种空间变异结构多次计算结果进行了统计分析．结果表明：本文所提出的方 法不仅再现了研究区域参数的空间二阶统计特性，通过设定变异函数参数进行不同空间变异类型、变 异 程 度、变 异 定 向 性 的 随机场模拟，同时利用现场观测数据对随机场模拟结果进行条件限制，从而提高了随机场的赋值精度；Ｋｓ 的空间变异结构对 孔隙水压力的分布规律、地下水位线变化范围、稳定性系数和最危险滑动面分布特征均有一定程度的影响．本研究为库岸斜坡 稳定性评价提供方法支撑．
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