(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210658243.9 (22)申请日 2022.06.10 (71)申请人 重庆地质矿产研究院 地址 401120 重庆市渝北区空港新城 兰馨 大道111号 申请人 重庆大学 (72)发明人 陈立川　杨海清　梁丹　李卓航　 廖蔚茗　杨勇　王琦　闫奇　 丁忠昊　 (74)专利代理 机构 重庆萃智邦成专利代理事务 所(普通合伙) 50231 专利代理师 竺栋　文怡然 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于GIS的大面积三维边坡 稳定性建模 方法 (57)摘要 本发明涉及滑坡防治技术领域， 具体涉及一 种基于GIS的大面积三维边坡稳定性建模方法， 包 括 如 下 步 骤 ： S 1 数 据 输 入 ； S 2 ： 建 立 r.slope.stability模型； S3:椭球体数量测试； S4： 解决计算机内存与运算时间问题； S5: 模型参 数化； S6： 结果验证以及模型可视化； 采用上述方 法的技术方案通过对基于GIS的三维边坡 稳定性 模型r.slope.stability在计算时间和模型结果 上进行优化， 计算安全系数和斜坡失稳概率， 极 大地缩短了在对大面积边坡稳定性建模所需时 间。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 114861285 A 2022.08.05 CN 114861285 A 1.一种基于GIS的大面积三维边坡稳定性建模方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： S1： 数据输入； S2： 建立r.sl ope.stabi lity模型； S3:椭球体数量测试； S4： 解决计算机内存与运 算时间问题； S5:模型参数化； S6： 结果验证以及模型 可视化。 2.根据权利要求1所述的一种基于GIS的大面积三维边坡稳定性建模方法， 其特征在 于： 步骤S1中运用开源软件包GRASS  GIS 6.4的光栅模块r.slope.stability， 输入滑坡长 度L、 宽度W和选定浅层滑坡的L/W比的第5和第95个百分位数用于约束 可能的滑动椭球体的 随机化， 滑坡编目、 土壤深度和岩土数据， 以及使用5m ×5m的数字高程模型， 所述模型通过 自动插值10m和5m米等高线得 出， 所述等高线从1:10 000比例尺的地形底图中获得。 3.根据权利要求1所述的一种基于GIS的大面积三维边坡稳定性建模方法， 其特征在 于： 步骤S2包括： S201： 模型选择椭球体和截断滑动面： r.slope.stability模型随机选择椭圆体或截断 滑动表面， 椭圆体滑动面由中心的地理坐标定义， ac、 bc、 cc表示三个半轴的长度， α 表 示纵向 角， β表示倾角， zb表示椭球中心在地形上的偏移量， ae表示最陡的坡， ce垂直于地形表面， ac、 bc、 cc分别由滑坡长度L、 滑坡宽度W、 椭球底部最大深度D、 β 和zb推导出来； S202： 安全系数 FOS的运算： 计算公式如下， 其中分子式对应于阻力R， 分母式对应于驱动力T， R和T对滑移面的所有列C求和， c＇ 是 有效粘聚力， A为所考虑像素点滑移面的面积， G＇ 是湿土的S重量， βc是所考虑柱处滑动面的 倾角， 是有效内摩擦角， βm为考虑列处滑动面在α 方向的表观倾角； Ns和Ts分别为渗流力对 法向力和剪切力方向的分力； 建模域中的每个像素都与各种滑面相交， 并且每个滑面都对 应一个FOS值， 对于每 个像素点， 取 所有相交滑动面的最小FOS值作为代 表FOS； S203： 边坡破坏概率的运算： 根据c、 的统计分布以及截断椭圆体的截断深度d来计算 边坡破坏概率Pf， 假设参数的统计特性在空间中是恒定的。 4.根据权利要求3所述的一种基于GIS的大面积三维边坡稳定性建模方法， 其特征在 于： 步骤S20 3中所述的计算 边坡破坏概率Pf步骤如下： ①计算c、 和d的算术平均值 μ、 标准差σ、 最小值和最大值； 参数组合的统计样本数n由 用户定义， C为土体粘聚力， 为土体内摩擦角； ②c＇ 、 φ＇ 和d作为定义的最小值、 最大值和间隔 的函数而变化， 以便利用可 能的参数值 的全部范围， d的变化建立在在不同深度截断椭球的基础上； 使用公式(1)计算每个组合的 FOS， 建立椭圆体所有柱的剪切阻力和剪切力之和的比率； ③椭圆体的边坡破坏概率Pf计算为与所有测试参数组合相关的FOS<1的参数组合分数 的函数： 其中fi＝1表示FOSi<1， fi＝0表示FOSi>1， wi是分配给参数组合i的权重， 所有参数组合n权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114861285 A 2的wi之和为1， 最后取 所有相交滑动面中Pf的最大值作为每 个像素的代 表值。 5.根据权利要求1所述的一种基于GIS的大面积三维边坡稳定性建模方法， 其特征在 于： 步骤S3中计算椭球 体数量的公式为公式(3) 其中， As为测试场地面积， 椭球平均长度Lavg， 平均宽度Wavg， 每个像素的平均椭球体数 de， 要测试的椭球体总数为ne， 用于边坡稳定性模型的像素间距5m ×5m， 以捕捉假定的边坡 破坏的几何形状。 6.根据权利要求1所述的一种基于GIS的大面积三维边坡稳定性建模方法， 其特征在 于： 步骤S4包括： S401： 解决计算机内存问题： 在C语言编程环境中， 使用GRASS  GIS Segment Library库 处理光栅数据集； S402： 减少稳定性建模的时间： 采用r.slope.stability将研究区域划分为用户定义的 并行处理的瓦片数， 通过r.slope.stability.main为每个图块单独运行， 通过收集和组合 单个图块的结果来获得最终结果， 为确保完全覆盖研究区域， 需要最大椭球尺寸的瓦片之 间需要重 叠。 7.根据权利要求1所述的一种基于GIS的大面积三维边坡稳定性建模方法， 其特征在 于： 步骤S5中通过以下步骤计算 边坡破坏概率： ①根据现场报告数据计算c＇ 的算术平均值， 然后假设一个指数概率密度函数来模拟c＇ 的可变性； ②对于有效内摩擦角 假设一个对数正态概率密度函数， 其平均值和标准差来自现场 数据； ③最大滑动 面深度设置为土壤深度， 对数正态概率密度函数用于模拟截断深度的可变 性； ④进一步假设边坡平行渗流的完全饱和土的水力最不利情况； 考虑到c＇ 和截断深度 d的值， 计算出一个单独的FOS图， 并从各自的概率密度函数中推导出这些值， 模型运行时将 任务分为多 核处理与安全系数和边坡 破坏概率的计算。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114861285 A 3