Download - Použitie GIS pre určovanie stability svahov
Použitie GIS pre určovanie stability Použitie GIS pre určovanie stability
svahovsvahov Ing. Juraj MužíkIng. Juraj Mužík
Žilinská Univerzita v ŽilineŽilinská Univerzita v ŽilineKatedra GeotechnikyKatedra Geotechniky
Stavebná FakultaStavebná Fakulta
Úlohy a Ciele...Úlohy a Ciele...
• Vytvoriť softvérový modul pre modelovanie stability svahov
• Návrh a vytvorenie stabilitného modelu
• Vytvoriť prostriedky pre prípravu, spracovanie a odvodenie vstupných údajov
Stabilita svahov...Stabilita svahov...
• Odolnosť svahu proti porušeniu alebo zosuvu• Príčiny vzniku zosuvov:
o vztlakové a priesakové účinky podzemnej vodyo pórové tlaky aktivované v súdržných zeminách o priťažujúce alebo zotrvačné účinky seizmicity
Porušenie.Pri porušení dôjde ku strate stability v dôsledku prekročenia šmykovej pevnosti zeminy na ploche porušenia.
ZosuvRelatívne rýchly gravitačný pohyb po šmykovej ploche
Šmykové plochy Šmykové plochy
• Šmyková plocha - oblasť kde došlo k strate šmykovej pevnosti
• Tvary šmykovej plochy
Zosuvy – príklad problémovZosuvy – príklad problémov
Riešenie problému stability svahov Riešenie problému stability svahov bez GISbez GIS
Geologické metódy určovania stability svahov:
• metódy medznej rovnováhy • metódy progresívneho porušovania • metódy fyzikálneho a matematického
modelovania
Stabilitný modelStabilitný model• Stabilitný model nekonečného svahu
• Mohr-Coulombovo kritérium šmykovej pevnosti
FS = šmykový odpor zeminy / šmykové napätie na ploche porušenia
b – šírka riešeného prúžku
D – zvislá výška prúžku
hw – piezometrická výška
W – tiaž prúžku
T – tangenciálna zložka
N – normálová zložka
u – pórový tlak
θ – sklon svahu
Stabilitný model nekonečnéhoStabilitný model nekonečnéhosvahusvahu
sin
tan1cos wrCFS
sin
tan1cos wrCFS
= atan S
D
Dwh
hw
1,
sinTaR
MinD
Dw w
sw /r )gh/()CC(C ssr
1. Index premočenia
3. Pomer hustoty
2. Kombinovaná kohézia
Topologický index premočenia Topologický index premočenia
• Predpokladá sa, že odtok v určitom lubovoľnom bode je v rovnováhe s ustáleným prítokom
• Kapacita prietočnosti zeminy = T sin θ, kde T je prietočnosť zeminy a θ je sklon svahu
• Podpovrchové prúdenie sleduje topografický gradient
• Špecifický odtok je definovaný ako q = R·a
• Index premočenia je určený vzťahom W = Min{(R·a / T·sin θ),1}
Špecifická odtoková plocha [m2/m m] (zberná plocha na jednotkovú dĺžku)
Špecifická odtoková plochaŠpecifická odtoková plocha
AREA 1AREA 1
AREA 2AREA 2
3
12
• Má štruktúru GRIDu• Počíta sa pre každú
bunku• Veľkosť bunky závisí
od veľkosti bunky pôvodného DEMu
• Je vyjadrená ako premenná „a“ v jednotkách [m]
Kombinovaná kohéziaKombinovaná kohézia
C = (Cr+ Cs)/ (h ρs g) – bezrozmerný faktor kohézie, vyjadrený ako pomer kombinovanej kohézie v pomere ku kolmej hrúbke zeminy
Implementácia arcSlopeStabImplementácia arcSlopeStab
• arcSlopeStab extension pre ArcView 9.0
• ArcObjects & Visual C++
• COM server
VVývojový diagram arcSlopeStabývojový diagram arcSlopeStab
Vstupné údaje
Konverzia na ESRI GRID
DEM digitálny model reliéfu- IDRISI Raster- ESRI GRID- ESRI TIN
Údaje o riešenom území vo formáte SHP - charakteristiky zemín- klimatické podmienky
Vyplnenie dier - Pit filling- odstránenie defektov digitálneho modelu reliéfu
Výpočet sklonov – Slope
Určenie smerov prúdenia vody na riešenom území
Určenie špecifickej zbernej plochy
Výpočet faktora bezpečnosti FS a určenie indexu stability SI
sin
tan1cos wrCFS
Vstupné údajeVstupné údaje
• Digtálny model reliéfu DEM – ESRI TIN– ESRI GRID– Idrisi Raster
• SHP - charakteristiky zemín • arcSlopeStab – ESRI GRID• Konverzia iných formátov do ESRI GRID
Vyplnenie dier – Pit FillingVyplnenie dier – Pit Filling
• Chyby Digitálnych Modelov Reliéfu
• Diery v DEM
• Vplyv dier na výpočet
• Odstránenie dier
Určovanie smeru prúdenia vodyUrčovanie smeru prúdenia vody
• Algoritmus D8
• Diskretizácia smerov prúdenia
Smery prúdeniaSmery prúdenia
Určenie sklonu svahu Určenie sklonu svahu
Zberná plochaZberná plocha
• Určenie Špecifickej odtokovej plochy
• Akumulácia vody v toku
Charakteristiky územiaCharakteristiky územia• Charakteristiky zemín• Klimatické a meteorologické charakteristiky• R/T – pomer ustáleného prítoku a prietočnosti zeminy vystupujúci ako jedna
veličina,• φ – uhol vnútorného trenia zeminy,• C – bezrozmerný faktor kombinovanej kohézie.
Uniformné rozdelenie
Výpočet Indexu StabilityVýpočet Indexu Stability
• Pre každú bunku sa vypočíta Index Stability
sin
1;sin
min1cos
FS SI121
min
tra
xC
sin
1;sin
min1cos
FS212
max
tra
xC
SI = Prob(FS>1)
SI = Prob(FS>1) = 0
SI = FS
<1
>1
<1
Definícia tried stabilityDefinícia tried stability
• Slovné vyjadrenie hodnoty indexu stability
Podmienka Trieda Predpokladaný stav
SI > 1.5 1 Stabilná zóna
1.5 > SI > 1.25 2 Dostatočne stabilná zóna
1.25 > SI > 1.0 3 Približne stabilná zóna
1.0 > SI > 0.5 4 Spodná medza nestability
0.5 > SI > 0.0 5 Vrchná medza nestability
0.0 > SI 6 Nestabilná zóna
Mapa StabilityMapa Stability
Ďakujem za pozornosťĎakujem za pozornosť