工程地質數值分析及計算方法

㈠ 2022款君威652t和28t哪個好

一種考慮安裝環境溫濕度的GIS剩餘水分含量計算方法

電氣技術
19分鍾前
針對氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）在安裝時受環境溫濕度的影響，導致安裝完成後氣室剩餘水分含量過高而需要重新安裝的問題，福州大學電氣工程與自動化學院、國網福建省電力有限公司建設分公司的研究人員張少乾、卞宏志、張建勛、黃宴委，在2022年第1期《電氣技術》上撰文，提出一種考慮安裝環境因素的GIS剩餘水分含量計算方法。

模擬和試驗結果表明，氣室內SF6中水分含量隨安裝環境溫度及相對濕度的增加而增加，計算值隨安裝環境溫濕度的變化趨勢與試驗值較吻合，且相對誤差小於15%，可較好地預測安裝環境溫濕度影響下的GIS剩餘水分含量變化，有利於工程中選擇合適的安裝環境。

氣體絕緣金屬封閉開關設備（gas insulated switchgear, GIS）以其體積小、可靠性高等優點，在超、特高壓輸變電工程中得到了廣泛應用。然而，GIS氣室內SF6氣體乾燥與否對其安全運行尤為重要。

在GIS中，原則上不允許有水分存在，但在實際安裝時，環境中的水分不可避免地會進入設備內部。過量的水分將大大降低系統的絕緣性能，嚴重威脅GIS安全穩定運行，需要花費大量人力物力來重新安裝調試設備。因此，對安裝完成後的GIS氣室水分含量進行預估具有重要意義。

相關研究僅對GIS內水分來源進行闡述，以及在GIS水分處理流程上展開研究，並沒有學者在高電壓領域針對不同安裝環境下進入GIS的水分含量進行系統性的探索。

福州大學電氣工程與自動化學院等單位的研究人員針對GIS在安裝過程中受環境溫濕度的影響，導致安裝完成後氣室剩餘水分含量過高而需要重新安裝的問題，提出一種考慮安裝環境溫濕度的GIS氣室水分含量計算方法，可通過安裝環境溫度及相對濕度等參數來預測安裝完成後氣室的水分含量。

圖1 GIS安裝流程

該方法首先計算在氣室密封前進入的總水分量，其次通過所設計的GIS安裝流程計算乾燥處理後氣室剩餘水分量，最後計算平衡後SF6氣體水分體積分數，並在安裝環境模擬室中進行試驗來驗證計算模型的准確性。

圖2 GIS安裝環境模擬室布局

圖3 暴露試驗氣室

模擬和試驗證明，隨著安裝環境溫度及相對濕度的增加，氣室內SF6氣體中水分體積分數也在逐漸增大，且計算模型與試驗結果之間的誤差在15%以內，因此該法可較好地預測安裝環境溫濕度影響下的GIS水分含量變化，有利於工程實際中選擇合適的安裝環境，避免因安裝完成後氣室水分含量超標導致設備重新安裝。

本文編自2022年第1期《電氣技術》，論文標題為「安裝環境溫濕度影響下氣體絕緣金屬封閉開關設備水分含量研究」，作者為張少乾、卞宏志 等。

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㈡ 地質資源量計算方法

（一）重量法（含油率法）

重量法是根據油砂中原油的重量百分含量進行資源量計算的方法。具體計算公式如下：

Q=V·p_s·ω

式中：Q— 油砂油資源量（t）;

V——油砂體積（m³）；

ρ_s——油砂密度（t/m³，通常看作g/cm³）；

ω——油砂中原油重量百分含量（小數）。

同樣，存在多層油砂時，可使用上述公式對每一油砂單層進行計算，然後累加獲得總的油砂油資源量。

對於露頭油砂，與油砂油資源計算有關的參數有：油砂出露層數及厚度、地表延伸長度、出露面積、油砂層產狀、含油率等。其中，除含油率是通過野外取樣經室內分析確定外，其餘幾項參數均可從野外直接獲得。

從地表至500m埋深，油砂層的延伸、厚度及層數都有可能發生變化，這就需要通過研究油砂分布區的石油地質特徵，藉助探井及鄰區等相關資料，間接獲取計算參數。

考慮到不同埋深的油砂的分布特點及開采方式的差異，對0～100m 和100～500m油砂油可根據所擁有參數情況採用不同的計算方法。

具體計算方法可從下例單個含油砂構造油砂油資源量的計算得以說明。

以背斜構造為例（圖3-1），假設某一含油砂構造單油砂層的橫剖面如圖3.2A所示，圖3-2B是該油砂層的立體結構示意。通過油砂產狀與埋深值的計算，將該油砂層轉換為平面展布。轉換後，按100m埋深計，該背斜單翼油砂層的橫向寬度為：L=100/sina，再利用油砂層厚度值、背斜長軸中含油砂的長度值，即可得到該層油砂0～100m 的資源量。

圖3-1 油砂層縱向分布示意圖

圖3-2 油砂油資源計算體積參數轉換示意圖

考慮到南方瀝青礦體礦化特徵，資源量計算採用的是重量法。根據瀝青賦存特點的差異，把礦點分成非生物礁瀝青礦藏和生物礁瀝青礦藏兩類分別計算。

1.非生物礁瀝青礦藏瀝青百分含量法的估算公式：

Q=L×D×h×μ×r×m×R_B

式中：Q— 瀝青資源量（t）;

L——含瀝青地層出露長度（m）;

D— 含瀝青層斜深（m）;

h— 瀝青真厚度（m）；

μ——有效面孔率（%）;

r—含瀝青岩石中純瀝青比重（t/m³）;

m——有效總孔隙率與有效面孔隙率之比；

R_B— 含瀝青飽和度。

其中，未踏勘區瀝青層厚度採用如下公式計算：

h=L_F×δ

式中：L_F— 含瀝青地層出露寬度在水平面的投影（相當於地質圖上直接測量寬度，用Mapgis軟體在精確描繪的地質圖上量取）；

δ——瀝青地層厚度比，取踏勘點瀝青層厚度h´與踏勘點含瀝青地層出露寬度水平投影LF´比值的平均值。

2.生物礁瀝青礦藏瀝青百分含量法的估算公式為：

Q=S_R×h×μ×r×m×R_B

式中：Q— 瀝青資源量（t）;

S_R— 礁體分布面積（m³）;

h— 瀝青層厚度（m）；

μ——含瀝青岩石中瀝青的體積百分含量（有效面孔率，%）；

r— 含瀝青岩石中純瀝青比重（t/m³）;

m— 有效總孔隙率與有效面孔隙率之比；

R_B—含瀝青飽和度。

其中，瀝青層厚度分兩種情況計算，有工程式控制制的和沒有工程式控制制的。有工程式控制制的瀝青層厚度h的計算公式：

h=H_R×δ_R

式中：H_R— 礁體厚度；

δ_R— 鑽孔鑽遇瀝青累計厚度與鑽孔累計深度比值的平均值（瀝青地層厚度比）。

沒有工程式控制制的礁體的瀝青厚度根據野外測量的含瀝青層厚度實際值計算，或類比已知生物礁的瀝青地層厚度比進行估算。

生物礁分布面積S_R主要根據野外實測資料和前人資料中的分布面積進行計算。對於只有露頭面積資料的，只根據露頭面積進行估算。露頭和礁體分布面積均沒有具體數據的，按照非生物礁的估演算法進行估算。

（二）容積法（含油飽和度法）

容積法的實質是計算油層孔隙空間內的油氣體積，然後用地面體積單位或重量單位表示。具體計算公式為：

Q=V·Φ·S_o·ρ_oB/_o

式中：Q— 油砂油資源量（t）;

V——油砂體積（m1³）；

Φ——油砂的孔隙度；

S_o— 油砂的含油飽和度；

ρ_o——地面脫氣原油的密度（t/m³，通常看作g/cm³）；

B_o——地下原油平均體積系數（無因次）。

註：地下原油平均體積系數B_o的取值，對於已埋藏較淺的油砂，則可取值1.0（無因次），否則按實測值計算。

需要指出的是，容積法計算資源量的精度取決於地質的研究程度，在系統的地質研究和分析測試基礎上，盡量搞清各種參數的各油砂層的分布，多層的可逐個地對每一單層的資源量進行計算，最後累加即為整個油砂礦的資源量。

（三）類比法

類比法是根據低勘探程度的評價區與高勘探程度的已知區油氣成藏條件的相似性，由已知區的油砂油資源豐度估算未知評價區資源豐度和資源量的一種方法。根據研究區油砂油資源評價的實際情況，本次主要採用面積豐度類比法，即由已知的中高等勘探程度區油砂礦體的傾斜面的面積（以下簡稱斜面面積）資源豐度，估算低勘探程度（評價）區油砂礦體斜面面積資源豐度。其資源量估算公式如下：

P_Q=P_K×S_斜×α

式中：P_Q— 評價區油砂油地質資源量；

S_斜——評價區油砂礦體斜面面積（S=L×D）（以下簡稱斜面面積）；

P_K— 類比區資源量的斜面面積豐度（類比區油砂油資源量Q´/類比區礦體斜面面積S ´）；

α——相似系數（α＝評價單元地質類比總分/類比區地質類比總分）。

其中，P_K×S_斜＝類比區地質資源量×（類比區斜面面積/評價區斜面面積）＝評價區油砂油地質資源量×斜面面積比。

為適應計算的要求，資源量計算公式改寫為：

P_Q＝評價區油砂油地質資源量×斜面面積比×α

㈢ 工程地質有哪些常用的研究方法

工程地質研究的主內容有：確定岩土組分、組織結構（微觀結構）、物理、化學與力學性質（特別是強度及應變）及其對建築工程穩定性的影響，進行岩土工程地質分類，提出改良岩土的建築性能的方法；研究由於人類工程活動的影響而破壞的自然環境的平衡，以及自然發生的崩塌、滑坡、泥石流及地震等物理地質作用對工程建築的危害及其預測、評價和防治措施；研究解決各類工程建築中的地基穩定性，如邊坡、路基、壩基、橋墩、硐室，以及黃土的濕陷、岩石的裂隙的破壞等，制定一套科學的勘察程序、方法和手段，直接為各類工程的設計、施工提供地質依據；研究建築場區地下水運動規律及其對工程建築的影響，制定必要的利用和防護方案；研究區域工程地質條件的特徵，預報人類工程活動對其影響而產生的變化，作出區域穩定性評價，進行工程地質分區和編圖。隨著大規模工程建設的發展，其研究領域日益擴大。除了岩土學和工程動力地質學、專門工程地質學和區域工程地質學外，一些新的分支學科正在逐漸形成，如礦山工程地質學、海洋工程地質學、城市工程地質及環境工程地質學、工程地震學。

1工程地質與岩土工程的區別工程地質是研究與工程建設有關地質問題的科學(張咸恭等著《中國工程地質學》)。工程地質學的應用性很強,各種工程的規劃、設計、施工和運行都要做工程地質研究,才能使工程與地質相互協調,既保證工程的安全可靠、經濟合理、正常運行,又保證地質環境不因工程建設而惡化,造成對工程本身或地質環境的危害。工程地質學研究的內容有:土體工程地質研究、岩體工程地質研究、工程動力地質作用與地質災害的研究、工程地質勘察理論與技術方法的研究、區域工程地質研究、環境工程地質研究等。岩土工程是土木工程中涉及岩石和土的利用、處理或改良的科學技術(國家標准《岩土工程基本術語標准》)。岩土工程的理論基礎主要是工程地質學、岩石力學和土力學;研究內容涉及岩土體作為工程的承載體、作為工程荷載、作為工程材料、作為傳導介質或環境介質等諸多方面;包括岩土工程的勘察、設計、施工、檢測和監測等等。由此可見,工程地質是地質學的一個分支,其本質是一門應用科學;岩土工程是土木工程的一個分支,其本質是一種工程技術。從事工程地質工作的是地質專家(地質師),側重於地質現象、地質成因和演化、地質規律、地質與工程相互作用的研究;從事岩土工程的是工程師,關心的是如何根據工程目標和地質條件,建造滿足使用要求和安全要求的工程或工程的一部分,解決工程建設中的岩土技術問題。2工程地質與岩土工程的關系雖然工程地質與岩土工程分屬地質學和土木工程,但關系非常密切,這是不言而喻的。有人說:工程地質是岩土工程的基礎,岩土工程是工程地質的延伸,是有一定道理的。工程地質學的產生源於土木工程的需要,作為土木工程分支的岩土工程,是以傳統的力學理論為基礎發展起來的。但單純的力學計算不能解決實際問題,從一開始就和工程地質結下了不解之緣。與結構工程比較,結構工程面臨的是混凝土、鋼材等人工製造的材料,材質相對均勻,材料和結構都是工程師自己選定或設計的,可控的。計算條件十分明確,因而建立在材料力學、結構力學基礎上的計算是可信的。而岩土材料,無論性能或結構,都是自然形成,都是經過了漫長的地質歷史時期,在多種復雜地質作用下的產物,對其材質和結構,工程師不能任意選用和控制,只能通過勘察查明,而實際上又不可能完全查清。岩土工程師不敢相信單純的計算結果,單純的計算是不可靠的,原因就在於工程地質條件的不確知性和岩土參數的不確定性,不同程度地存在計算條件的模糊性和信息的不完全性。因而雖然土力學、岩石力學、計算技術取得了長足進步,並在岩土工程設計中發揮了重要作用,但由於計算假定、計算模式、計算方法、計算參數等與實際之間存在很多不一致,計算結果總是與工程實際有相當大的差別,需要進行綜合判斷。

㈣ 工程地質常用的研究方法有哪些

1、定性評價方法
以自然歷史分析法確定不同工程地質性質的形成原因、演變趨勢和發展預測（條件分析）
2、 定量評價：定性分析基礎上，通過定量計算，進行定性與定量評價相結合的地質過程機制分析—定量評價。
數學分析
力學分析
概率分析

㈤ 工程地質學的研究方法有哪些

1 地質分析法

即自然歷史分析法。是運用地質學的理論，查明工程地質條件和地質現象的空間分布以及它在工程建築物作用下的發展變化，用自然歷史的觀點分析研究其產生過程和發展趨勢，進行定性的判斷。它是工程地質研究的基本方法，也是其他研究方法的基礎。

工程地質工作中，必須綜合運用上述方法，才能取得可靠的結論，對可能發生的工程地質問題制定出合理的防治對策。

㈥ 數值計演算法

6.1.2.1 邊坡數值計算的安全系數確定

數值分析方法考慮岩土體應力應變關系，克服了極限平衡方法的缺點，為邊坡穩定分析提供了較深入的概念。

目前，數值計算的失穩判據主要有兩類:一是以數值計算不收斂作為失穩的標志;二是以廣義塑性應變或者等效塑性應變從坡腳到坡頂貫通作為邊坡破壞的標志。而用數值分析結果獲取邊坡安全系數也主要有兩種方法:強度折減法、數值計算與極限平衡的耦合分析法。

(1)強度折減法:首先選取初始折減系數，將岩土體強度參數進行折減，將折減後的參數輸入，進行數值計算，若程序收斂，則岩土體仍處於穩定狀態，然後需要再增加折減系數，直到程序恰好不收斂，此時的折減系數即為穩定或安全系數。_[52]

(2)數值計算與極限平衡的耦合分析法:首先採用數值分析法，計算邊坡內的應力應變以及位移分布;然後將計算的應力分布結果，通過應力張量變換，求出指定滑動面上的應力分布;最後通過極限平衡方法求出與該滑動面對應的穩定性安全系數。_[52]

6.1.2.2 邊坡數值計算方法存在的問題剖析

應該指出，盡管近年來數值模擬方法和理論方面取得了顯著的進展，但仍不能很好的適應岩土工程的復雜情況，其主要原因有兩方面:(1)數學模型的不確定性。由於岩體力學性質千變萬化(彈性、塑性、流變、應變硬化及應變軟化等)，且具有復雜的結構特性(岩體結構、岩體介質結構及地質結構等)，不但至今對岩體的失穩或破壞還缺少可靠的判據或准則，而且工程開挖方法、開挖步序對圍岩的力學狀態(應力和應變)及穩定條件具有重大的影響，在某些情況下還起到決定性的作用，這使得目前對於數學模型的建立，尤其是本構模型的給定還帶有相當程度的盲目性。(2)參數的不確定性。岩體的物理力學性質、初始地應力等參數多變，僅通過有限的現場調查和室內試驗來獲得參數輸入信息，數據往往具有很大的離散性，很難全面反映岩體真實情況。

「數學模型給不準」和「輸入參數給不準」的困難已成為岩體力學數值分析應用的「瓶頸」問題。事實上，無論數值分析技術多麼發達，它們總只是某種手段，關鍵還是對岩體基本特性的認識。

㈦ 什麼是工程地質數值法

工程地質數值方法是應用數值分析手段來解決與工程相關的地質體穩定性問題的一種方法．如彈性有限元法，大變形有限元法，有限差分法，非連續體離散元法，工程地質問題反分析法及其他數值方法．

㈧ 地質災害穩定性與危害性

一、地質災害穩定性分析

（一）數值法

工程地質數值法，是採用彈塑性力學理論和數值計算方法，從研究岩土體應力和位移場的角度，分析評價岩土體在一定環境條件下的穩定性狀態。近30多年來，數值法得到了迅速發展，並被廣泛地應用於工程實踐中，本文採用FLAC3D（Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions）軟體進行斜坡穩定性數值分析。FLAC3D軟體是美國ITASCA咨詢集團開發，主要用於模擬岩土體及其他材料組成的結構體，在達到屈服極限後的變形破壞行為。該軟體將流體力學中跟蹤流體運動的拉格朗日法成功地用於解決岩石力學問題，它除了能解決一般的岩土問題之外，還能進行如高溫應變、流變、或動荷載、水岩耦合分析等復雜的問題。

1.模型計算方法

FLAC3D軟體是利用有限差的方法模擬計算由岩土體及其他材料組成的結構體在達到屈服極限後的變形破壞行為，包括靜力計算和有限差強度折減計算兩種方式。這兩種計算方式得到的結果並不完全相同，本次同時選擇這兩種計算方式，對本區黃土滑坡和不穩定斜坡做驗算分析。

靜力計算的方法需要建立的模型以及所選參數必須使得模型計算的時候完全收斂，如果計算過程快速收斂，則認為模型是基本穩定的。但是，在做滑坡穩定性分析時候，由於影響滑坡穩定性的因素較多，比如坡高、坡度以及不同坡體的黃土體力學參數的不同，往往不能得到一個快速收斂的計算模型，因此通過靜力計算的方式不能完全判斷坡體的安全性。強度折減法是FLAC3D唯一的可以計算坡體安全系數的方法。因此，可以利用這一方法求出坡體的安全系數，然後結合靜力計算的結果來判斷坡體的穩定性。根據《滑坡防治工程勘察規范》（DZ/T 0218-2006），選擇安全系數＜1.05判斷為不穩定，安全系數1.05～1.15為較穩定，安全系數≥1.15為穩定，以此作為主要災害點的穩定性判據。

有限差強度折減系數法的基本原理，是將土體強度參數內聚力（C）以及內摩擦角（ϕ）值同時除以一個折減系數F_trial，得到一組新的C_trial和ϕ_trial值。然後，作為新材料參數帶入有限差進行試算。當計算正好收斂時，也即F_trial再稍大一些（數量級一般為10～3），計算便不收斂，對應的F_trial被稱為坡體的最小安全系數，此時土體達到臨界狀態，發生剪切破壞。計算結果均指達到臨界狀態時的折減系數：

C_trial=C/F_trial

tanϕ_trial=tanϕ/F_trial

2.模型類型及參數選擇

選擇摩爾庫侖模式作為材料模型，根據勘查和力學性質測試結果，並考慮到調查區災害的發生與降雨關系密切，故選擇飽水狀態下的物理力學參數作為計算參數：

體積模量：

K=4.5MPa

剪切模量：

G=2.1MPa

內聚力：

C=3.4×10⁴Pa

內摩擦角：

ϕ=21.4°

3.黃土邊坡分析

（1）模型建立及網格剖分

調查資料表明，30°～60°的黃土直線型斜坡發生變形破壞的可能性較大，考慮到建立模型的方便性，選擇30°～70°之間的直線型邊坡進行分析，同時建立一些階梯狀的邊坡進行比較分析。

按照鄭穎仁教授的觀點，在做邊坡模型的強度折減法求邊坡安全系數的同時，要求所建立的模型坡角到最左側的距離為1.5倍坡高，而坡頂到最右側的距離為2倍坡高，這樣計算的安全系數結果最為准確。

以坡高40m坡度45°的直線型邊坡為例，建立模型並進行網格剖分。雖然調查區黃土為層狀結構，不同時期黃土厚度和土力性質不盡相同，但勘查試驗數據表明，其飽和抗剪強度差異不大。因此，假設黃土是均質的，整個模型的強度參數均一。定義模型右側和底部為約束邊界條件，坡面和坡頂為自動邊界。

（2）常規模型和簡化模型的對比分析

在調查區黃土邊坡中，坡高的分布十分不均勻，從十數米，數十米到上百米不等，並且每種坡高都對應有不同的坡度。因此，分析黃土邊坡穩定性時需要全面分析，研究不同坡高不同坡度情況下的各種邊坡的安全穩定性。本次利用FLAC3D軟體模擬了20～50m（每5m區分）坡高情況下30°～70°（每5°區分）所有坡體的穩定性情況。由於模型的不同網格數量以及節點數量不同，造成軟體計算時間上由巨大的差異。鄭穎仁教授所提出的常規模型在計算中有一定的道理，但也同樣極大地增多了模型網格和節點數目，所以強度折減的計算時間非常長。因此，必須首先比較了一下常規模型和簡化模型的計算結果。

首先，用常規模型分析40m坡高30°～70°之間所有坡體的穩定性情況。利用強度折減系數法計算各種坡度情況下的安全系數，可利用靜力平衡計算和強度折減計算，來得到一定坡高各種不同坡度邊坡的穩定性分析（表3-16）。將常規模型計算的坡度與安全系數關系進行擬合，可以得到坡度與安全系數的影響關系曲線（圖3-10）。

圖3-10 常規模型40m坡高不同坡度與安全系數的關系曲線圖

表3-16 常規模型40m坡高不同坡度邊坡穩定性計算匯總表

由於常規模型網格個數的節和點數較多，計算機處理的過程中數據量過分龐雜，計算速度慢，而黃土邊坡的長寬高往往又比較大。這樣我們如果利用鄭穎仁教授的常規模型分析，效率不是很理想。因此，將邊坡的模型網格進行簡化處理，以這樣的處理結果對比常規模型的計算結果。對比時仍然以 40m 坡高35°～70°為例分析，計算結果如表3-17，得簡化模型的擬合曲線如圖3-11。

圖3-11 簡化模型40m坡高不同坡度與安全系數關系曲線圖

觀察一下常規模型強度折減法求得的安全系數發現：而當坡體不穩定時，兩種模型計算的安全系數相同；而當坡體穩定時，簡化模型的安全系數計算結果要比簡化模型的結果小一些，但是總體上坡體穩定性的結果影響不是很大。在實際工程應用中，我們為了安全考慮，完全可以考慮使用計算結果較小的簡化模型進行分析計算。

表3-17 簡化模型40m坡高不同坡度邊坡穩定性計算匯總

（3）坡度與安全系數的關系

利用簡化模型，分別結合靜力計算方法和強度折減系數方法，分析計算了20～50m坡高情況下的各種坡度邊坡的穩定性；同時得到固定坡高的情況下，坡度和安全系數的擬合關系曲線。通過坡度與安全系數的擬合曲線可以看出，固定坡高時，當改變坡度，安全系數隨著坡度的增加而減小，坡體逐漸不穩定。而安全系數隨著坡度變化呈現對數關系變化，擬合程度較高。

（4）土體強度參數的變化分析

根據勘查和試驗測試數據，區內黃土的內聚力C值以及內摩擦角ϕ值變化較大（如表3-18），因此有必要研究一下強度參數的變化趨勢對於坡體安全系數的影響。

表3-18 黃土物理力學指標統計表

以20m坡高60°邊坡為例，固定模型的內聚力：

C=34kPa

然後改變土體的內摩擦角，利用強度折減系數法分別計算不同內摩擦角情況下的安全系數情況，得到結果如表3-19所示。由計算結果可以看出，隨著內摩擦角的增大，安全系數逐漸增大。內摩擦角越小，潛在滑動帶越向外擴展，危險滑弧越開闊，而坡體的穩定性越差（圖3-12）。

表3-19 不同內摩擦角對安全系數的影響統計表

仍然以20m坡高60°邊坡為例，固定模型的內摩擦角：

ϕ=21.3°

然後改變土體的內聚力，利用強度折減系數法分別計算不同內聚力情況下的安全系數情況，得到結果如表3-20所示。計算結果顯示，內聚力越大，安全系數越高。但是潛在滑動面越向外伸展，滑弧越開闊，但是穩定性越高，這一點和內摩擦角的影響恰好相反（圖3-13）。

表3-20 不同內聚力對安全系數的影響統計表

圖3-12 滑弧隨內摩擦角的變化趨勢圖

圖3-13 滑弧隨內聚力的變化趨勢圖

（5）邊坡剖面形態的影響

研究區黃土邊坡的剖面形態大致分為四類：直線型、階梯型、凸型和凹型。調查結果發現凸型邊坡和直線型邊坡發生失穩變化的數目最多，可能性最大。因此有必要分析坡型的變化對於坡體穩定性的影響。在這里我們只對直線型和階梯型邊坡作對比分析。

以40m坡高45°邊坡為例，分別建立直線型和階梯型邊坡，利用靜力平衡和強度折減方法計算其各自的安全系數，並對照最大不平衡力曲線和坡體內部剪切應變雲圖分析這兩種坡體的穩定性。計算結果發現直線型邊坡明顯發生破壞，坡體內部剪切應變呈帶狀分布，而階梯型邊坡的安全系數增大，靜力計算時在4460時步收斂，坡體穩定（圖3-14，圖3-15；表3-21）。

圖3-14 直線型邊坡靜力計算下的最大不平衡力曲線圖

圖3-15 階梯型邊坡靜力計算下的最大不平衡力曲線圖

表3-21 40m、45°直線型和階梯型邊坡對比分析表

4.主要災害點穩定性分析

根據上述分析方法，對調查區的30個主要滑坡和不穩定斜坡點進行數值分析，求出坡體的安全系數，判斷坡體的穩定性，分析結果列於表3-22。

表3-22 主要災害點穩定性數值分析結果表

（二）極限平衡法

1.計算方法與軟體選擇

斜坡穩定性分析的方法較多，目前較成熟的主要有：瑞典條分法、畢肖普法、工程師團法、羅厄法、斯賓塞法、摩根斯頓法、簡化法等，由於這些方法對土體進行了不同的假定，計算結果也各有差別。本次採用Geo-Slope軟體對選擇的30處滑坡和不穩定斜坡進行穩定計算。

Geo-Slope軟體是一個集極限平衡法和有限元法於一體的計算軟體，分成斜坡穩定性分析（Slope/w）、滲流分析（Seep/w）、應力分析（Sigma/w）、地震狀態分析（Quake/w）和溫度變化分析（Temp/w）等。本次主要採用邊坡穩定性分析（Slope/w）模塊來分析黃土斜坡的安全系數，Slope/w可以採用力的極限和力矩極限平衡來計算穩定系數，其穩定分析原理主要是採用條分法原理。即通過滑面將滑動土塊分成n個垂直條塊，滑面可以是圓弧滑面和各種復合滑面，Slope/w綜合了瑞典條分法、畢肖普法、斯賓塞法、摩根斯頓法、簡化法等各種方法，Slope/w考慮了條塊間的作用力，使計算結果更趨於合理。Slope/w通過手動給定可能的圓心變化范圍，給定多個搜索步長，自動搜索最危險滑面。Slope/w可以通過在土層中給出可能的孔隙水位置來計算孔隙水存在狀況下的穩定性，也可以計算局部加荷條件下的穩定性。

現以畢肖普法為例，簡單介紹極限平衡法的計算原理。

畢肖普主要採用力的極限平衡來計算安全系數。以畢肖普法為例，說明極限平衡法的計算原理，其計算圖示如圖3-16所示。其上作用的荷載有W_i，U_i，Q_i，待求的反力及內力有N_i，S_i及ΔE_i。根據剪切面上的極限平衡要求，可列出下式：

延安寶塔區滑坡崩塌地質災害

圖3-16 畢肖普法計算圖示

將所有的荷載及反力、內力均投影在x』軸上，可寫出：

延安寶塔區滑坡崩塌地質災害

上式可改為

延安寶塔區滑坡崩塌地質災害

將所有的分條的ΔE_i迭加，由於∑ΔE_i=0，得

延安寶塔區滑坡崩塌地質災害

可得

延安寶塔區滑坡崩塌地質災害

上式的N_i未知，我們利用分條上豎向力的平衡條件得出

延安寶塔區滑坡崩塌地質災害

解方程得：

延安寶塔區滑坡崩塌地質災害

代入式整理得

延安寶塔區滑坡崩塌地質災害

上式兩端都有k，因此在計算k時需要進行試算，一般首先假定右側：k=1。

求出左端的k，再代入右端重新計算k值，直到假定的k值與計算出的k值非常接近為止。

2.主要災害點穩定性分析

根據調查結果，調查區災害的發生與降雨因素關系密切，故在參數選擇上以飽水狀態下的岩土體物理力學參數作為計算參數。根據《滑坡防治工程勘察規范》（DZ/T 0218-2006），選擇安全系數＜1.05判斷為不穩定，安全系數1.05～1.15為較穩定，安全系數≥1.15為穩定作為主要災害點的穩定性判據。運用Geo-Slope 軟體計算30個災害點和不穩定斜坡的安全系數進行計算，計算結果如表3-23所示。

表3-23 主要災害點安全系數計算一覽表

續表

下面以趙家岸滑坡為例來說明採用Slope/w進行穩定性分析的具體實施步驟：

（1）剖面圖引入：Slope/w可以直接從Autocad中引入斜坡剖面圖，也可以直接給出比例尺畫出斜坡的剖面圖。為了計算剖面精確起見，根據實測剖面數據，直接輸入數據點畫出剖面圖。

（2）選擇分析方法設置：Slope/w可以選擇極限平衡方法和有限單元法來計算，極限平衡法中可以選擇畢肖普法、斯賓塞法、摩根斯頓法、簡化法等各種方法來計算安全系數，有限單元計算時要引入斜坡內部應力狀態函數來計算。本次選擇極限平衡法計算。

（3）確定分塊的數目和分塊的容差。以確定分析計算的精確性，一般以軟體默認的分塊為30個，容差為0.01。

（4）劃分土層並賦予每個土層力學參數。Slope/w主要以不同岩土性質的分界線來區分各岩土性質，把不同岩性分成不同的土層區，並用不同的顏色以示區分。給土層分區後，再賦予各土層力學參數，力學參數根據延安部分地區勘查數據給出。

（5）給定潛在圓弧滑面的圓心位置，給出圓心位置x和y方向上的增量步和圓弧半徑范圍和半徑增量步，程序自動搜索潛在的最危險滑面，計算其安全系數。對趙家岸滑坡，搜索的最危險滑面如圖3-17所示，從圖上可以看出，趙家岸滑坡後壁最不穩定。

圖3-17 趙家岸滑坡最危險滑面圖

（三）類比法

工程地質類比法，是把已有的滑坡或邊坡的穩定性研究經驗應用到條件相似的對象滑坡或邊坡的穩定性判定中去。在進行類比時，不但要考慮滑坡或邊坡結構特徵的相似性，還應考慮促使滑坡或邊坡演變的主導因素和發展階段的相似性。影響滑坡或邊坡穩定性的因素可分為地形地貌、地質特徵（地層岩性、岩土體結構面特徵、構造節理等）、降雨、人類工程活動（開挖、載入、蓄水等）。這些因素對滑坡或邊坡的穩定性是相互作用、相互影響的。在這些因素的相互作用下，結合坡體變形特徵，判別坡體的穩定性。

1.地形地貌

通過對調查區災害點坡度與坡高統計認為，調查區滑坡多發生於25°以上、坡高大於30m的斜坡，且集中坡度在30°～50°、坡高在40～120m的坡體上。在調查的滑坡中，原始坡型為凸型坡的，占滑坡總數的36.52%；直線型坡占滑坡總數的52.56%；合計占滑坡總數的89.08%，即調查區滑坡發育坡體以凸型、直線型坡為主，安全隱患斜坡坡度在40°以上，且集中於坡度為60°～90°、坡高大於20m的地段內，在地貌上大多位於沖溝兩側或坡體前部的人工斬坡、開挖地段。

2.地層岩性

調查區地層岩性主要由更新世黃土、新近紀泥岩、侏羅紀和三疊紀砂、泥岩及互層組成。由於更新世黃土（主要是晚更新世黃土）的濕陷性崩解性，以及紅粘土及泥岩的相對隔水和遇水軟化、強度降低的性質，使其成為斜坡失穩、發生滑坡、崩塌災害的易發地層。基岩是全區的基座地層，構成黃土-基岩接觸面滑坡的滑床；在基岩出露較高、風化強烈地段或砂泥岩互層地段，是岩質斜坡失穩形成地質災害的易發區。在黃土斜坡地帶，人工開挖形成高陡邊坡，成為地質災害潛在隱患地段。

3.岩土體結構面

調查區岩土體結構面主要是黃土內部順坡披覆的古土壤層、黃土與紅粘土層界面、黃土與砂、泥岩層界面、滑坡所形成的滑塌節理面、滑面以及坡體內部發育的構造節理面、垂直節理面、裂隙等。由於滲透性的差異，在性質差異較大地層岩性界面上形成了隔水層，匯聚的雨水使得上覆黃土、泥岩軟化、泥化，抗剪強度降低，形成軟弱帶，誘發滑坡的發生；而滑坡體內部發育的滑塌節理面、滑面是誘發滑坡復活或發生滑塌的主要因素。這些結構面的存在對坡體的穩定性有著潛在的威脅，一旦條件成熟，可能引起滑坡或誘發滑坡復活而造成災害的發生。黃土內部發育的構造節理及垂直節理、裂隙等是黃土邊坡失穩的一個重要因素。黃土邊坡常常沿這些內部節理面發生破壞，比如居民窯洞發育構造節理，則常常沿構造節理面發生塌窯事故。高陡邊坡地帶，土體常沿垂直節理發育並形成卸荷裂隙、拉張裂縫，形成危岩、危坡。受構造作用，岩體內部發育共軛節理，岩體被切割為不同大小、不規則的岩塊，受物理風化作用，發育風化裂隙，使得岩體更加破碎，在邊坡尤其是高陡地段易發生崩墜現象，造成災害。在砂泥岩互層高陡邊坡地段，泥岩抗剪強度較低，與砂岩強度差異較大，再加之易受風蝕作用，致使上部砂岩懸空、鼓脹外傾，形成危岩體，易發生傾倒、拉裂、鼓脹等形式的崩塌災害。

4.人類工程活動

人類工程活動是誘發地質災害發生的直接因素。人類工程活動主要以不合理的斬坡、開挖及修建蓄水庫為主。由於受地形地貌因素的制約，調查區居民為了居住、生活及經濟建設等的需要，工程活動強烈，進行大量的開挖、斬坡等，造成坡腳應力集中並急劇增大，原有的應力平衡狀態遭到破壞而失去平衡，誘發坡體失穩而發生塌方事故。比如尚合年村滑塌，麻塔崩塌等災害，均是由於不合理的開挖，造成邊坡過陡，引起坡腳應力過於集中，在其他因素的影響下發生的塌方事故，造成傷亡及財產損失。再如延安市衛校東側溝內滑坡，是由於人為不合理的斬坡、開挖坡腳，導致滑坡發生，將石砌擋牆推倒，滑體涌至居民屋牆。目前，坡體坡度約45°，處於不穩定狀態，對居民生命財產構成直接威脅。而人工修建蓄水庫，引起地下水位抬升，導致坡體容重增加，破壞了原有的應力平衡狀態，且地下水導致坡體內部軟弱帶軟化、泥化，抗剪強度降低，易誘發滑坡的發生或老滑坡的復活。趙家岸滑坡由於坡後庫岸蓄水，導致地下水位上升，村民地基嚴重滲水，且地下水位達到了老滑面上部，並有泉水出露，滑坡體穩定性很差，有復活的危險，危及趙家岸村民的生命財產安全。

根據以上因素分析對比，結合坡體變形跡象及特徵，對部分重大災害點進行穩定性判別（表324，表3-25）。

表3-24 主要滑坡災害點穩定性分析

續表

表3-25 主要不穩定邊坡點穩定性分析表

（四）主要地質災害穩定性綜合評價

前面已經用數值分析法、極限平衡法和工程地質類比法對主要災害點的穩定性進行了分析，三種方法分析的側重點不一樣。數值法主要是採用彈塑性力學理論和數值計算方法，從研究岩土體的應力和位移場的角度，分析評價岩體在一定的環境條件下的穩定性狀態；極限平衡法主要運用極限平衡理論來評價斜坡穩定性；而工程地質類比法則是把已有的滑坡或斜坡的穩定性研究經驗應用到條件相似的滑坡或斜坡的穩定性判定中去。影響斜坡穩定性的因素比較復雜。因此，本節將綜合這三種方法的計算結果，來綜合判斷主要地質災害點所處坡體的穩定性。

綜合分析結果表明：30處滑坡和不穩定斜坡中，穩定的3處，占總數的10%；較穩定的7處，占總數的23.3%；不穩定的20處，占總數的66.7%（表3-26）。

表3-26 地質災害穩定性綜合評判表

二、地質災害危害性評估

（一）評估標准

地質災害的威脅對象包括人口和財產。人口可以直接用數量來表徵；財產包括土地、牲畜、房屋、道路等。根據遙感解譯和實際物價調查資料，建立主要經濟價值評估標准（表3-27），按照威脅對象的危險程度和易損性，依據標准逐一累加計算。地質災害災情與危害程度分級標准按表3-28的規定評估。

表3-27 承災體經濟價值評價標准表

表3-28 地質災害災情與危害程度分級標准表

1）災情分級：即已發生的地質災害災度分級，採用「死亡人數」或「直接經濟損失」欄指標評估；2）危害程度分級：即對可能發生的地質災害危害程度的預測分級，採用「受威脅人數」或「直接經濟損失」欄指標評估。

（二）現狀評估

1.滑坡

根據收集以往滑坡資料，以及本次實地調查結果，調查區近些年來有記載的、造成一定經濟損失和人員傷亡的滑坡共有34處。在這34處滑坡災害中，除1處較大級滑坡外，其餘33處災情均為一般級，總共造成5人死亡，以及102.6萬元的財產損失。從已查明日期的滑坡來看，新滑坡災害發生率為0.76處/年（表3-29）。

表3-29 滑坡災害災情與危害程度評價表

2.崩塌

崩塌發生後，其遺跡不易保存，地質歷史時期的崩塌一般多不存在，對其發生時間尚難以進一步查明。據有時間記載的崩塌調查資料，可對近年來崩塌發生的頻率給出基本的數據。從20世紀60年代以來，共發生有記載的崩塌災害16處，其中較大級崩塌2處，一般級崩塌14處，死亡12人，經濟損失48萬元（表3-30）。由於調查根據災情分級，區地質環境條件差，人口密集，盡管年發生頻率低，亦應引起人們的特別關注，每一處都有可能帶來生命財產的損失。

表3-30 崩塌災害災情與危害程度評價表

（三）預測評估

地質災害危害性預測評估就是對可能危及居民生民財產安全、工程建設的地質災害的危害性做出評估。本次評估分滑坡、崩塌以及不穩定斜坡三種類型，對其危害性進行預測評估。評估內容主要是受威脅人數以及由於財產損毀而可能造成的潛在經濟損失。

1.滑坡

區內滑坡可分為古滑坡、老滑坡和新滑坡3類型，這些滑坡在自然和人為因素的雙重誘發下，均存在復活的可能性。野外調查滑坡總共有293處，可分為活動滑坡和不活動滑坡。本節篩選出活動滑坡39處，占調查滑坡總數的13%，對其危害性進行預測評估。

通過對這39處滑坡的危害性預測評估，危害性大的有8處，危害性中等的有25處，危害性小的有6處。總共有約2098人受到滑坡威脅，潛在經濟損失約2863萬元（表3-31）。

表3-31 滑坡災害危害性預測評估

續表

2.崩塌

調查區地質災害以黃土滑坡為主，崩塌居次；調查中所指的崩塌，有崩塌隱患和已發生崩塌兩種，這里所指的是已發生崩塌的潛在危害性預測。根據實地調查和以往資料調查結果，區內所發生的52處崩塌災害中有14處目前還處於不穩定狀態，存在潛在危險，占調查崩塌總數的27%。崩塌發生的坡面，在以降水為主的風化作用下，也被改造，且極易生長植被，也不易發覺。既成崩塌少，並不意味著崩塌的危害性小。崩塌的形成條件在調查區普遍存在，黃土深厚，直立性好，垂直節理發育，延河及其支流兩岸黃土陡壁懸崖比比皆是，大多窯洞都是選擇很陡的坡面（＞65°）水平掘進，窯洞前平房和院子都置於高陡黃土懸崖崩塌的威脅下。

這14處崩塌災害中，危害性中等的有6處，危害性小的有8處，危害性大的暫無，這與崩塌災害規模、影響范圍較小有關。14處崩塌共威脅240人，潛在經濟損失56萬元（表3-32）。

表3-32 崩塌災害危害性預測評估

3.不穩定斜坡

不穩定斜坡是一種潛在地質災害，既有基岩斜坡，也有黃土斜坡，以及黃土-基岩斜坡，在調查區廣泛分布。坡下多有居民居住，或為企事業單位辦公、生產基地，是全區生產建設和人民生活的主要場所，從而構成潛在危害。不穩定斜坡只是對斜坡的穩定性做出不穩定的基本判斷，但對其不穩定的變化模式沒有給出確定的結論。這是由於潛在的變化存在許多不確定的因素，尚不能對其未來變化做出准確的預測。

在詳細調查的51處不穩定斜坡中，有11處存在較大潛在威脅，占不穩定斜坡總數的22%。對其威脅人口和潛在經濟損失進行估算統計表明，危害性較大的不穩定斜坡有3處，危害性中等的有8處，其他40處危害性較小（未列入）。總共威脅909人，潛在經濟損失652萬元（表3-33）。調查中只是有選擇性地在不同地區選取了部分不穩定斜坡作為調查點，以反映不穩定斜坡的基本特徵。實際上，未發生過崩滑災害的不穩定黃土斜坡其危害性最難評估，對不穩定斜坡的預測評估工作有待於進一步的研究探索。

表3-33 不穩定斜坡危害性預測評估

續表

㈨ 地質儲量計算方法有哪些

地質儲量，1959年全國礦產儲量委員會根據地質和礦產的研究程度及相應的用途所劃分的一類儲量。地質儲量是指根據地質勘探掌握的資料，按照能源儲藏形成的規律進行推算得出的儲量[1]。

地質儲量是指由地質勘探部門根據地質和成礦理論及相應調查方法所預測的礦產儲量。這類儲量的研究程度和可靠性很低，未經必要的工程驗證，一般只能作為進一步安排及規劃地質普查工作的依據[2]。

中文名
地質儲量
外文名
geological reserves
定義
按照能源儲藏規律推算出的儲量
分類
表內儲量和表外儲量
快速
導航
分類

最新地質儲量分類

礦井地質儲量
簡介
地質儲量是指根據區域地質調查、礦床分布規律，或根據區域構造單元，結合已知礦產的成礦地質條件所預測的儲量。這類儲量的研究程度和可靠程度很低，未經必要的工程驗證，一般只能作為進一步安排及規劃地質普查工作的依據。在礦山設計及生產部門，為區別於生產礦山的三級礦量（又稱生產礦量），一般都將礦山建設和生產以前，由地質勘探部門探明的各級礦產儲量，統稱地質儲量。對於在礦山建設及生產過程中發現的新礦體的儲量，有時也稱地質儲量。歐美各國的儲量分級中，有時也將可能儲量稱作地質儲量。前蘇聯的地質勘探工作中，有時把C2級儲量也稱地質儲量，但有時又把根據地質勘探工作查明的礦床的總儲量稱地質儲量。
分類
地質儲量是在地層原始條件下，具有產油、氣能力的儲層中原油或天然氣的總量。地質儲量按開采價值劃分為表內儲量和表外儲量。表內儲量是指在現有技術經濟條件下，有開采價值並能獲得社會經濟效益的地質儲量。它相當於美國礦產分類級別中驗證過的經濟資源。表外儲量是指在現有技術經濟條件下開采不能獲得社會經濟效益的地質儲量。它相當於美國礦產分類級別中驗證過的次經濟資源。當原油及天然氣價格提高或工藝技術改進後，某些表外儲量可轉變為表內儲量[3] 。