工程地质数值分析及计算方法

㈠ 2022款君威652t和28t哪个好

一种考虑安装环境温湿度的GIS剩余水分含量计算方法

电气技术
19分钟前
针对气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）在安装时受环境温湿度的影响，导致安装完成后气室剩余水分含量过高而需要重新安装的问题，福州大学电气工程与自动化学院、国网福建省电力有限公司建设分公司的研究人员张少乾、卞宏志、张建勋、黄宴委，在2022年第1期《电气技术》上撰文，提出一种考虑安装环境因素的GIS剩余水分含量计算方法。

仿真和试验结果表明，气室内SF6中水分含量随安装环境温度及相对湿度的增加而增加，计算值随安装环境温湿度的变化趋势与试验值较吻合，且相对误差小于15%，可较好地预测安装环境温湿度影响下的GIS剩余水分含量变化，有利于工程中选择合适的安装环境。

气体绝缘金属封闭开关设备（gas insulated switchgear, GIS）以其体积小、可靠性高等优点，在超、特高压输变电工程中得到了广泛应用。然而，GIS气室内SF6气体干燥与否对其安全运行尤为重要。

在GIS中，原则上不允许有水分存在，但在实际安装时，环境中的水分不可避免地会进入设备内部。过量的水分将大大降低系统的绝缘性能，严重威胁GIS安全稳定运行，需要花费大量人力物力来重新安装调试设备。因此，对安装完成后的GIS气室水分含量进行预估具有重要意义。

相关研究仅对GIS内水分来源进行阐述，以及在GIS水分处理流程上展开研究，并没有学者在高电压领域针对不同安装环境下进入GIS的水分含量进行系统性的探索。

福州大学电气工程与自动化学院等单位的研究人员针对GIS在安装过程中受环境温湿度的影响，导致安装完成后气室剩余水分含量过高而需要重新安装的问题，提出一种考虑安装环境温湿度的GIS气室水分含量计算方法，可通过安装环境温度及相对湿度等参数来预测安装完成后气室的水分含量。

图1 GIS安装流程

该方法首先计算在气室密封前进入的总水分量，其次通过所设计的GIS安装流程计算干燥处理后气室剩余水分量，最后计算平衡后SF6气体水分体积分数，并在安装环境模拟室中进行试验来验证计算模型的准确性。

图2 GIS安装环境模拟室布局

图3 暴露试验气室

仿真和试验证明，随着安装环境温度及相对湿度的增加，气室内SF6气体中水分体积分数也在逐渐增大，且计算模型与试验结果之间的误差在15%以内，因此该法可较好地预测安装环境温湿度影响下的GIS水分含量变化，有利于工程实际中选择合适的安装环境，避免因安装完成后气室水分含量超标导致设备重新安装。

本文编自2022年第1期《电气技术》，论文标题为“安装环境温湿度影响下气体绝缘金属封闭开关设备水分含量研究”，作者为张少乾、卞宏志 等。

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㈡ 地质资源量计算方法

（一）重量法（含油率法）

重量法是根据油砂中原油的重量百分含量进行资源量计算的方法。具体计算公式如下：

Q=V·p_s·ω

式中：Q— 油砂油资源量（t）;

V——油砂体积（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（小数）。

同样，存在多层油砂时，可使用上述公式对每一油砂单层进行计算，然后累加获得总的油砂油资源量。

对于露头油砂，与油砂油资源计算有关的参数有：油砂出露层数及厚度、地表延伸长度、出露面积、油砂层产状、含油率等。其中，除含油率是通过野外取样经室内分析确定外，其余几项参数均可从野外直接获得。

从地表至500m埋深，油砂层的延伸、厚度及层数都有可能发生变化，这就需要通过研究油砂分布区的石油地质特征，借助探井及邻区等相关资料，间接获取计算参数。

考虑到不同埋深的油砂的分布特点及开采方式的差异，对0～100m 和100～500m油砂油可根据所拥有参数情况采用不同的计算方法。

具体计算方法可从下例单个含油砂构造油砂油资源量的计算得以说明。

以背斜构造为例（图3-1），假设某一含油砂构造单油砂层的横剖面如图3.2A所示，图3-2B是该油砂层的立体结构示意。通过油砂产状与埋深值的计算，将该油砂层转换为平面展布。转换后，按100m埋深计，该背斜单翼油砂层的横向宽度为：L=100/sina，再利用油砂层厚度值、背斜长轴中含油砂的长度值，即可得到该层油砂0～100m 的资源量。

图3-1 油砂层纵向分布示意图

图3-2 油砂油资源计算体积参数转换示意图

考虑到南方沥青矿体矿化特征，资源量计算采用的是重量法。根据沥青赋存特点的差异，把矿点分成非生物礁沥青矿藏和生物礁沥青矿藏两类分别计算。

1.非生物礁沥青矿藏沥青百分含量法的估算公式：

Q=L×D×h×μ×r×m×R_B

式中：Q— 沥青资源量（t）;

L——含沥青地层出露长度（m）;

D— 含沥青层斜深（m）;

h— 沥青真厚度（m）；

μ——有效面孔率（%）;

r—含沥青岩石中纯沥青比重（t/m³）;

m——有效总孔隙率与有效面孔隙率之比；

R_B— 含沥青饱和度。

其中，未踏勘区沥青层厚度采用如下公式计算：

h=L_F×δ

式中：L_F— 含沥青地层出露宽度在水平面的投影（相当于地质图上直接测量宽度，用Mapgis软件在精确描绘的地质图上量取）；

δ——沥青地层厚度比，取踏勘点沥青层厚度h´与踏勘点含沥青地层出露宽度水平投影LF´比值的平均值。

2.生物礁沥青矿藏沥青百分含量法的估算公式为：

Q=S_R×h×μ×r×m×R_B

式中：Q— 沥青资源量（t）;

S_R— 礁体分布面积（m³）;

h— 沥青层厚度（m）；

μ——含沥青岩石中沥青的体积百分含量（有效面孔率，%）；

r— 含沥青岩石中纯沥青比重（t/m³）;

m— 有效总孔隙率与有效面孔隙率之比；

R_B—含沥青饱和度。

其中，沥青层厚度分两种情况计算，有工程控制的和没有工程控制的。有工程控制的沥青层厚度h的计算公式：

h=H_R×δ_R

式中：H_R— 礁体厚度；

δ_R— 钻孔钻遇沥青累计厚度与钻孔累计深度比值的平均值（沥青地层厚度比）。

没有工程控制的礁体的沥青厚度根据野外测量的含沥青层厚度实际值计算，或类比已知生物礁的沥青地层厚度比进行估算。

生物礁分布面积S_R主要根据野外实测资料和前人资料中的分布面积进行计算。对于只有露头面积资料的，只根据露头面积进行估算。露头和礁体分布面积均没有具体数据的，按照非生物礁的估算法进行估算。

（二）容积法（含油饱和度法）

容积法的实质是计算油层孔隙空间内的油气体积，然后用地面体积单位或重量单位表示。具体计算公式为：

Q=V·Φ·S_o·ρ_oB/_o

式中：Q— 油砂油资源量（t）;

V——油砂体积（m1³）；

Φ——油砂的孔隙度；

S_o— 油砂的含油饱和度；

ρ_o——地面脱气原油的密度（t/m³，通常看作g/cm³）；

B_o——地下原油平均体积系数（无因次）。

注：地下原油平均体积系数B_o的取值，对于已埋藏较浅的油砂，则可取值1.0（无因次），否则按实测值计算。

需要指出的是，容积法计算资源量的精度取决于地质的研究程度，在系统的地质研究和分析测试基础上，尽量搞清各种参数的各油砂层的分布，多层的可逐个地对每一单层的资源量进行计算，最后累加即为整个油砂矿的资源量。

（三）类比法

类比法是根据低勘探程度的评价区与高勘探程度的已知区油气成藏条件的相似性，由已知区的油砂油资源丰度估算未知评价区资源丰度和资源量的一种方法。根据研究区油砂油资源评价的实际情况，本次主要采用面积丰度类比法，即由已知的中高等勘探程度区油砂矿体的倾斜面的面积（以下简称斜面面积）资源丰度，估算低勘探程度（评价）区油砂矿体斜面面积资源丰度。其资源量估算公式如下：

P_Q=P_K×S_斜×α

式中：P_Q— 评价区油砂油地质资源量；

S_斜——评价区油砂矿体斜面面积（S=L×D）（以下简称斜面面积）；

P_K— 类比区资源量的斜面面积丰度（类比区油砂油资源量Q´/类比区矿体斜面面积S ´）；

α——相似系数（α＝评价单元地质类比总分/类比区地质类比总分）。

其中，P_K×S_斜＝类比区地质资源量×（类比区斜面面积/评价区斜面面积）＝评价区油砂油地质资源量×斜面面积比。

为适应计算的要求，资源量计算公式改写为：

P_Q＝评价区油砂油地质资源量×斜面面积比×α

㈢ 工程地质有哪些常用的研究方法

工程地质研究的主内容有：确定岩土组分、组织结构（微观结构）、物理、化学与力学性质（特别是强度及应变）及其对建筑工程稳定性的影响，进行岩土工程地质分类，提出改良岩土的建筑性能的方法；研究由于人类工程活动的影响而破坏的自然环境的平衡，以及自然发生的崩塌、滑坡、泥石流及地震等物理地质作用对工程建筑的危害及其预测、评价和防治措施；研究解决各类工程建筑中的地基稳定性，如边坡、路基、坝基、桥墩、硐室，以及黄土的湿陷、岩石的裂隙的破坏等，制定一套科学的勘察程序、方法和手段，直接为各类工程的设计、施工提供地质依据；研究建筑场区地下水运动规律及其对工程建筑的影响，制定必要的利用和防护方案；研究区域工程地质条件的特征，预报人类工程活动对其影响而产生的变化，作出区域稳定性评价，进行工程地质分区和编图。随着大规模工程建设的发展，其研究领域日益扩大。除了岩土学和工程动力地质学、专门工程地质学和区域工程地质学外，一些新的分支学科正在逐渐形成，如矿山工程地质学、海洋工程地质学、城市工程地质及环境工程地质学、工程地震学。

1工程地质与岩土工程的区别工程地质是研究与工程建设有关地质问题的科学(张咸恭等着《中国工程地质学》)。工程地质学的应用性很强,各种工程的规划、设计、施工和运行都要做工程地质研究,才能使工程与地质相互协调,既保证工程的安全可靠、经济合理、正常运行,又保证地质环境不因工程建设而恶化,造成对工程本身或地质环境的危害。工程地质学研究的内容有:土体工程地质研究、岩体工程地质研究、工程动力地质作用与地质灾害的研究、工程地质勘察理论与技术方法的研究、区域工程地质研究、环境工程地质研究等。岩土工程是土木工程中涉及岩石和土的利用、处理或改良的科学技术(国家标准《岩土工程基本术语标准》)。岩土工程的理论基础主要是工程地质学、岩石力学和土力学;研究内容涉及岩土体作为工程的承载体、作为工程荷载、作为工程材料、作为传导介质或环境介质等诸多方面;包括岩土工程的勘察、设计、施工、检测和监测等等。由此可见,工程地质是地质学的一个分支,其本质是一门应用科学;岩土工程是土木工程的一个分支,其本质是一种工程技术。从事工程地质工作的是地质专家(地质师),侧重于地质现象、地质成因和演化、地质规律、地质与工程相互作用的研究;从事岩土工程的是工程师,关心的是如何根据工程目标和地质条件,建造满足使用要求和安全要求的工程或工程的一部分,解决工程建设中的岩土技术问题。2工程地质与岩土工程的关系虽然工程地质与岩土工程分属地质学和土木工程,但关系非常密切,这是不言而喻的。有人说:工程地质是岩土工程的基础,岩土工程是工程地质的延伸,是有一定道理的。工程地质学的产生源于土木工程的需要,作为土木工程分支的岩土工程,是以传统的力学理论为基础发展起来的。但单纯的力学计算不能解决实际问题,从一开始就和工程地质结下了不解之缘。与结构工程比较,结构工程面临的是混凝土、钢材等人工制造的材料,材质相对均匀,材料和结构都是工程师自己选定或设计的,可控的。计算条件十分明确,因而建立在材料力学、结构力学基础上的计算是可信的。而岩土材料,无论性能或结构,都是自然形成,都是经过了漫长的地质历史时期,在多种复杂地质作用下的产物,对其材质和结构,工程师不能任意选用和控制,只能通过勘察查明,而实际上又不可能完全查清。岩土工程师不敢相信单纯的计算结果,单纯的计算是不可靠的,原因就在于工程地质条件的不确知性和岩土参数的不确定性,不同程度地存在计算条件的模糊性和信息的不完全性。因而虽然土力学、岩石力学、计算技术取得了长足进步,并在岩土工程设计中发挥了重要作用,但由于计算假定、计算模式、计算方法、计算参数等与实际之间存在很多不一致,计算结果总是与工程实际有相当大的差别,需要进行综合判断。

㈣ 工程地质常用的研究方法有哪些

1、定性评价方法
以自然历史分析法确定不同工程地质性质的形成原因、演变趋势和发展预测（条件分析）
2、 定量评价：定性分析基础上，通过定量计算，进行定性与定量评价相结合的地质过程机制分析—定量评价。
数学分析
力学分析
概率分析

㈤ 工程地质学的研究方法有哪些

1 地质分析法

即自然历史分析法。是运用地质学的理论，查明工程地质条件和地质现象的空间分布以及它在工程建筑物作用下的发展变化，用自然历史的观点分析研究其产生过程和发展趋势，进行定性的判断。它是工程地质研究的基本方法，也是其他研究方法的基础。

工程地质工作中，必须综合运用上述方法，才能取得可靠的结论，对可能发生的工程地质问题制定出合理的防治对策。

㈥ 数值计算法

6.1.2.1 边坡数值计算的安全系数确定

数值分析方法考虑岩土体应力应变关系，克服了极限平衡方法的缺点，为边坡稳定分析提供了较深入的概念。

目前，数值计算的失稳判据主要有两类:一是以数值计算不收敛作为失稳的标志;二是以广义塑性应变或者等效塑性应变从坡脚到坡顶贯通作为边坡破坏的标志。而用数值分析结果获取边坡安全系数也主要有两种方法:强度折减法、数值计算与极限平衡的耦合分析法。

(1)强度折减法:首先选取初始折减系数，将岩土体强度参数进行折减，将折减后的参数输入，进行数值计算，若程序收敛，则岩土体仍处于稳定状态，然后需要再增加折减系数，直到程序恰好不收敛，此时的折减系数即为稳定或安全系数。_[52]

(2)数值计算与极限平衡的耦合分析法:首先采用数值分析法，计算边坡内的应力应变以及位移分布;然后将计算的应力分布结果，通过应力张量变换，求出指定滑动面上的应力分布;最后通过极限平衡方法求出与该滑动面对应的稳定性安全系数。_[52]

6.1.2.2 边坡数值计算方法存在的问题剖析

应该指出，尽管近年来数值模拟方法和理论方面取得了显着的进展，但仍不能很好的适应岩土工程的复杂情况，其主要原因有两方面:(1)数学模型的不确定性。由于岩体力学性质千变万化(弹性、塑性、流变、应变硬化及应变软化等)，且具有复杂的结构特性(岩体结构、岩体介质结构及地质结构等)，不但至今对岩体的失稳或破坏还缺少可靠的判据或准则，而且工程开挖方法、开挖步序对围岩的力学状态(应力和应变)及稳定条件具有重大的影响，在某些情况下还起到决定性的作用，这使得目前对于数学模型的建立，尤其是本构模型的给定还带有相当程度的盲目性。(2)参数的不确定性。岩体的物理力学性质、初始地应力等参数多变，仅通过有限的现场调查和室内试验来获得参数输入信息，数据往往具有很大的离散性，很难全面反映岩体真实情况。

“数学模型给不准”和“输入参数给不准”的困难已成为岩体力学数值分析应用的“瓶颈”问题。事实上，无论数值分析技术多么发达，它们总只是某种手段，关键还是对岩体基本特性的认识。

㈦ 什么是工程地质数值法

工程地质数值方法是应用数值分析手段来解决与工程相关的地质体稳定性问题的一种方法．如弹性有限元法，大变形有限元法，有限差分法，非连续体离散元法，工程地质问题反分析法及其他数值方法．

㈧ 地质灾害稳定性与危害性

一、地质灾害稳定性分析

（一）数值法

工程地质数值法，是采用弹塑性力学理论和数值计算方法，从研究岩土体应力和位移场的角度，分析评价岩土体在一定环境条件下的稳定性状态。近30多年来，数值法得到了迅速发展，并被广泛地应用于工程实践中，本文采用FLAC3D（Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions）软件进行斜坡稳定性数值分析。FLAC3D软件是美国ITASCA咨询集团开发，主要用于模拟岩土体及其他材料组成的结构体，在达到屈服极限后的变形破坏行为。该软件将流体力学中跟踪流体运动的拉格朗日法成功地用于解决岩石力学问题，它除了能解决一般的岩土问题之外，还能进行如高温应变、流变、或动荷载、水岩耦合分析等复杂的问题。

1.模型计算方法

FLAC3D软件是利用有限差的方法模拟计算由岩土体及其他材料组成的结构体在达到屈服极限后的变形破坏行为，包括静力计算和有限差强度折减计算两种方式。这两种计算方式得到的结果并不完全相同，本次同时选择这两种计算方式，对本区黄土滑坡和不稳定斜坡做验算分析。

静力计算的方法需要建立的模型以及所选参数必须使得模型计算的时候完全收敛，如果计算过程快速收敛，则认为模型是基本稳定的。但是，在做滑坡稳定性分析时候，由于影响滑坡稳定性的因素较多，比如坡高、坡度以及不同坡体的黄土体力学参数的不同，往往不能得到一个快速收敛的计算模型，因此通过静力计算的方式不能完全判断坡体的安全性。强度折减法是FLAC3D唯一的可以计算坡体安全系数的方法。因此，可以利用这一方法求出坡体的安全系数，然后结合静力计算的结果来判断坡体的稳定性。根据《滑坡防治工程勘察规范》（DZ/T 0218-2006），选择安全系数＜1.05判断为不稳定，安全系数1.05～1.15为较稳定，安全系数≥1.15为稳定，以此作为主要灾害点的稳定性判据。

有限差强度折减系数法的基本原理，是将土体强度参数内聚力（C）以及内摩擦角（ϕ）值同时除以一个折减系数F_trial，得到一组新的C_trial和ϕ_trial值。然后，作为新材料参数带入有限差进行试算。当计算正好收敛时，也即F_trial再稍大一些（数量级一般为10～3），计算便不收敛，对应的F_trial被称为坡体的最小安全系数，此时土体达到临界状态，发生剪切破坏。计算结果均指达到临界状态时的折减系数：

C_trial=C/F_trial

tanϕ_trial=tanϕ/F_trial

2.模型类型及参数选择

选择摩尔库仑模式作为材料模型，根据勘查和力学性质测试结果，并考虑到调查区灾害的发生与降雨关系密切，故选择饱水状态下的物理力学参数作为计算参数：

体积模量：

K=4.5MPa

剪切模量：

G=2.1MPa

内聚力：

C=3.4×10⁴Pa

内摩擦角：

ϕ=21.4°

3.黄土边坡分析

（1）模型建立及网格剖分

调查资料表明，30°～60°的黄土直线型斜坡发生变形破坏的可能性较大，考虑到建立模型的方便性，选择30°～70°之间的直线型边坡进行分析，同时建立一些阶梯状的边坡进行比较分析。

按照郑颖仁教授的观点，在做边坡模型的强度折减法求边坡安全系数的同时，要求所建立的模型坡角到最左侧的距离为1.5倍坡高，而坡顶到最右侧的距离为2倍坡高，这样计算的安全系数结果最为准确。

以坡高40m坡度45°的直线型边坡为例，建立模型并进行网格剖分。虽然调查区黄土为层状结构，不同时期黄土厚度和土力性质不尽相同，但勘查试验数据表明，其饱和抗剪强度差异不大。因此，假设黄土是均质的，整个模型的强度参数均一。定义模型右侧和底部为约束边界条件，坡面和坡顶为自动边界。

（2）常规模型和简化模型的对比分析

在调查区黄土边坡中，坡高的分布十分不均匀，从十数米，数十米到上百米不等，并且每种坡高都对应有不同的坡度。因此，分析黄土边坡稳定性时需要全面分析，研究不同坡高不同坡度情况下的各种边坡的安全稳定性。本次利用FLAC3D软件模拟了20～50m（每5m区分）坡高情况下30°～70°（每5°区分）所有坡体的稳定性情况。由于模型的不同网格数量以及节点数量不同，造成软件计算时间上由巨大的差异。郑颖仁教授所提出的常规模型在计算中有一定的道理，但也同样极大地增多了模型网格和节点数目，所以强度折减的计算时间非常长。因此，必须首先比较了一下常规模型和简化模型的计算结果。

首先，用常规模型分析40m坡高30°～70°之间所有坡体的稳定性情况。利用强度折减系数法计算各种坡度情况下的安全系数，可利用静力平衡计算和强度折减计算，来得到一定坡高各种不同坡度边坡的稳定性分析（表3-16）。将常规模型计算的坡度与安全系数关系进行拟合，可以得到坡度与安全系数的影响关系曲线（图3-10）。

图3-10 常规模型40m坡高不同坡度与安全系数的关系曲线图

表3-16 常规模型40m坡高不同坡度边坡稳定性计算汇总表

由于常规模型网格个数的节和点数较多，计算机处理的过程中数据量过分庞杂，计算速度慢，而黄土边坡的长宽高往往又比较大。这样我们如果利用郑颖仁教授的常规模型分析，效率不是很理想。因此，将边坡的模型网格进行简化处理，以这样的处理结果对比常规模型的计算结果。对比时仍然以 40m 坡高35°～70°为例分析，计算结果如表3-17，得简化模型的拟合曲线如图3-11。

图3-11 简化模型40m坡高不同坡度与安全系数关系曲线图

观察一下常规模型强度折减法求得的安全系数发现：而当坡体不稳定时，两种模型计算的安全系数相同；而当坡体稳定时，简化模型的安全系数计算结果要比简化模型的结果小一些，但是总体上坡体稳定性的结果影响不是很大。在实际工程应用中，我们为了安全考虑，完全可以考虑使用计算结果较小的简化模型进行分析计算。

表3-17 简化模型40m坡高不同坡度边坡稳定性计算汇总

（3）坡度与安全系数的关系

利用简化模型，分别结合静力计算方法和强度折减系数方法，分析计算了20～50m坡高情况下的各种坡度边坡的稳定性；同时得到固定坡高的情况下，坡度和安全系数的拟合关系曲线。通过坡度与安全系数的拟合曲线可以看出，固定坡高时，当改变坡度，安全系数随着坡度的增加而减小，坡体逐渐不稳定。而安全系数随着坡度变化呈现对数关系变化，拟合程度较高。

（4）土体强度参数的变化分析

根据勘查和试验测试数据，区内黄土的内聚力C值以及内摩擦角ϕ值变化较大（如表3-18），因此有必要研究一下强度参数的变化趋势对于坡体安全系数的影响。

表3-18 黄土物理力学指标统计表

以20m坡高60°边坡为例，固定模型的内聚力：

C=34kPa

然后改变土体的内摩擦角，利用强度折减系数法分别计算不同内摩擦角情况下的安全系数情况，得到结果如表3-19所示。由计算结果可以看出，随着内摩擦角的增大，安全系数逐渐增大。内摩擦角越小，潜在滑动带越向外扩展，危险滑弧越开阔，而坡体的稳定性越差（图3-12）。

表3-19 不同内摩擦角对安全系数的影响统计表

仍然以20m坡高60°边坡为例，固定模型的内摩擦角：

ϕ=21.3°

然后改变土体的内聚力，利用强度折减系数法分别计算不同内聚力情况下的安全系数情况，得到结果如表3-20所示。计算结果显示，内聚力越大，安全系数越高。但是潜在滑动面越向外伸展，滑弧越开阔，但是稳定性越高，这一点和内摩擦角的影响恰好相反（图3-13）。

表3-20 不同内聚力对安全系数的影响统计表

图3-12 滑弧随内摩擦角的变化趋势图

图3-13 滑弧随内聚力的变化趋势图

（5）边坡剖面形态的影响

研究区黄土边坡的剖面形态大致分为四类：直线型、阶梯型、凸型和凹型。调查结果发现凸型边坡和直线型边坡发生失稳变化的数目最多，可能性最大。因此有必要分析坡型的变化对于坡体稳定性的影响。在这里我们只对直线型和阶梯型边坡作对比分析。

以40m坡高45°边坡为例，分别建立直线型和阶梯型边坡，利用静力平衡和强度折减方法计算其各自的安全系数，并对照最大不平衡力曲线和坡体内部剪切应变云图分析这两种坡体的稳定性。计算结果发现直线型边坡明显发生破坏，坡体内部剪切应变呈带状分布，而阶梯型边坡的安全系数增大，静力计算时在4460时步收敛，坡体稳定（图3-14，图3-15；表3-21）。

图3-14 直线型边坡静力计算下的最大不平衡力曲线图

图3-15 阶梯型边坡静力计算下的最大不平衡力曲线图

表3-21 40m、45°直线型和阶梯型边坡对比分析表

4.主要灾害点稳定性分析

根据上述分析方法，对调查区的30个主要滑坡和不稳定斜坡点进行数值分析，求出坡体的安全系数，判断坡体的稳定性，分析结果列于表3-22。

表3-22 主要灾害点稳定性数值分析结果表

（二）极限平衡法

1.计算方法与软件选择

斜坡稳定性分析的方法较多，目前较成熟的主要有：瑞典条分法、毕肖普法、工程师团法、罗厄法、斯宾塞法、摩根斯顿法、简化法等，由于这些方法对土体进行了不同的假定，计算结果也各有差别。本次采用Geo-Slope软件对选择的30处滑坡和不稳定斜坡进行稳定计算。

Geo-Slope软件是一个集极限平衡法和有限元法于一体的计算软件，分成斜坡稳定性分析（Slope/w）、渗流分析（Seep/w）、应力分析（Sigma/w）、地震状态分析（Quake/w）和温度变化分析（Temp/w）等。本次主要采用边坡稳定性分析（Slope/w）模块来分析黄土斜坡的安全系数，Slope/w可以采用力的极限和力矩极限平衡来计算稳定系数，其稳定分析原理主要是采用条分法原理。即通过滑面将滑动土块分成n个垂直条块，滑面可以是圆弧滑面和各种复合滑面，Slope/w综合了瑞典条分法、毕肖普法、斯宾塞法、摩根斯顿法、简化法等各种方法，Slope/w考虑了条块间的作用力，使计算结果更趋于合理。Slope/w通过手动给定可能的圆心变化范围，给定多个搜索步长，自动搜索最危险滑面。Slope/w可以通过在土层中给出可能的孔隙水位置来计算孔隙水存在状况下的稳定性，也可以计算局部加荷条件下的稳定性。

现以毕肖普法为例，简单介绍极限平衡法的计算原理。

毕肖普主要采用力的极限平衡来计算安全系数。以毕肖普法为例，说明极限平衡法的计算原理，其计算图示如图3-16所示。其上作用的荷载有W_i，U_i，Q_i，待求的反力及内力有N_i，S_i及ΔE_i。根据剪切面上的极限平衡要求，可列出下式：

延安宝塔区滑坡崩塌地质灾害

图3-16 毕肖普法计算图示

将所有的荷载及反力、内力均投影在x’轴上，可写出：

延安宝塔区滑坡崩塌地质灾害

上式可改为

延安宝塔区滑坡崩塌地质灾害

将所有的分条的ΔE_i迭加，由于∑ΔE_i=0，得

延安宝塔区滑坡崩塌地质灾害

可得

延安宝塔区滑坡崩塌地质灾害

上式的N_i未知，我们利用分条上竖向力的平衡条件得出

延安宝塔区滑坡崩塌地质灾害

解方程得：

延安宝塔区滑坡崩塌地质灾害

代入式整理得

延安宝塔区滑坡崩塌地质灾害

上式两端都有k，因此在计算k时需要进行试算，一般首先假定右侧：k=1。

求出左端的k，再代入右端重新计算k值，直到假定的k值与计算出的k值非常接近为止。

2.主要灾害点稳定性分析

根据调查结果，调查区灾害的发生与降雨因素关系密切，故在参数选择上以饱水状态下的岩土体物理力学参数作为计算参数。根据《滑坡防治工程勘察规范》（DZ/T 0218-2006），选择安全系数＜1.05判断为不稳定，安全系数1.05～1.15为较稳定，安全系数≥1.15为稳定作为主要灾害点的稳定性判据。运用Geo-Slope 软件计算30个灾害点和不稳定斜坡的安全系数进行计算，计算结果如表3-23所示。

表3-23 主要灾害点安全系数计算一览表

续表

下面以赵家岸滑坡为例来说明采用Slope/w进行稳定性分析的具体实施步骤：

（1）剖面图引入：Slope/w可以直接从Autocad中引入斜坡剖面图，也可以直接给出比例尺画出斜坡的剖面图。为了计算剖面精确起见，根据实测剖面数据，直接输入数据点画出剖面图。

（2）选择分析方法设置：Slope/w可以选择极限平衡方法和有限单元法来计算，极限平衡法中可以选择毕肖普法、斯宾塞法、摩根斯顿法、简化法等各种方法来计算安全系数，有限单元计算时要引入斜坡内部应力状态函数来计算。本次选择极限平衡法计算。

（3）确定分块的数目和分块的容差。以确定分析计算的精确性，一般以软件默认的分块为30个，容差为0.01。

（4）划分土层并赋予每个土层力学参数。Slope/w主要以不同岩土性质的分界线来区分各岩土性质，把不同岩性分成不同的土层区，并用不同的颜色以示区分。给土层分区后，再赋予各土层力学参数，力学参数根据延安部分地区勘查数据给出。

（5）给定潜在圆弧滑面的圆心位置，给出圆心位置x和y方向上的增量步和圆弧半径范围和半径增量步，程序自动搜索潜在的最危险滑面，计算其安全系数。对赵家岸滑坡，搜索的最危险滑面如图3-17所示，从图上可以看出，赵家岸滑坡后壁最不稳定。

图3-17 赵家岸滑坡最危险滑面图

（三）类比法

工程地质类比法，是把已有的滑坡或边坡的稳定性研究经验应用到条件相似的对象滑坡或边坡的稳定性判定中去。在进行类比时，不但要考虑滑坡或边坡结构特征的相似性，还应考虑促使滑坡或边坡演变的主导因素和发展阶段的相似性。影响滑坡或边坡稳定性的因素可分为地形地貌、地质特征（地层岩性、岩土体结构面特征、构造节理等）、降雨、人类工程活动（开挖、加载、蓄水等）。这些因素对滑坡或边坡的稳定性是相互作用、相互影响的。在这些因素的相互作用下，结合坡体变形特征，判别坡体的稳定性。

1.地形地貌

通过对调查区灾害点坡度与坡高统计认为，调查区滑坡多发生于25°以上、坡高大于30m的斜坡，且集中坡度在30°～50°、坡高在40～120m的坡体上。在调查的滑坡中，原始坡型为凸型坡的，占滑坡总数的36.52%；直线型坡占滑坡总数的52.56%；合计占滑坡总数的89.08%，即调查区滑坡发育坡体以凸型、直线型坡为主，安全隐患斜坡坡度在40°以上，且集中于坡度为60°～90°、坡高大于20m的地段内，在地貌上大多位于冲沟两侧或坡体前部的人工斩坡、开挖地段。

2.地层岩性

调查区地层岩性主要由更新世黄土、新近纪泥岩、侏罗纪和三叠纪砂、泥岩及互层组成。由于更新世黄土（主要是晚更新世黄土）的湿陷性崩解性，以及红粘土及泥岩的相对隔水和遇水软化、强度降低的性质，使其成为斜坡失稳、发生滑坡、崩塌灾害的易发地层。基岩是全区的基座地层，构成黄土-基岩接触面滑坡的滑床；在基岩出露较高、风化强烈地段或砂泥岩互层地段，是岩质斜坡失稳形成地质灾害的易发区。在黄土斜坡地带，人工开挖形成高陡边坡，成为地质灾害潜在隐患地段。

3.岩土体结构面

调查区岩土体结构面主要是黄土内部顺坡披覆的古土壤层、黄土与红粘土层界面、黄土与砂、泥岩层界面、滑坡所形成的滑塌节理面、滑面以及坡体内部发育的构造节理面、垂直节理面、裂隙等。由于渗透性的差异，在性质差异较大地层岩性界面上形成了隔水层，汇聚的雨水使得上覆黄土、泥岩软化、泥化，抗剪强度降低，形成软弱带，诱发滑坡的发生；而滑坡体内部发育的滑塌节理面、滑面是诱发滑坡复活或发生滑塌的主要因素。这些结构面的存在对坡体的稳定性有着潜在的威胁，一旦条件成熟，可能引起滑坡或诱发滑坡复活而造成灾害的发生。黄土内部发育的构造节理及垂直节理、裂隙等是黄土边坡失稳的一个重要因素。黄土边坡常常沿这些内部节理面发生破坏，比如居民窑洞发育构造节理，则常常沿构造节理面发生塌窑事故。高陡边坡地带，土体常沿垂直节理发育并形成卸荷裂隙、拉张裂缝，形成危岩、危坡。受构造作用，岩体内部发育共轭节理，岩体被切割为不同大小、不规则的岩块，受物理风化作用，发育风化裂隙，使得岩体更加破碎，在边坡尤其是高陡地段易发生崩坠现象，造成灾害。在砂泥岩互层高陡边坡地段，泥岩抗剪强度较低，与砂岩强度差异较大，再加之易受风蚀作用，致使上部砂岩悬空、鼓胀外倾，形成危岩体，易发生倾倒、拉裂、鼓胀等形式的崩塌灾害。

4.人类工程活动

人类工程活动是诱发地质灾害发生的直接因素。人类工程活动主要以不合理的斩坡、开挖及修建蓄水库为主。由于受地形地貌因素的制约，调查区居民为了居住、生活及经济建设等的需要，工程活动强烈，进行大量的开挖、斩坡等，造成坡脚应力集中并急剧增大，原有的应力平衡状态遭到破坏而失去平衡，诱发坡体失稳而发生塌方事故。比如尚合年村滑塌，麻塔崩塌等灾害，均是由于不合理的开挖，造成边坡过陡，引起坡脚应力过于集中，在其他因素的影响下发生的塌方事故，造成伤亡及财产损失。再如延安市卫校东侧沟内滑坡，是由于人为不合理的斩坡、开挖坡脚，导致滑坡发生，将石砌挡墙推倒，滑体涌至居民屋墙。目前，坡体坡度约45°，处于不稳定状态，对居民生命财产构成直接威胁。而人工修建蓄水库，引起地下水位抬升，导致坡体容重增加，破坏了原有的应力平衡状态，且地下水导致坡体内部软弱带软化、泥化，抗剪强度降低，易诱发滑坡的发生或老滑坡的复活。赵家岸滑坡由于坡后库岸蓄水，导致地下水位上升，村民地基严重渗水，且地下水位达到了老滑面上部，并有泉水出露，滑坡体稳定性很差，有复活的危险，危及赵家岸村民的生命财产安全。

根据以上因素分析对比，结合坡体变形迹象及特征，对部分重大灾害点进行稳定性判别（表324，表3-25）。

表3-24 主要滑坡灾害点稳定性分析

续表

表3-25 主要不稳定边坡点稳定性分析表

（四）主要地质灾害稳定性综合评价

前面已经用数值分析法、极限平衡法和工程地质类比法对主要灾害点的稳定性进行了分析，三种方法分析的侧重点不一样。数值法主要是采用弹塑性力学理论和数值计算方法，从研究岩土体的应力和位移场的角度，分析评价岩体在一定的环境条件下的稳定性状态；极限平衡法主要运用极限平衡理论来评价斜坡稳定性；而工程地质类比法则是把已有的滑坡或斜坡的稳定性研究经验应用到条件相似的滑坡或斜坡的稳定性判定中去。影响斜坡稳定性的因素比较复杂。因此，本节将综合这三种方法的计算结果，来综合判断主要地质灾害点所处坡体的稳定性。

综合分析结果表明：30处滑坡和不稳定斜坡中，稳定的3处，占总数的10%；较稳定的7处，占总数的23.3%；不稳定的20处，占总数的66.7%（表3-26）。

表3-26 地质灾害稳定性综合评判表

二、地质灾害危害性评估

（一）评估标准

地质灾害的威胁对象包括人口和财产。人口可以直接用数量来表征；财产包括土地、牲畜、房屋、道路等。根据遥感解译和实际物价调查资料，建立主要经济价值评估标准（表3-27），按照威胁对象的危险程度和易损性，依据标准逐一累加计算。地质灾害灾情与危害程度分级标准按表3-28的规定评估。

表3-27 承灾体经济价值评价标准表

表3-28 地质灾害灾情与危害程度分级标准表

1）灾情分级：即已发生的地质灾害灾度分级，采用“死亡人数”或“直接经济损失”栏指标评估；2）危害程度分级：即对可能发生的地质灾害危害程度的预测分级，采用“受威胁人数”或“直接经济损失”栏指标评估。

（二）现状评估

1.滑坡

根据收集以往滑坡资料，以及本次实地调查结果，调查区近些年来有记载的、造成一定经济损失和人员伤亡的滑坡共有34处。在这34处滑坡灾害中，除1处较大级滑坡外，其余33处灾情均为一般级，总共造成5人死亡，以及102.6万元的财产损失。从已查明日期的滑坡来看，新滑坡灾害发生率为0.76处/年（表3-29）。

表3-29 滑坡灾害灾情与危害程度评价表

2.崩塌

崩塌发生后，其遗迹不易保存，地质历史时期的崩塌一般多不存在，对其发生时间尚难以进一步查明。据有时间记载的崩塌调查资料，可对近年来崩塌发生的频率给出基本的数据。从20世纪60年代以来，共发生有记载的崩塌灾害16处，其中较大级崩塌2处，一般级崩塌14处，死亡12人，经济损失48万元（表3-30）。由于调查根据灾情分级，区地质环境条件差，人口密集，尽管年发生频率低，亦应引起人们的特别关注，每一处都有可能带来生命财产的损失。

表3-30 崩塌灾害灾情与危害程度评价表

（三）预测评估

地质灾害危害性预测评估就是对可能危及居民生民财产安全、工程建设的地质灾害的危害性做出评估。本次评估分滑坡、崩塌以及不稳定斜坡三种类型，对其危害性进行预测评估。评估内容主要是受威胁人数以及由于财产损毁而可能造成的潜在经济损失。

1.滑坡

区内滑坡可分为古滑坡、老滑坡和新滑坡3类型，这些滑坡在自然和人为因素的双重诱发下，均存在复活的可能性。野外调查滑坡总共有293处，可分为活动滑坡和不活动滑坡。本节筛选出活动滑坡39处，占调查滑坡总数的13%，对其危害性进行预测评估。

通过对这39处滑坡的危害性预测评估，危害性大的有8处，危害性中等的有25处，危害性小的有6处。总共有约2098人受到滑坡威胁，潜在经济损失约2863万元（表3-31）。

表3-31 滑坡灾害危害性预测评估

续表

2.崩塌

调查区地质灾害以黄土滑坡为主，崩塌居次；调查中所指的崩塌，有崩塌隐患和已发生崩塌两种，这里所指的是已发生崩塌的潜在危害性预测。根据实地调查和以往资料调查结果，区内所发生的52处崩塌灾害中有14处目前还处于不稳定状态，存在潜在危险，占调查崩塌总数的27%。崩塌发生的坡面，在以降水为主的风化作用下，也被改造，且极易生长植被，也不易发觉。既成崩塌少，并不意味着崩塌的危害性小。崩塌的形成条件在调查区普遍存在，黄土深厚，直立性好，垂直节理发育，延河及其支流两岸黄土陡壁悬崖比比皆是，大多窑洞都是选择很陡的坡面（＞65°）水平掘进，窑洞前平房和院子都置于高陡黄土悬崖崩塌的威胁下。

这14处崩塌灾害中，危害性中等的有6处，危害性小的有8处，危害性大的暂无，这与崩塌灾害规模、影响范围较小有关。14处崩塌共威胁240人，潜在经济损失56万元（表3-32）。

表3-32 崩塌灾害危害性预测评估

3.不稳定斜坡

不稳定斜坡是一种潜在地质灾害，既有基岩斜坡，也有黄土斜坡，以及黄土-基岩斜坡，在调查区广泛分布。坡下多有居民居住，或为企事业单位办公、生产基地，是全区生产建设和人民生活的主要场所，从而构成潜在危害。不稳定斜坡只是对斜坡的稳定性做出不稳定的基本判断，但对其不稳定的变化模式没有给出确定的结论。这是由于潜在的变化存在许多不确定的因素，尚不能对其未来变化做出准确的预测。

在详细调查的51处不稳定斜坡中，有11处存在较大潜在威胁，占不稳定斜坡总数的22%。对其威胁人口和潜在经济损失进行估算统计表明，危害性较大的不稳定斜坡有3处，危害性中等的有8处，其他40处危害性较小（未列入）。总共威胁909人，潜在经济损失652万元（表3-33）。调查中只是有选择性地在不同地区选取了部分不稳定斜坡作为调查点，以反映不稳定斜坡的基本特征。实际上，未发生过崩滑灾害的不稳定黄土斜坡其危害性最难评估，对不稳定斜坡的预测评估工作有待于进一步的研究探索。

表3-33 不稳定斜坡危害性预测评估

续表

㈨ 地质储量计算方法有哪些

地质储量，1959年全国矿产储量委员会根据地质和矿产的研究程度及相应的用途所划分的一类储量。地质储量是指根据地质勘探掌握的资料，按照能源储藏形成的规律进行推算得出的储量[1]。

地质储量是指由地质勘探部门根据地质和成矿理论及相应调查方法所预测的矿产储量。这类储量的研究程度和可靠性很低，未经必要的工程验证，一般只能作为进一步安排及规划地质普查工作的依据[2]。

中文名
地质储量
外文名
geological reserves
定义
按照能源储藏规律推算出的储量
分类
表内储量和表外储量
快速
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分类

最新地质储量分类

矿井地质储量
简介
地质储量是指根据区域地质调查、矿床分布规律，或根据区域构造单元，结合已知矿产的成矿地质条件所预测的储量。这类储量的研究程度和可靠程度很低，未经必要的工程验证，一般只能作为进一步安排及规划地质普查工作的依据。在矿山设计及生产部门，为区别于生产矿山的三级矿量（又称生产矿量），一般都将矿山建设和生产以前，由地质勘探部门探明的各级矿产储量，统称地质储量。对于在矿山建设及生产过程中发现的新矿体的储量，有时也称地质储量。欧美各国的储量分级中，有时也将可能储量称作地质储量。前苏联的地质勘探工作中，有时把C2级储量也称地质储量，但有时又把根据地质勘探工作查明的矿床的总储量称地质储量。
分类
地质储量是在地层原始条件下，具有产油、气能力的储层中原油或天然气的总量。地质储量按开采价值划分为表内储量和表外储量。表内储量是指在现有技术经济条件下，有开采价值并能获得社会经济效益的地质储量。它相当于美国矿产分类级别中验证过的经济资源。表外储量是指在现有技术经济条件下开采不能获得社会经济效益的地质储量。它相当于美国矿产分类级别中验证过的次经济资源。当原油及天然气价格提高或工艺技术改进后，某些表外储量可转变为表内储量[3] 。