Použitie GIS pre určovanie stability svahov
description
Transcript of 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