基于无人机测绘的堆积体滑坡稳定性分析

基于无人机测绘的堆积体滑坡稳定性分析

郭京平

（秦皇岛市大地卓越岩土工程有限公司，河北秦皇岛066000）

摘要：通过现场调查，明确灾害体发育范围，利用无人机对研究区进行测摄及点云数据采集。通过室内点云数据处理获取场地正射影像（DOM）及数字地表模型（DSM），结合采集所得数据进行典型斜坡剖面绘制。首先对研究区滑坡，进行稳定性定性评价，再使用Slope/W模块建立数值模型，通过极限平衡计算对滑坡稳定性进行定量计算，计算结果表明：将无人机测绘成果用于滑坡稳定性快速评价，具有快速便捷、合理可靠的优点。关键词：无人机测绘；DSM；堆积体滑坡；Slope/W；稳定性评价中图分类号：P2.22；P231文献标志码：A

文章编号：2095-0144（2019）10-0016-04

1前言

中国是地质灾害多发国家，其中滑坡灾害每年都给国家和人民造成严重危害。要实现对滑坡稳定性的快速评价至关重要[1-5]，目前国内外相关学者、专家对该领域进行了一系列富有成效的研究[6-8]。胡华伟等对大毛院滑坡进行了现场勘察，运用传递系数法计算了滑坡的下滑力，并对滑坡的稳定性进行了评价[9]。张大权等[10]基于滑坡所处地质环境条件，分析了镇宁县滑坡形态特征、边界特征、表部特征、内部特征及滑动特征。刘惠国等[11]以中江县冯店镇垮梁子滑坡钻孔为研究对象，画出钻孔自然电位等值线图，根据等值线图的分布规律进而分析出垮梁子滑坡钻孔地下水流向。

本文使用无人机对现场进行了勘察测绘，结合点云数据建立了正射模型与数字表面模型，通过斜坡剖面绘制，结合现场稳定性定性评价，使用SLOPE/W进行滑坡稳定性定量评价，计算结果表明范意义。2工程概况

2.1地理与气象水文条件

滑坡区位于云南省燕子洞。境内有鸡石高速及323国道、王蒙线及宝蒙线两条铁路通过，交通较便利。雨季节区分较为显著，每年5-10月为雨季，降雨量占全年降雨量的80%以上，其中连续降雨强

收稿日期：2019-09-04

度大的时段主要集中于6-8月，年平均降雨量805mm，夏季雨水充沛约500mm。2.2工程地质条件

研究区地势西高东低，地形坡度一般为10°～15°，局部陡坎达40°。滑坡发生后，平面上滑坡区相对周围地形呈“圈椅状”凹陷地形（图1），东西方向后缘形成较高的陡坎，中部至坡脚地形较缓；坡体两侧地形略低，呈凹陷地形。地面高程1208～1234m，相对高差26m（图2）。调查区未见基岩裸露，覆盖层土体主要为以残积、残坡积及滑坡堆积粉质黏土为主。

具有快速、合理的优点，对同类工程具有较好的示

图1正射影像图（DOM）

作者简介：郭京平（1975-），男，河北秦皇岛人，高级工程师，学士，主要从事岩土工程稳定性评价问题研究，E-mail：419978248@qq.com。

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第10期郭京平：基于无人机测绘的堆积体滑坡稳定性分析第55卷

图2数字表面高程模型（DSM）

根据地面地质调查，灾害体地层主要为第四系滑坡堆积土（Q4del）、残坡积土（Q4el+dl）（图3）及残积土

Q4el）组成，下伏基岩为上第三系（N1）砂岩和泥岩。图3第四系残坡积土

区域构造上，场地处云南“山”字形构造建水弧与石屏弧之间的东翼地段，少部分位于通海弧与弧顶部位，属扬子地台（Ⅱ3东、北西走向。滑坡区位于建水弧与石屏弧之间的

）。主要构造断裂走向为北东翼，附近有一北北西走向的断层通过，距离滑坡区较远，对滑坡影响较小。研究区抗震设防烈度为8度区，地下水位埋深一般为设计地震分组为第三组。

1.0m（坡下）～2.3m（坡上），场地地下水较丰富。从地形分析，场地为由西向东倾斜的单面坡，有一定的汇水面积，且坡面相对低洼、平缓的地形易积水。

3灾害体发育特征及成因机制分析3.1结构特征

结合数字表面高程模型（DSM）进行滑坡剖面图绘制（图4）。

1232

1228N73°E048m

图例：

第四系残坡积土第四系残积土1224滑面现地形

12201216第四系分界线m/1212Q4el+dl挡墙

程排水沟高120812041200Q4el

1196

0

10

20

30平距40/m

50

60

70

80

图4基于无人机测绘的典型剖面

（1）滑体

滑坡体物质主要为粉质黏土，黄褐色、灰褐色，软塑-可塑状，局部含黏土、粉土和砂砾。

（2）滑面及滑带

经地面地质调查与测绘结合钻探揭露资料，滑带土性状差异较大，以软塑-可塑状为主，局部呈流塑状。滑带土总体上与滑体土难以区分。

（3）滑床

根据钻孔揭露，滑床土体主要为硬塑状粉质黏土，为原岩风化残积形成。分析认为，本滑坡为土质滑坡，破坏模式为圆弧滑移，滑床并非全部在残积土，局部应在以残坡积粉质黏土的土体中，总体呈圆弧形。3.2边界特征

结合无人机测绘及现场调查显示：滑坡边界明

显（图5）。滑坡后缘以高1.8m，宽0.6m的挡土墙

围范N坡滑水泥桩倾倒

用于拦挡的砂袋破坏挡墙线管坡体表面裂缝

水塘

威胁对象

图5基于无人机测绘的灾害体遥感解译

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（2019年第10期甘肃水利水电技术第55卷和长60m左右的排水沟为界；右缘以地面变形引起的葡萄园里呈“醉汉”式倾斜木桩与未倾斜的木桩形成的边界处裂缝为界；左缘以弧形滑坡后缘壁延伸的侧缘裂缝为界，此处上下裂缝高差0.3～1.1m；滑坡体前缘水沟边芭蕉树未滑动，但滑坡舌已经进入水沟，前缘以滑坡舌表面形成的鼓丘所在位置为界。

3.3变形机制及影响因素分析

结合前期调查，认为残坡积粉质黏土表层结构松散、含粉土和砂砾等透水土层是发生滑坡的内在因素，大气降水是滑坡发生的诱发因素。滑坡体表层土体结构松散、含粉土和砂砾等透水土层，滑坡地段地形略呈凹形，为坡面大气降水的汇集提供了有利的地形条件。在滑坡体上斜向开挖管沟，形成了一个软弱带，一方面土体松散易于坡面汇水下渗，在强降雨时，坡面汇水沿土体孔隙、透水土层垂隙水压力增大，土体抗剪强度降低，导致斜坡稳定性降低；另一方面滑动前地形较陡，坡体自稳能力差，易在土体内部产生潜在软弱面。因此，坡体由以上各种不利因素的组合，在土体内部形成圆弧滑移面，最终造成滑坡的发生。4稳定性分析4.1定性评价

调查查明，场地已发生滑坡，变形痕迹明显：滑坡体后缘右侧形成高度约2.5m的陡坎，坡壁见擦痕，并在后缘形成宽度约2m的局部反坡洼地，坡体见大量弧形裂纹，并伴有隆起现象，葡萄园水泥桩东倒西歪；坡体中滑动及变形引起坡体地面凹陷，相对于周围稳定坡体呈负地形；坡面、坡脚堆有松散土体。经以上条件及影响因素判定：滑坡在自然状态基本稳定，暴雨状态不稳定。因此，必须对滑坡进行治理。在此基础上，进一步分析计算滑坡现状及发

展趋势。调查查明，场地上部土体主要为软塑-可塑状粉质黏土，下部土体为硬塑状粉质黏土。上部土体有多个滑面切割，造成土体整体软弱，为易滑移层；下部土体呈硬塑，埋深大，不具备滑动变形的地形及地质条件。由于易滑体整体软弱，土体主要为粉质黏土，判定土体破坏模式为圆弧滑移。4.2定量评价

利用前期无人机勘察测绘获取的点云建立地质模型。模型图建立的依据是主滑方向，堆高较大、坡角较大的典型剖面（图6）。模型图中的2条折线从上到下依次表示：滑坡地面线、地层分界线。模型共单元直径宽2米，共有450个节点，将斜坡划分为410个单元。

30

Materials□残坡积粉质黏土□残积粉质黏土相对高程/m直下渗，土体自重增大，同时土体吸水饱和软化，孔

20

10

0

0102030

4050

水平距离/m

607080

图6数值计算模型

调查表明，滑坡体处于弱变形阶段，因此潜在滑面在取值时主要参照了天然和饱和抗剪强度峰值取值。根据上述分析，在进行岩土试验参数统计及经验类比的基础上，提出参数建议值。场地区岩土体主要物理力学指标建议值见表1。

考虑到该滑坡所处区域雨量充沛，根据已有气象资料显示，特别是6-8月是该场区日最大降水量曾达到500mm，需要考虑暴雨工况下滑坡的稳定性状况。因此设计参照《滑坡防治工程设计与施工技

表1岩土体主要物理力学指标建议值

项目

土名

容重（/kN/m3）天然状态19.520.0

饱和状态20.122.0

压缩模量/MPa4.78/

天然18.225.0

抗剪强度指标

承载力

天然抗压强度/MPa//

C/kPa

饱和11.5418.0

天然13.722.0

ϕ（/°）

饱和11.4912.0

特征值/kPa120110

残坡积粉质黏土残积粉质黏土

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第10期郭京平：基于无人机测绘的堆积体滑坡稳定性分析第55卷

术规范》（DZ/T0219-2006）对工况的设置和安全标准要求执行。稳定性计算设置下列工况：

工况Ⅰ（天然工况）：自重

工况Ⅱ（暴雨工况）：自重+暴雨（20年一遇）滑坡稳定性判别标准见表2。

表2稳定性判别标准

稳定性系数Fs＜1.001.00≤Fs＜1.051.05≤Fs＜1.15Fs≥1.15

稳定状态

不稳定

欠稳定

基本稳定

稳定

采用极限平衡的基本理论和方法，计算天然工况下滑坡稳定性，得到的计算结果如图7、图8所示。天然工况下（图7），滑坡稳定性计算结果1.057坡稳定性计算结果，处于基本稳定状态。暴雨工况下1.021，处欠稳定状态。建议采

（图8），滑取治理措施处置。

301.057Materialsm□/程□残坡积粉质黏土残积粉质黏土高20对相100

0

10

20

30

水平距离40/m

5060

70

80

图7天然工况稳定性计算结果

301.021Materialsm□/程□残坡积粉质黏土残积粉质黏土高20对相100

0

10

20

30

水平距离40/m

5060

70

80

图8暴雨工况稳定性计算结果

5结论

通过现场调查、测绘及室内计算，得出了以下几点认识。

（1）调查区未见基岩裸露，覆盖层土体主要为

以残积、残坡积及滑坡堆积粉质黏土为主。

（2）滑坡边界条件清楚，地层主要为第四系滑坡堆积土（Q4del）、残坡积土（Q4el+dl）（图3）及残积土

（Q4el）组成，下伏基岩为上第三系（N1（3）坡体结构特征是滑坡发生的内在因素，）砂岩和泥岩。大

气降水是滑坡发生的诱发因素，而滑坡体表层土体

结构松散、含粉土和砂砾等透水土层，滑坡地段地形略呈凹形，为坡面大气降水的汇集提供了有利的地形条件。

（4）利用前期无人机勘察测绘获取的点云建立地质模型，使用SLOPE/W进行稳定性计算，认为滑坡在天然状态下处于基本稳定状态，暴雨工况状态下处于欠稳定状态，建议采取支挡措施。参考文献：

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