Použitie GIS pre určovanie stability svahov

1. Použitie GIS pre určovanie stability svahov Ing. Juraj Mužík Žilinská Univerzita v Žiline Katedra Geotechniky Stavebná Fakulta

2. Úlohy a Ciele... • Vytvoriť softvérový modul pre modelovanie stability svahov • Návrh a vytvorenie stabilitného modelu • Vytvoriť prostriedky pre prípravu, spracovanie a odvodenie vstupných údajov

3. Stabilita svahov... • Odolnosť svahu proti porušeniu alebo zosuvu • Príčiny vzniku zosuvov: • vztlakové a priesakové účinky podzemnej vody • pórové tlaky aktivované v súdržných zeminách • priťažujúce alebo zotrvačné účinky seizmicity Porušenie. Pri porušení dôjde ku strate stability v dôsledku prekročenia šmykovej pevnosti zeminy na ploche porušenia. Zosuv Relatívne rýchly gravitačný pohyb po šmykovej ploche

4. Šmykové plochy • Šmyková plocha - oblasť kde došlo k strate šmykovej pevnosti • Tvary šmykovej plochy

5. Zosuvy – príklad problémov

6. Riešenie problému stability svahov bez GIS Geologické metódy určovania stability svahov: • metódymedznej rovnováhy • metódyprogresívneho porušovania • metódyfyzikálneho a matematického modelovania

7. Stabilitný 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

8. Stabilitný model nekonečnéhosvahu 1. Index premočenia 2. Kombinovaná kohézia 3. Pomer hustoty

9. Topologický index premočenia Špecifická odtoková plocha [m2/m  m] (zberná plocha na jednotkovú dĺžku) • 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}

10. AREA 2 AREA 1 Špecifická odtoková plocha • Má štruktúru GRIDu • Počíta sa pre každú bunku • Veľkosť bunky závisí od veľkosti bunky pôvodného DEMu • Je vyjadrená ako premenná „a“ v jednotkách [m] 3 12

11. Kombinovaná kohézia C = (Cr+ Cs)/ (h ρs g) – bezrozmerný faktor kohézie, vyjadrený ako pomer kombinovanej kohézie v pomere ku kolmej hrúbke zeminy

12. Implementácia arcSlopeStab • arcSlopeStab extension pre ArcView 9.0 • ArcObjects & Visual C++ • COM server

13. Vstupné údaje DEM digitálny model reliéfu - IDRISI Raster - ESRI GRID - ESRI TIN Údaje o riešenom území vo formáte SHP - charakteristiky zemín - klimatické podmienky Konverzia na ESRI GRID Určenie smerov prúdenia vody na riešenom území Vyplnenie dier - Pit filling - odstránenie defektov digitálneho modelu reliéfu Určenie špecifickej zbernej plochy Výpočet sklonov – Slope Výpočet faktora bezpečnosti FS a určenie indexu stability SI Vývojový diagram arcSlopeStab

14. Vstupné údaje • Digtálny model reliéfu DEM • ESRI TIN • ESRI GRID • Idrisi Raster • SHP - charakteristiky zemín • arcSlopeStab – ESRI GRID • Konverzia iných formátov do ESRI GRID

15. Vyplnenie dier – Pit Filling • Chyby Digitálnych Modelov Reliéfu • Diery v DEM • Vplyv dier na výpočet • Odstránenie dier

16. Určovanie smeru prúdenia vody • Algoritmus D8 • Diskretizácia smerov prúdenia

17. Smery prúdenia

18. Určenie sklonu svahu

19. Zberná plocha • Určenie Špecifickej odtokovej plochy • Akumulácia vody v toku

20. Charakteristiky 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

21. Výpočet Indexu Stability • Pre každú bunku sa vypočíta Index Stability <1 SI = Prob(FS>1) SI = FS >1 <1 SI = Prob(FS>1) = 0

22. Definícia tried stability • Slovné vyjadrenie hodnoty indexu stability

23. Mapa Stability

24. Ďakujem za pozornosť