基于BIM技術(shù)的巖溶發(fā)育區(qū)巖質(zhì)高陡邊坡穩(wěn)定性分析

劉均利，廖恒彬，張炳輝,2

(1. 桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，廣西桂林 541004； 2. 桂林理工大學(xué)廣西巖土力學(xué)與工程重點實驗室，廣西桂林 541004)

0引 言

公路邊坡失穩(wěn)時有發(fā)生，嚴重影響公路的安全運營，尤其是巖溶發(fā)育區(qū)巖質(zhì)高陡邊坡，巖體溶洞、裂隙強烈發(fā)育，地下水豐富，使得巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性更為復(fù)雜[1-2]。

傳統(tǒng)二維地質(zhì)圖紙對特殊地質(zhì)狀況的表達不夠清晰，數(shù)據(jù)的遺漏、丟失、存儲問題有待解決[3-4]。目前地質(zhì)建模方法大多是由二維平面拓展而成，通過相鄰剖面之間對應(yīng)的輪廓線連接網(wǎng)來模擬地質(zhì)形態(tài)，若是遇到復(fù)雜地質(zhì)情況，相鄰剖面之間輪廓線的結(jié)合往往會出現(xiàn)剖面“打架”的現(xiàn)象[5]。隨著工程建筑的大規(guī)模發(fā)展，邊坡工程的空間形態(tài)和地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，地質(zhì)勘察的精度和廣度受到實際條件的限制，邊坡體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)也存在明顯的空間差異性，因此傳統(tǒng)的邊坡數(shù)值模型的穩(wěn)定性分析結(jié)果不足以反映真實情況[6-8]。同時地質(zhì)工程師用軟件模擬分析出來的結(jié)果又無法以數(shù)字化技術(shù)存儲和傳遞，極大地降低了地質(zhì)工程領(lǐng)域的工作效率，不便于實際工程的應(yīng)用。這些“痛點”問題長期困擾著諸多學(xué)者，成為他們迫切攻克的目標(biāo)[9-11]。

通過引入BIM(Building Information Modeling)技術(shù)，結(jié)合地質(zhì)學(xué)、幾何學(xué)、拓撲學(xué)與計算機圖形學(xué)等領(lǐng)域的相關(guān)理論與技術(shù)，形成三維地質(zhì)建模方法，可更直觀、全面地展示地質(zhì)特征與地質(zhì)現(xiàn)象，推測未知地質(zhì)信息。通過巖溶發(fā)育區(qū)巖質(zhì)高陡邊坡BIM模型，既能從宏觀上判斷工程地質(zhì)體的特性，又能從微觀上揭示地質(zhì)體的內(nèi)部構(gòu)造、空間復(fù)雜變化等[12-13]。蘇學(xué)斌等[14]采用地層/巖性混合地質(zhì)建模方法，對含鈾砂層非連續(xù)發(fā)育的砂巖型鈾礦床地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行了表達，并與巖性建模方法進行對比，驗證了混合地質(zhì)建模方法能夠顯著提高建模的精度。該方法是通過算法來實現(xiàn)未知地質(zhì)情況的表達，算法的精確度還有待校正，而且該模型還難以靈活地修改剖面，導(dǎo)入分析軟件步驟繁瑣。

BIM技術(shù)與邊坡工程的結(jié)合主要體現(xiàn)在構(gòu)建三維數(shù)字地質(zhì)模型。將地質(zhì)勘察等各類信息整合到三維模型中，可以更加直觀、準(zhǔn)確、完整地展示地質(zhì)情況，同時能對該地區(qū)地質(zhì)情況進行全方位剖析，通過對比找到最危險二維地質(zhì)剖面，實現(xiàn)對地質(zhì)勘察資料的數(shù)據(jù)采集、復(fù)雜地質(zhì)的三維可視化建模、分析與設(shè)計一體化應(yīng)用[15-18]。陶志剛等[19]基于太平礦業(yè)長山壕露天金礦，構(gòu)建復(fù)雜地質(zhì)體高精度耦合的BIM模型，并將模型導(dǎo)入FLAC3D軟件，分析西南采場邊坡失穩(wěn)破壞的原因，并提出以恒阻大變形錨索為核心的邊坡加固方案，與原支護方案進行對比研究，驗證了新方案具有良好的加固效果。

本文提出一種巖溶發(fā)育區(qū)巖質(zhì)高陡邊坡三維地質(zhì)建模與有限元數(shù)值模擬相結(jié)合的方法。首先建立巖溶發(fā)育區(qū)巖質(zhì)高陡邊坡的三維數(shù)字地質(zhì)模型(BIM模型)，精確反映復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造，然后采用布爾運算對BIM模型進行多次剖切，根據(jù)赤平投影找到最不利剖切面并建立二維有限元模型，最后采用有限元方法對邊坡多種工況下的穩(wěn)定性進行分析。本研究能夠更好地反映地質(zhì)構(gòu)造，更準(zhǔn)確地進行地質(zhì)表述，并通過數(shù)值模擬分析邊坡各工況下的穩(wěn)定性，為公路工程的安全運營提供保障。

1工程背景

桂林市興安縣至陽朔縣公路延長線工程K5+420～K5+740段開挖后形成高65 m的邊坡，坡度為63°～73°，如圖1所示。通過4個工程勘探孔ZK1～ZK4勘察發(fā)現(xiàn)，地層從上到下可以分為黏性土、破碎土層、礫巖、灰?guī)r。其中，地表以下5～10 m巖體較破碎，以破碎土層和黏性土為主，屬較軟～較硬巖；地表以下10～20 m巖體裂隙中等發(fā)育，巖體較完整，以灰?guī)r和礫巖為主，為堅硬～較硬巖。各巖層力學(xué)參數(shù)如表1所示。

圖1福利路高陡邊坡段示意圖Fig.1Schematic Diagram of High and Steep Slope Section of Fuli Road

表1公路高陡邊坡巖土基本參數(shù)Table 1Basic Geotechnical Parameters of Highway High and Steep Slope

2巖體結(jié)構(gòu)面類型及發(fā)育特征

通過鉆孔電視勘察，查明各孔內(nèi)的巖體裂隙發(fā)育情況，對4個鉆孔內(nèi)巖體的規(guī)模、產(chǎn)狀、巖層類型、力學(xué)性質(zhì)等特征進行了詳細的調(diào)查和研究，如下：

(1)斷層：里程K5+620附近發(fā)育一條北西走向的擠壓斷層，傾向北東方向，傾角50°；斷層面埋深1～6 m，厚度0.1～0.5 m，充填斷層泥，其附近分布一定厚度的斷層角礫巖。

(2)層間錯動面：受斷層影響，主斷層面附近巖層發(fā)生了局部層間錯動，錯動距離為5～20 cm，充填有黏性土或巖土碎塊，其巖層產(chǎn)狀較陡。

(3)構(gòu)造裂隙：受斷層構(gòu)造運動影響，地表以下5 m范圍內(nèi)巖體破碎；5 m以下的構(gòu)造裂隙一般發(fā)育，構(gòu)造裂隙傾角較陡，一般大于65°，主要構(gòu)造裂隙的走向與主斷層走向基本一致，為北西方向，產(chǎn)生于斷層構(gòu)造運動的擠壓作用，裂隙延伸深度一般在20 m左右，局部可達30 m。ZK3附近的巖體裂隙為巖溶水通道，受溶蝕影響其張開度較大，除ZK3孔附近外，其余地段的構(gòu)造裂隙張開度較小，裂隙寬度一般不超過3 cm。

(4)巖體溶蝕特征：場地裂隙閉合程度較高，巖層透水性差，巖溶水運動不暢，且地下水位較低，其水位高程一般在140 m以下，巖體溶蝕動力主要來源于季節(jié)性降雨，故場地巖層溶蝕程度總體不高，5 m以下裂隙面的溶蝕作用輕微，裂隙面鐵質(zhì)氧化物渲染較為明顯。巖體溶蝕主要發(fā)生在巖面和巖溶水通道的裂隙面，偶有小型溶孔溶洞發(fā)育于ZK3附近，溶洞發(fā)育高度為1.0～1.7 m，均為淺層溶洞，充填軟塑狀黏性土。場地巖溶水通道發(fā)育于ZK1孔附近，該處裂隙溶蝕現(xiàn)象明顯，如圖2所示，其中H為鉆孔深度。

圖2ZK1鉆孔電視勘察圖Fig.2ZK1 Borehole TV Survey Map

上述地質(zhì)情況極有可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，存在極大的安全隱患，因此需要進一步的分析驗算。

3BIM的應(yīng)用及建模流程

3.1技術(shù)路線

主要技術(shù)流程為：①依據(jù)IFC(Industry Foundation Class)標(biāo)準(zhǔn)，通過構(gòu)件參數(shù)約束和邏輯約束建立三維地質(zhì)信息模型；②以三維模型為載體，運用布爾運算拾取最不利邊坡剖面模型；③將邊坡模型導(dǎo)入有限元分析軟件，在不同工況下檢驗其穩(wěn)定性，通過綜合分析提出邊坡治理方案；④將各階段的數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，可在不同維度上對成果進行展示，也可嵌入邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)用于公路運營階段邊坡失穩(wěn)預(yù)警。技術(shù)路線圖如圖3所示。

圖3邊坡BIM應(yīng)用流程Fig.3Slope BIM Application Process

3.2邊坡三維數(shù)字地質(zhì)模型的創(chuàng)建

采用GEO5進行三維地質(zhì)建模，如圖4所示，其過程分成地形建模和地質(zhì)建模。地形建模是將高程點或等高線數(shù)據(jù)以*.dxf或*.dwg格式導(dǎo)入，生成地形模型，但該模型不包括巖體結(jié)構(gòu)面及發(fā)育特征。

圖4地質(zhì)建模流程Fig.4Geological Modeling Process

在地層建模之前需要對鉆孔數(shù)據(jù)進行檢查和預(yù)處理，篩選出主要地層進行建模，以消除自動建模邏輯錯誤造成的不兼容。地層建模的屬性信息包括高程點、等高線、坡度、坡向等，在坐標(biāo)系中將地面形態(tài)以及空間位置特征使用數(shù)字坐標(biāo)描述。需要注意的是在剖面建模時地層的深度不宜過小，否則會導(dǎo)致后期網(wǎng)格劃分時網(wǎng)格點和網(wǎng)格線距離過小，使分析結(jié)果與實際情況有偏差。

地質(zhì)建模采用鉆孔數(shù)據(jù)和剖面數(shù)據(jù)混合建模。其中，鉆孔數(shù)據(jù)建模需要將地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)導(dǎo)入其中，然后設(shè)置一個盡可能容納所有地層的層序控制孔，以便建模時鉆孔能夠更好地兼容。此外還可添加特征鉆孔對未探測位置的地形進行局部精細化設(shè)計，然后對其他參與建模的所有鉆孔添加虛擬層，使所有鉆孔處于激活狀態(tài)，參與三維建模。剖面建模需要在二維工作界面完成，允許工程師依據(jù)工程經(jīng)驗在工作界面自定義地層線和斷面線對特殊地質(zhì)進行表達，使三維地質(zhì)模型更加精確。決定復(fù)雜地質(zhì)建模精確度的幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括：

(1)斷層及層間錯動：通過軟件中地質(zhì)剖面模塊進行表達。將勘察所得具有特殊地質(zhì)特性的ZK1添加至剖面上，由勘察信息確定斷層及層間錯動的方向、角度、深度、厚度及填充材料，結(jié)合地質(zhì)工程師對實際地質(zhì)情況的了解，逐一添加地層多段線，并在添加地層面中將多段線定義為斷層或?qū)娱g錯動，對未識別多段線的區(qū)域，還可以針對區(qū)域指定新的地層。

(2)構(gòu)造裂隙及巖體溶洞溶蝕：通過生成地質(zhì)模型模塊對已知鉆孔的連接順序進行調(diào)整，達到兼容狀態(tài)參與建模。根據(jù)鉆孔取樣試驗對裂隙中的填充物進行巖土基本參數(shù)的調(diào)整，達到能夠參與后期有限元分析的要求。特殊地質(zhì)表達如圖5所示，最終生成的邊坡模型如圖6所示。

圖5斷層及層間錯動Fig.5Faults and Interlayer Dislocation

圖6邊坡地質(zhì)模型Fig.6Slope Geological Model

4有限元分析

根據(jù)赤平投影結(jié)果對三維數(shù)字地質(zhì)模型研究區(qū)域內(nèi)的剖面進行剖切，觀察剖面的地層分布、巖土屬性和連續(xù)情況，根據(jù)地質(zhì)工程師經(jīng)驗，選擇最不利剖面建立二維邊坡模型，如圖7所示。分別采用OptumG2(以下簡稱G2)有限元極限分析方法[20-22]和摩根斯坦-普拉斯法(Morgenstern-Price法)[23-25]進行對比分析。

圖7最不利剖面模型Fig.7Most Unfavorable Section Model

4.1G2有限元分析方法

有限元極限分析方法采用理想塑性模型，研究材料達到極限狀態(tài)時的力學(xué)關(guān)系，通過不斷降低材料強度(按照一定的比例降低巖土黏聚力、內(nèi)摩擦因數(shù))或增大荷載，求出材料的極限荷載或穩(wěn)定安全系數(shù)，同時也能夠求解材料中的破壞形態(tài)。該方法不需要預(yù)先知道潛在滑動面，也不需要知道滑動面上的滑動力與抗滑力，就可以計算出潛在滑動面位置和安全系數(shù)。對于實際工程的巖土強度與穩(wěn)定問題而言，目的就是要求出潛在滑動面位置和安全系數(shù)，傳統(tǒng)極限分析就能夠滿足實際工程的計算精度要求，沒有必要引入本構(gòu)關(guān)系，從而化繁為簡[26-27]。

有限元強度折減法的基本原理是將坡體強度參數(shù)黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ的正反切值同時除以一個折減系數(shù)Ftrial，得到折減后的c′、φ′值[式(1)],然后作為新的資料參數(shù)輸入，再進行試算，當(dāng)計算不收斂時，對應(yīng)的Ftrial被稱為坡體的最小穩(wěn)定安全系數(shù)，此時坡體達到極限狀態(tài)，發(fā)生剪切破壞，同時可得坡體的破壞滑動面位置，以及位移、塑性應(yīng)力和應(yīng)變值，能夠針對性的分析邊坡失穩(wěn)破壞的原因[28-31]。

(1)

G2有限元分析方法是將有限元極限分析方法和有限元強度折減法相結(jié)合。先進行有限元極限分析，得到材料的極限荷載和安全系數(shù)，然后對其進行有限元強度折減迭代計算，當(dāng)邊坡進入失穩(wěn)狀態(tài)時停止計算，得到邊坡失穩(wěn)破壞的位移、應(yīng)變、應(yīng)力云圖。2種方法的結(jié)合既能減少計算時間，又能得到邊坡破壞的位移、塑性應(yīng)變和應(yīng)力值，同時滿足實際工程與科學(xué)研究的需要。

4.1.1 數(shù)值分析設(shè)置

將最不利邊坡模型導(dǎo)入G2后，材料類型采用Mohr-Coulomb模型，輸入各巖層基本參數(shù)，再對模型各地層進行巖層信息的賦予。根據(jù)鄭穎人邊坡與滑坡工程治理[24]中對有限元法計算模型的邊界界定，取坡腳到左端邊界的距離為坡高的1.5倍，坡頂?shù)接叶诉吔绲木嚯x為坡高的2.5倍，且上下邊界總高不低于2倍坡高，建立有限元模型。根據(jù)模型和實際地質(zhì)條件確定邊界條件為：模型左右邊界施加水平約束，底部邊界施加完全約束，模型頂端及邊坡部分為自由邊界。采用網(wǎng)格自適應(yīng)的方法建立三角形單元，并對網(wǎng)格進行平滑處理，如圖7所示，單元數(shù)量為11 423，節(jié)點數(shù)量為3 861。

對于特殊地質(zhì)而言，G2中的裂隙可以表征巖體結(jié)構(gòu)面及土體內(nèi)部裂隙等，但這并不是巖土體的豎向拉張裂縫。對于斷層而言，在G2中一般采用剪切節(jié)理的方式來模擬，剪切節(jié)理是夾在兩種材料之間無限薄的另一種材料。對于裂隙而言，在Mohr-Coulomb模型中實體模塊選擇定義1個或2個面，輸入?yún)?shù)。需要注意的是，該步驟的傾角α1、α2為從水平面逆時針轉(zhuǎn)向豎直面的角度，如圖8所示。特殊地質(zhì)面參數(shù)如表2所示。圖9為模型自適應(yīng)網(wǎng)格劃分。

圖8傾角示意圖Fig.8Schematic Diagram of Inclination

4.1.2 分析結(jié)果

對結(jié)果提取水平向位移云圖、豎向位移云圖、總位移云圖及塑性應(yīng)變圖(圖10)進行分析，得到邊坡的安全系數(shù)為0.79(小于規(guī)范所定的1.35)，可知邊坡處于失穩(wěn)狀態(tài)。圖10中深色區(qū)域即為位移發(fā)生區(qū)域，顏色越深，位移越大。

表2特殊地質(zhì)巖土基本參數(shù)Table 2Basic Parameters of Special Geology Rock

圖9模型自適應(yīng)網(wǎng)格劃分Fig.9Model Adaptive Mesh Generation

圖10自然工況下的位移及應(yīng)變等值云圖Fig.10Displacement and Strain Contour Map Under Natural Conditions

從圖10(a)可以看出，在自重工況下，破壞面形狀大致呈圓弧狀，最大橫向位移出現(xiàn)在距離坡腳35 m的位置，最大位移達到1 m，位移變形集中于邊坡的破碎土層堆積處。從圖10(b)可以看出，在Y方向上，邊坡整體均存在向下移動的趨勢，其中豎向位移的最大值出現(xiàn)在坡頂處，為0.312 m。從圖10(c)可以看出，在XY方向上，最大位移達到1.03 m，而且在破碎土層和黏性土之間出現(xiàn)了貫通的塑性區(qū)，有相對滑移的趨勢，這是重點關(guān)注的支護區(qū)域。從圖10(d)可以看出，塑性應(yīng)變沿破碎土層、黏性土與礫巖層交界面分布，形成局部塑性應(yīng)變集中帶。結(jié)合以上分析可知，邊坡在破碎土層和黏性土、角礫巖交界處的位移最大，該處邊坡失穩(wěn)破壞主要受到巖體溶蝕、構(gòu)造裂隙、層間錯動的影響較大，極有可能沿著巖層交界處發(fā)生剪切-滑出現(xiàn)象。在鉆孔附近的斷層和裂隙由于處在谷底位置，沒有向外發(fā)展剪切-滑出破壞的趨勢，在自重條件下沒有向外發(fā)展的趨勢，因此對上部邊坡的穩(wěn)定性影響不大。

4.2摩根斯坦-普拉斯法對比驗證

為了驗證G2有限元分析的準(zhǔn)確性，采用摩根斯坦-普拉斯法對該邊坡的安全系數(shù)進行穩(wěn)定性驗算。

該方法基本流程與G2有限元分析近似。在搜索最不利圓弧滑面時，需要在邊坡模型上繪制任意曲線滑動面，這里需要注意的是繪制任意滑動面時需要貫穿整個邊坡，而且要避免所畫圓弧出現(xiàn)反傾。由圖11可以看出，邊坡安全系數(shù)為0.8，不滿足要求，且安全系數(shù)小于規(guī)范所定的1.35，說明邊坡在天然工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，易發(fā)生邊坡滑移事故。

綜上，摩根斯坦-普拉斯法分析結(jié)果與G2有限元分析結(jié)果近似相等，驗證了有限元極限分析方法的準(zhǔn)確性。

圖11邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果Fig.11Slope Stability Analysis Results

5邊坡治理措施的分析

由上述分析可知，在自然工況下的邊坡不穩(wěn)定需要進行處治。根據(jù)地質(zhì)地形特征，結(jié)合項目區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害特點及工程治理經(jīng)驗，采用削坡和錨桿相結(jié)合的方式進行處治。

5.1削坡處理

挖方邊坡每10 m設(shè)置一級平臺，平臺寬度1.5 m，挖方路段設(shè)置碎落臺，碎落臺寬度1.5 m。前三級使用0.3的坡率進行放坡，后坡全部采用0.5邊坡坡率進行放坡。在第一級邊坡坡頂處設(shè)置被動防護網(wǎng)，用于防治坡面碎石落到行車道上，邊坡坡頂處設(shè)置被動防護網(wǎng)，用于防治坡頂落石。在距被動防護網(wǎng)5 m處設(shè)置截水溝，以防止邊坡被雨水徑流沖刷，確保邊坡穩(wěn)定。

5.2削坡分析結(jié)果

削坡后采用有限元極限分析方法得到邊坡安全系數(shù)為0.536，仍處于失穩(wěn)狀態(tài)，且產(chǎn)生了從第5級邊坡到坡頂?shù)乃苄载炌▍^(qū)域(圖12)，有可能發(fā)生剪切-滑出破壞，且最大位移出現(xiàn)在第5級邊坡處，因此對削坡后的邊坡采用錨桿支護進行加固。

圖12削坡穩(wěn)定性分析圖Fig.12Stability Analysis Diagram of Cutting Slope

5.3邊坡支護方案

根據(jù)削坡后的有限元分析結(jié)果，采用如下邊坡處治方案：①在第1級邊坡坡頂處設(shè)置被動防護網(wǎng)，防止坡面碎石落到行車道上；②在距離被動防護網(wǎng)5 m外處設(shè)置截水溝，以防止邊坡被雨水徑流沖刷；③第5～8級邊坡范圍采用錨桿掛網(wǎng)噴混凝土防護措施，錨桿布置為2.5 m(行距)×2.5 m(排距)，呈梅花狀布設(shè)，單根錨桿長L=3～18 m(具體視開挖后節(jié)理裂隙發(fā)育特征確定)，設(shè)計錨孔孔徑φ90，錨桿入射角(俯角)為20°，錨筋采用φ25鋼筋，錨桿孔內(nèi)灌注M30水泥砂漿或純水泥漿，鋼筋網(wǎng)采用φ6.5鋼筋，網(wǎng)度200 mm×200 mm，噴射細混凝土厚度為8 cm，混凝土強度等級為C20，掛網(wǎng)邊緣用φ18鋼筋，錨固長度為1 m，將鋼筋網(wǎng)固定；④局部坡面巖石較完整地段采用C20素混凝土進行5 cm的噴錨防護。

5.4錨桿支護分析結(jié)果

支護后的邊坡穩(wěn)定分析結(jié)果如圖13所示，邊坡安全系數(shù)達到1.405，滿足規(guī)范要求。經(jīng)過支護后邊坡的最大X方向位移為0.796 6 m，Y方向位移為0.1 m，XY方向總位移為0.797 m，但在位移云圖中可以看出，邊坡位移云圖整體顏色較淺，實際邊坡整體X方向位移只有0.16 mm，Y方向位移為0.38 mm，XY方向總位移幾乎為0；同時借助該軟件對邊坡失穩(wěn)破壞的模擬，發(fā)現(xiàn)邊坡在支護工況下沒有發(fā)生剪切-滑出破壞，變形極小，將位移云圖的顯示范圍調(diào)至最大發(fā)現(xiàn)，最大位移發(fā)生在坡面處，對整體邊坡穩(wěn)定性影響不大。

圖13支護后網(wǎng)格劃分及位移云圖Fig.13Mesh Generation and Displacement Nephogram After Support

可見，錨桿支護極大地約束了邊坡的側(cè)向位移，有效平衡邊坡的滑動力，限制了有效塑性區(qū)域的發(fā)展，提高了邊坡的整體穩(wěn)定性。

6結(jié)語

(1)結(jié)合BIM技術(shù)，通過剖面建模與鉆孔建模混合方法建立的三維數(shù)字地質(zhì)模型具有以下優(yōu)勢：①該方法是一種新的數(shù)據(jù)經(jīng)驗融合建模的方法，發(fā)揮了有限地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)的最大價值，彌補了只靠二維剖面或鉆孔信息建模的單一性，為地質(zhì)建模提供了新的思路；同時也解決了傳統(tǒng)建模相鄰輪廓線之間混亂識別、建模精度等難題；②混合建模方法可以準(zhǔn)確表達特殊地質(zhì)情況，實現(xiàn)對模型任意位置的剖切觀察，與傳統(tǒng)二維圖紙相比，該方法對地質(zhì)結(jié)構(gòu)的描述及可視化方面都有著巨大的優(yōu)勢，同時也能為三維空間內(nèi)部信息統(tǒng)一儲存、匯總提供了渠道。

(2)三維地質(zhì)數(shù)字模型與有限元數(shù)值分析方法結(jié)合，使得三維數(shù)字地質(zhì)模型在表達特殊地質(zhì)情況的同時還能夠應(yīng)用于有限元極限分析，模擬邊坡的失穩(wěn)過程，通過摩根斯坦-普拉斯法驗證有限元極限分析的準(zhǔn)確性，提高有限元極限分析方法的可靠程度和計算效率，對工程應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

(3)在未知潛在滑動面的情況下，可以通過G2有限元分析方法模擬邊坡失穩(wěn)破壞情況，得到潛在滑動面位置、安全系數(shù)、位移及應(yīng)力應(yīng)變，分析邊坡失穩(wěn)破壞的原因，提出針對性治理方案。該項目巖溶發(fā)育區(qū)巖質(zhì)高陡邊坡在自然工況下安全系數(shù)為0.79，削坡工況下安全系數(shù)為0.536，經(jīng)過支護加固后邊坡的安全系數(shù)達到1.405，此時邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，位移也由1.03 m減小至0.16 mm，可見此支護方案對邊坡穩(wěn)定性起到顯著效果。通過該方法對特殊地質(zhì)情況的邊坡進行分析，提出合理、準(zhǔn)確、直觀的評價，為邊坡設(shè)計施工提供了依據(jù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。