边坡稳定性分析方法简析

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1、边坡稳定性分析方法边坡稳定性问题涉及矿山工程、道桥工程、水利工程、建筑工程等诸多工程领域。这些工程都涉及到大量的边坡问题，而且，作为三大自然灾害（地震、洪水和崩塌滑坡泥石流）之一的滑坡灾害严重地危及到国家财产和人们生命的安全，所以对边坡进行稳定性研究具有十分重要的意义。其主要目的就是分析边坡稳定分析方法的发展，述评各种常用的分析方法，简要探讨一下边坡稳定分析的发展趋势。边坡稳定性研究已有100年以上的历史。早期的边坡研究是土体为研究对象的，其主要是采用材料力学和简单的均质弹性、弹塑性理论为基础的半经验半理论性质的研究方法，并把此方法用

2、于岩质边坡的稳定性研究，但由于其力学机理的粗浅或假设的不合理，其计算结果与实际情况差别较大。随着进一步发展，人们开始使用条分法、有限元方法研究边坡的稳定性问题，给定量评价边坡的稳定性创造条件，并使其逐渐过渡到数值方法，从而使边坡稳定性研究进入模式机制和作用过程研究成为可能。极限平衡法极限平衡法在工程中应用非常广泛。它是根据边坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理（即静力平衡原理）分析边坡各种破坏模式下的受力状态，以及边坡上的抗滑力和下滑力之间的关系来评价边坡的稳定性。其基本原理是：设边坡的稳定安全系数为F，则当边坡土体材料的抗剪参数（摩擦

3、因数tanφ和粘结力c）降低F倍后，边坡内某一最危险滑面上的滑体将濒于失稳的极限平衡状态。在极限平衡分析中需要假定滑裂面，如果滑裂面为任意形状，那么，为了确定沿滑裂面的应力分布，需要将滑动土体分成若干垂直土条，通过分析作用于土条上的力来建立平衡方程，此即条分法。目前，主要有：瑞典圆弧形、Bishop法（1955）、Morgenstern-Price法（1965）、Spencer法（1973）、Bell法（1968）、Janbu法（1973）、Sarma法（1973，1979）、孙君实法（1983）等。各种方法最大的不同之处在于对相邻分

4、条之间内力的假定不同，见后表。条分法比较计算方法所满足的平均条件滑裂面形式条间内力假定整体力矩分条（块）力矩垂直力水平瑞典圆弧形√×××圆弧合力方向Bishop法√×√×圆弧忽略切向条间力Morgenstern-Price法√√√√任意合力方向Spencer法√√√任意合力方向Janbu法√√√√任意合力的作用点Sarma法√√√√任意合力方向数值分析方法数值分析方法主要是利用某种方法求出边坡的应力分布和变形情况，研究岩体中应力和应变的变化过程，求得各点上的局部稳定系数，由此判断边坡的稳定性。其中主要的方法有三种：①有限单元法②边界单

5、元法③离散单元法有限单元法是目前应用最广泛的数值分析方法。它由于部分地考虑了边坡岩体的非均质、不连续介质特征，考虑了岩体的应力应变特征，可以避免将坡体视为刚体、过于简化边界条件的缺点，能够接近实际地从应力应变特征分析边坡的变化破坏机制，对了解边坡的应力分布及应变位移变化很有利。它的基本思想是将一个连续体离散化，变换成有限数量的有限大的单元集合，这些单元之间只通过结点来连接和制约，用变换后的结构系统代替实际的系数采用标准的结构分析来进行处理。有限单元法边界单元法只需对研究区的边界进行离散化，具有输入数据少的特点。其计算精度较高，在处理无

6、限域方面有明显的优势。其不足之处为：一般边界单元法得到的线性方程组的关系矩阵不便应用有限元中成熟的对稀疏对称矩阵的系列解法。另外，在处理材料的非线性和严重不均匀的边坡问题方面，远不如有限单元法。边界单元法离散单元法离散单元法是由Cundall（1971）首先提出来的。离散单元法可以直观地反映岩体变化的应力场、位移场及速度场等各个参量的变化。可以模拟边坡失稳的全过程。该方法特别适合块裂介质的大变形及破坏问题的分析。边坡稳定性分析方法已经取得了较大的发展，但还需要在以下几个方面进一步研究、完善。①进行边坡稳定性分析实验研究。实验是稳定性研

7、究的基础，也是计算方法的依据。只有加强实验研究，才能促进边坡分析的发展。②发展和完善复合法。随着数值分析的不断发展，各种分析方法的相互耦合成为一大发展趋势，如有限元、边界元与离散元的相互耦合，数值解与解析解的结合等。发展研究趋势③大力发展边坡稳定性分析的随机方法和模糊方法，随机方法和模糊方法是边坡稳定性分析的新兴方法，在理论和应用上需要开展大量的研究，使其更适合边坡的稳定性分析。城地071陆建国3070681010