浅谈边坡稳定性分析.pdf

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1、DOI：10．3969／j．i黯n．1672—4011．2013．01．045浅谈边坡稳定性分析韩晶晶，李军杰，张珂(西华大学建筑与土木工程学院，四川成都610039)摘要：边坡稳定性分析是边坡工程研究的核心，其稳定性评价贯穿于工程设计、施工和维护的全过程。在前人长期的科学研究和工程实践中已经积累了种类繁多的评价方法，本文对目前边坡稳定性分析中的各种方法进行了简单论述，并指出各种方法的优缺点。关键词：边坡稳定性；分析方法；综述中图分类号：TU457文献标志码：B文章编号：1672—4011(2013)Ol一010l—02O前言边坡稳定性问题涉及建筑工程、桥梁隧道工程、矿山工程等诸多工程领域

2、，其稳定性研究具有重大的意义，通过对边坡稳定性分析和评价，可以为实际工程提供合理的边坡结构，以及通过对边坡的危险破坏面的分析处理，可减少灾害的产生，提高工程经济总体经济效益。不同的边坡工程赋存于不同的工程地质环境中，决定了不同的边坡稳定性分析方法都有各自的局限条件；因此，需要根据具体的工程特点，合理有效的选择与之相适应的稳定性评价方法。边坡稳定性分析方法：边坡稳定性分析方法可以分为定量分析、定性分析和综合评价方法。l定量分析方法所谓的定量分析方法，它不是严格意义上的完全定量，只能算是一种半定量分析方法，其分析方法分为确定性方法、不确定性方法和现场检测与物理模拟三种方法¨j。(1)确定性方法

3、。①目前最简单、最普遍和最广泛使用的一种定量分析方法是极限平衡分析法，这不仅是在工程实践中应用最早的；极限平衡法运用力学分析方法，依据边坡破坏的边界条件，对在荷载作用大小不同的情况下可能发生的滑动面进行理论计算和抗滑强度的力学分析；可能的滑动面的稳定性系数，通过反复计算和分析比较得出；这种方法有很好的直观效果，并且很简单，人们对使用该方法对大多数边坡所做的评价结果比较满意；但是，在使用传统的极限平衡法计算边坡的稳定性时，由于忽略了土体内部的应力与应变之间的关系，所求出的安全系数与实际中还是有一定的误差，它只是假定滑裂面的平均安全度；又由于其工作状态是虚拟的，求出的土条闯内力滑面的底部反力，

4、当然不能够代表土体在产生滑移变形时真实存在的力，因此也就无法分析边坡破坏的发生、发展过程B‘71；②数值分析是一种与实验和理论互为补充的既有力又有效的分析工具。边坡的应力分布和变形情况是通过利用某种方法来求出的，各点上的局部稳定系数通过对岩体中的应力一应变的变化过程进行研究分析得出，最终对边坡的稳定性作出判断；由于能充分考虑边坡岩体非均匀性、各向异性以及形态性质复杂的边界条件等，所以其分析结果更接近于实际情况。边坡稳定性数值分析方法主要有：有限元法、离散元法、块体理论和拉格朗日元法等。由于数值分析方法能够在较短的时间内完成大量的计算分析工具，计算成本低、效率高，因此在大型水利、土木、矿山、

5、隧道、交通等工程的设计分析中起到了重要的作用。有限元法的优点是：部分的考虑了边坡岩体的非均质、不连续介质和应力应变特征，很好的克服了将坡体视为刚体和过于简化边界条件的弊端，从应力一应变特征可以更加接近实际的来分析边坡的变形破坏机理，便于边坡应力分布及应变位移变化特征的进一步了解【I】。有限元也有自身的局限性，原始数据容易出现差错，要保证整个区域内某些物理量的连续性是不现实的；对地震过程中可能出现的某些破坏现象，如液化大变形等很难做出精确合理的估计。离散元法能够动态的模拟边坡随时间的准大变形甚至完全破坏的过程，该方法特别适合块裂介质的大变形及破坏问题的分析；但它的基本假设是介质为不连续块体，

6、故不能将其用于连续介质；还存在计算时步需要很小，阻尼系数难以确定等劣势。块体理论是建立在构造地质和简单的力学平衡计算基础上，利用拓扑学和群论评价三维不连续岩体稳定性，块体理论是三维分析方法，通过关键块体类型的确定，把潜在的危险的关键块体在临空面的位置和分布找出来【9】。拉格朗日元法采用差分技术，引入时间因素，实现了从连续介质小变形到大变形的分析模拟，它同样遵循连续介质假设。按照时步积分利用差分格式求解，允许介质在随着计算机模型网格位形的变化不断更新坐标时产生大变形，是一种分析非线性大变形问题的数值方法，该方法适用于求解边界条件的非规则区域连续性问题和多种材料模式的情况，求解过程，便于在微机

7、上操作，无需求解联立的大型方程组，加快的了求解速度；它同时具备了离散元与有限元的主要功能，它也存在自身的劣势，有限元和它都不能对含有多个不连续界面的岩土体问题进行模拟，它划分单元网格和计算边界有很大的随意性。拉格朗日元法已经有不少商业软件，如nAc、HAc3D、HEMP及TEN-SOR等。(2)不确定性方法。目前主要的方法有模糊分级评判方法、可靠度分析方法、神经网络法和灰色系统方法等。模糊数学评判法：该方法为边坡稳定性在