边坡稳定评估分析方法研究进展

　　我国是一个地质灾害频发的国家，每年由于地质灾害对人民群众财产造成了严重的损失，而在众多地质灾害中滑坡是最主要的一个方面，因此本文有必要对边坡稳定性进行比较深入的研究和分析，希望能够对岩石工程的广大学者和设计人员起到借鉴作用。

　　1 边坡稳定性分析评估方法

　　1.1 定性分析方法

　　此方法根据对边坡的历史形成进行分析来推断边坡的未来发展状况，分析边坡的主要力学原理，包括以下方法：

　　1.1.1 图解法。投影图法是应用赤平极射投影理论，比较常用的有实体比例投影图和赤平极射投影图，应用于岩体稳定性的计算。

　　1.1.2 自然历史分析法是对岩坡形成过程中各种毁坏状况和稳定性的影响因素以及边坡发育的地质因素进行研究，掌握边坡发展状况，对边坡的整体状况进行判断和预测。边坡工程数据库是一种计算人工实坡、自然斜坡的计算机应用软件，在其基本原理上又发展出了专家系统和工程类比法等。

　　1.2 定量分析方法

　　定量分析方法有确定性分析法和不确定性分析法。

　　确定性分析法包含极限平衡分析法及数值分析法；不确定性分析法包含可靠度分析法、灰色系统评价法及模糊综合评价法。

　　1.2.1 极限平衡分析法。极限平衡分析法是将有脱离趋势的岩体划为小块体，通过这些小块达到静力平衡时所要求的岩体抗力，求得稳定性安全系数，建立平衡方程的分析方法。大概包含不平衡推力法、滑楔法等。此方法经历了二维空间和三维空间的两个阶段，把地震等其他因素的影响也包含在内，建立了锚固岩体边坡的滑体计算模型。

　　1.2.2 数值分析法。数值分析法在边坡稳定性分析研究中已经应用得非常广泛，将应用数学和计算机技术相结合产生了可喜的研究成果，例如边界元法、数值流行法、离散元法、非连续变形分析法。这些方法把岩体内部力的关系变化考虑在内，建立数学模型寻找边坡稳定性的可行性方案。

　　边界元法应用显式时间差分法求解动力平衡方程，分析岩体的开挖稳定问题；康德在20世纪80年代研究出了FLAC法，将其程序化和实用化。

　　数值流行法是应用流行分析中的有限覆盖系统原理和最小位能原理为依据，解决不连续介质的开裂、错位等大适变形的力学问题。

　　离散元法的原理是应用牛顿运动定律，利用动态松弛法解平衡方程，适用于非线性变形和物理场影响下动力稳定问题。

　　非连续变形分析法建立新的DDA分析模型，广泛应用于空间三维问题的解决，结合了边界元和离散元二者的优点得到了广泛的应用。

　　1.2.3 可靠度分析法。常用于边坡建造的可靠度分析法有一次一阶矩阵法、验算点法（改进的一次一阶矩阵法）、蒙特卡罗法等；其分析原理是把岩体的负载、性质、破坏机制、地下水等不确定因素当作计算模型，应用结构工程可靠性理论，根据边坡的实际状况，用破坏概率和可靠指标来评估边坡的安全性。但是此方法还处于理论的起步阶段，有待进一步的完善。

　　1.2.4 灰色系统评价法。灰色系统理论是数理统计和控制论相结合，研究部分信息明确、部分信息不明确的信息系统即灰色系统；应用灰色矩阵、灰色方程等来刻画系统的内在的客观规律。假设影响边坡稳定性的所有因素所组成的系统为灰色系统，就可应用灰色关联度原理评价来评价边坡的稳定性，确定影响边坡稳定性因素的程度，进一步运用多因素叠加评估法检测这种非线性影响因素下的边坡稳定性。该方法简单直观，可操作性强。1.2.5 模糊综合评价法。模糊综合评价法是运用模糊数学的评价方法将定性评价转换为定量评价，是对多种因素影响下做出的总体评价，建立模糊评价指标，构建评价矩阵进而进类别评价。其方法为多变量、多影响因素的边坡稳定性分析方法提供了一种有效的手段，以边坡稳定性等级分类的指标来判断出边坡的稳定性能。不足之处是带有主观经验性的判断来分配权数，全部的影响要素没有包括进来。

　　2 近年来比较前沿的边坡稳定评估方法

　　2.1 突变理论在边坡稳定评估中的应用

　　突变理论是一门非线性的跨学科研究，在岩石力学界已经得到了广泛的应用，其目标是探索大自然中的复杂性。其基本原理是用极少的可控制的变量来预测系统的数学模型，应用比较广泛的突变模型是尖点突变。

　　2.2 反分析法对边坡稳定性评估中的应用

　　反分析是假设滑坡未滑动时的状态为极限平衡状态，令稳定性系数为1,建立平衡方程求解抗剪强度。

　　圆弧形滑动面的平衡方程为：【1】
　　

　　2.3 基于优化智能的边坡稳定评估方法

　　智能边坡稳定评估方法是基于神经网络评估方法的发展，通过收集工程实施过程中的数据，建立样本，分析影响边坡稳定性的因素，再通过神经网络进行分析实现，其流程图如图1所示：【2】

　　
　　3 边坡稳定性评估方法的发展趋势

　　从系统论的角度研究边坡稳定性是未来边坡稳定性评估的一个方向，该理论把边坡和其周围的环境看成一个大系统，控制各个子系统之间的联系来分析边坡失稳的机理特征。各种评估预测方法相结合，利用专家经验、理论分析、数值计算、模拟实验等建立一套完整的人工智能评估预测系统将是国内外学者、专家共同努力的目标，这在西方发达国家已经取得了可喜的成果，我国属于刚起步阶段，应该抓紧对这方面的研究和实践。

　　由于边坡稳定性研究是一项系统的工程，任何单一的方法都不能解决边坡工程中所有的问题，各方法之间要相互取长补短、综合应用。应利用计算机形成智能评价系统，是未来发展的一个趋势。

　　4 公路边坡稳定性的分析研究

　　4.1 公路边坡稳定性分析的必要性

　　边坡稳定性的研究在公路学科早已有之，一直作为岩土工程的研究内容。之前由于公路路基窄、开挖不深、公路等级差等原因，边坡稳定性对公路影响不大。随着公路等级的提高、交通事业的发展，高等公路的修建日益增多，公路边坡的损坏对生态坏境和经济造成了不可估量的损失，因此公路边坡稳定性的分析势在必行。

　　4.2 公路边坡稳定性的内涵

　　公路边坡是指有切斜坡面的坡体，由于坡面的切斜，在外力和地球引力的作用下，坡体从高处向低处脱落的倾斜，若坡体某个面的移动的力超过坡体抵抗这种力，则边坡失去稳定；若小于这个力，则认为坡体稳定。衡量坡体稳定的指标是坡体稳定安全性系数。在公路建设中常见的两类边坡滑动是地质条件改变产生的天然滑坡和人工填筑和开挖的边坡滑动。

　　4.3 应用于公路边坡稳定性的计算方法和理论

　　4.3.1 工程地质类比法。类比法就是将某一事物某一方面的性质和另一事物进行比较，运用另一事物的正确或者谬误来推理分析自身正确与否的一种分析方法。

　　此方法需要收集大量边坡以及所在地区的地质资料，把以前边坡工程的实施经验与现存边坡所掌握的岩石性质、结构、地理环境、变形要素和发展阶段等方面的相似性进行类比，评估出此边坡工程在稳定性能和发展趋势方面的性质，此方法以大量的实际经验为依据，使用中小边坡稳定性的评估分析。根据实际经验总结以下条件的存在对边坡稳定性有不利影响：（1）坡边和相邻地域有崩塌、滑坡等不良地质现象；（2）坡面与软弱结构面倾斜一致或者有小于45°的夹角。

　　4.3.2 物理模型法。所谓物理模型法是以理想的物理对象为研究对象，而这些对象往往是在特定的抽象条件下，通过对这些特定条件下的理想模型进行理想化的实验，运用逻辑推理方法对模型的性质进行推断评估。此方法是一种发展比较早、形象直观、广泛应用于公路边坡的稳定性分析法，包含着地质力学、光弹模型试验、底摩擦试验等方法，能形象地模拟出边坡土体的变形破坏机制、边坡土体的分布以及应力分布。

　　5 结语

　　由于边坡系统存在着很大的不确定性，这种不确定性不仅是影响边坡稳定的自然条件因素，而且更为重要的是在对边坡稳定性评估的过程中统计推断和建立模型等导致的不确定性，因此要对各种评估模型进行进一步研究。

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