边坡失稳和稳定性的分析方法研究

边坡失稳和稳定性的分析方法研究
边坡失稳和稳定性的分析方法研究
摘要：边坡是自然或人工形成的斜坡，是人类工程活动中最基本的地质环境之一，也是工程建设最常见的工程形式。

我国是受边坡失稳危害最大的国家之一，边坡失稳给人民的生命和财产造成了巨大损失，严重影响了人们的生产、生活。

因此，研究边坡变形破坏的过程，分析其失稳的主要影响因素和分析方法，采取相应有效的边坡加固治理措施具有重要的现实意义。

关键词：边坡稳定性；破坏模式；极限平衡理论；数值分析法
引言
在人类工程中的自然边坡和人工边坡经常考虑边坡稳定性，边坡失稳会造成巨大的人员伤害和经济损失，正如一些专家们所说的那样，边坡失稳产生的滑坡现象已变成同地震和火山相并列的全球性三大地质灾害之一。

据统计，我国每年由于滑坡所造成的损失达数亿元，严重危害着人民的生命和财产安全，由于这些严重事实的存在，致使人类与滑坡灾害作斗争的努力始终没有中断。

由于人们不懈的努力，在认识滑坡机理、完善边坡稳定分析理论和方法、开发滑坡治理技术和滑坡预报等方面不断取得新的研究成果和进展。

因此有必要进行边坡的变形和破坏进行研究，对可能出现失稳或者已经失稳的边坡工程进行稳定分析，保证边坡工程的稳定性。

2 边坡变形破坏的过程以及边坡失稳的主要因素
2.1 边坡变形破坏的过程
边坡在发生滑动之前通常处于稳定状态，由于自然因素和人类活动等因素的影响，边坡中的土体的强度逐渐降低，或边坡内部的下滑力逐渐增大，而抗滑力逐渐减弱，使边坡的稳定性遭到破坏。

边坡内某一部分因抗滑力矩小于下滑动力矩力，产生微小的滑动，以后变形逐渐发展，直到坡面出现断续的拉张缝隙、应力集中；随着边坡变形的继续发展，后缘拉张裂缝进一步加宽，错距不断增大，两侧剪切裂隙贯通撕开，边坡前缘土石挤进并鼓出，出现了大量的膨胀裂缝，滑
坡出口附近渗水混浊，这时滑动面已全部形成，接着便开始整体地向下滑动。

2.2 影响边坡破坏的主要因素分析
边坡在形成的过程中，其内部原有的应力状态发生了变化，引起了应力集中和应力重分布等。

为适应这种应力状态的变化，边坡出现了不同形式和不同规模
的变形与破坏，这是推动边坡演变的内在原因；各种自然条件和人类的工程活动等也使边坡的内部结构出现了相应的变化，这些条件是推动边坡演变的外部因素。

1)地质构造
滑坡现象与地质构造有着密切的关系，在区域构造复杂、新构造运动比较活动的地区，边坡稳定性较差。

2)地形
滑坡大部分为曾经发生过崩塌或古滑坡地形的重新滑动，没有特殊的外因而在不具备滑坡地形的地方很少产生新的滑动。

3)地震作用
在地震区发生强烈地震，会使土的强度降低，且地震力可能会使土体产生超孔隙水压力，降低有效抗剪强度指标，则对土坡稳定性不利。

地震时发生的砂土液化是导致滑坡的主要原因。

4)气候因素
极端的气候条件和全球气候变化构成滑坡发生的主要触发和诱发条件，青藏高原的形成和秦岭东西山脉的阻隔，导致我国形成南北两个条件迥异的气候分区。

中国南方天气系统主要受印度洋暖湿气流的控制，夏季多局部强降雨过程；而我国的西北地区，主要受季风气候影响。

5)地下水的作用
地下水的静水压力一方面降低了滑面上的有效法向应力，从而降低了滑面的抗滑力，另一方面切割面中的静水压力又增加了滑坡土体的下滑力，从而加剧边坡失稳。

当土坡中存在与滑动方向一致的渗透力时，对土坡稳定不利。

6)人类活动
据统计，50%以上的滑坡事件与人类活动有着直接或间接的关系。

在土木、水利、交通、矿山等大型土工活动中，由于开挖斜坡、填上、弃土和堆积矿渣等，使边坡中的土体内部应力发生变化，或由于开挖使土体的抗剪强度降低，或因填土增加荷重而增大滑动力等，有些地方出现了缺乏论证的修路、开矿和不合理的切坡、用水及乱砍滥伐植被的现象、对自然环境的改变或破坏等，都成为滑坡事件频频发生的激发因素。

3 边坡稳定性分析方法
边坡发生破坏失稳是一种复杂的地质灾害过程，由于内结构的复杂性和组成边坡岩石物质的不同，造成边坡破坏有不同的模式。

对于不同的破坏模式就存在不同的滑动，典型的结构面破坏类型分为平面滑坡、楔体滑坡、倾倒滑坡。

需要用不同的方法进行分析，目前常用的稳定性分析方法有以下几种：
3.1工程地质分析法
工程地质分析法是早期开展边坡稳定性分析的主要方法，其理论基础是地质成因演化论、工程地质类比法及岩体结构控制理论，特别是对于地质条件复杂的矿山岩质高边坡，工程地质分析法更有其独特的价值。

孙玉科等学者总结了我国岩质边坡变形破坏的主要地质模式，揭示了边坡变形破坏机理，为定量研究边坡稳定性奠定基础。

3.2刚体极限平衡分析法
刚体极限平衡法是以莫尔一库仑抗剪强度理论为基础，求得计算滑动面上滑动体的滑动力矩和抗滑力矩，得到路基边坡的稳定系数，与相应的路基容许稳定系数相比较，如果路基边坡的稳定系数小于相应的容许稳定系数，则应该放缓路基的边坡，重新拟定路基横断面，按刚体极限平衡分析法进行路基边坡稳定性分析。

刚体极限平衡法其力学模型简单，可对边坡稳定性进行定量评价，但不考虑坡体中的内应力分布及滑坡体各土条之间的相互作用力，如不考虑土条的侧向力作用，只是给出所有可能的危险滑动范围。

但是，由于刚体极限平衡法自身固有的局限性，在对边坡进行稳定分析时，需对滑坡边界条件大大地进行简化，计算中所选用的各种参数往往是确定的且呈线性变
化，所以对于由复杂介质和边界组成的滑坡体的计算就会有较大误差难以反映其真实性。

3.3数值计算方法
随着计算机的普及和发展，出现了一批以弹性力学、结构力学为基础的数值计算方法：FDM(有限差分法)、FEM(有限单元法)、DDA(不连续变形分析)、FLAC(快速拉格朗日插值)等方法都是数值计算方法飞速发展的产物。

和极限平衡条分法相比，有限元法能更好地反映边坡岩土体的应力应变关系，并且不受边坡几何形状和材料不均匀的限制，因而是边坡稳定性分析中一种较为理想的方法。

工程实践表明，极其复杂的地质因素和工程因素决定了对边坡
稳定性评价问题的解决需要借助先进的监测手段和建立的物理力学分析模型的模拟分析，这样不但可以通过观测结果验证理论模型分析的正确性，而且能够从机理上正确解释观测现象的发展趋势，两种方法手段互相补充，使得边坡机理分析的理论模型和观测现象的一致，这样才能真正做到滑坡的预测预报。

4边坡加固措施
针对边坡工程失稳定的原因分析，边坡加固措施有：排出边坡下部岩层交界面处的地下水，防止其进一步软化和掏蚀；设置地面排水系统和封堵地表裂缝，防止雨水继续入渗；对表层强卸荷岩体适当削坡减载，采用锚固方法对整个边坡进行加固处理。

1)改变边坡几何形态：削减推动滑坡区的物质，对于岩质边坡大多在边坡的上部放缓边坡，而滑坡体多是消减滑面陡倾区的边坡岩土体；采用反压的方式增强滑坡稳定区的物质；减缓边坡的总体坡度；
2)边坡排水：有效的排出边坡的地表水以防止降雨入渗增加坡体的重量和使边坡岩土体弱化，采用的方式是在坡体中和坡体外围修建排水沟；排出坡体内部的地下水，一般采取水平或垂直的排水钻孔、盲沟等；
3)支挡结构：采用的支挡结构物有重力式挡土墙、抗滑桩、现浇混凝土连续墙、加筋土挡墙、岩石坡面防护网；
4)边坡内部加强：采用内部加强的主要措施有岩石锚固、土锚钉、预应力锚索、灌浆等；
5结论
1)影响边坡的稳定性因素很多，包括地形、岩性、地质构造、水及人类工程等的影响，其稳定性评价是一个复杂的问题。

不同破坏模式的破坏机理不同需要用不同的方法进行分析，用不通的加固措施。

2)数值计算方法：FDM(有限差分法)、FEM(有限单元法)、DDA(不连续变形分析)、FLAC(快速拉格朗日插值)等方法值分析方法具有计算速度快，准确处理信息的特点，使用数值分析方法可以使设计人员从繁琐、重复而且容易出错的计算工作中解放出来，集中精力从事边坡稳定设计，大大提高了边坡设计的速度和质量。

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