土质边坡稳定性分析研究现状与趋势

土质边坡稳定性分析研究现状与趋势

摘要：土坡失稳是西南地区乃至全国主要地质灾害类型，具有突发性、广泛性、致灾严重性等基本特点。为了更好的梳理土质边坡的研究现状，将其概化为土质

边坡失稳原理、土质边坡稳定性计算方法以及土质边坡稳定性评价方法等3个方面，发现学者们针对不同因素对土坡失稳的影响、土坡在二维方向上的稳定性计

算方法和评价模型有较为深入的研究，但是缺少土坡在三维方向上的状态以及不

同失稳判据之间的协调性研究。指出了土质边坡稳定性分析研究应进一步聚焦的

3个方向：土质边坡在3维方向上的稳定性表达、寻找更加准确的失稳判据以及

建立合适的土质边坡监测预警系统。

关键词：土质边坡；稳定性分析；研究现状；研究趋势

0引言

土质边坡稳定性分析是指对处于一定自然条件下的土坡，采用人工勘测、软件分析、试

验模拟等手段，对土坡的应力应变特征以及其他性质得出结论的过程[1]。土坡失稳是指土坡

在人为或自然因素下，导致其原有稳定状态发生破坏的一种地质灾害现象[2]。土体的运动可

分为五种基本类型：倒塌、倾覆、滑动、拓展和流动，其中最为常见的为滑动[2]。土坡滑动

失稳常发生于我国的西南地区，具有突发性、致灾严重性等特点，对于经济发展以及人民安

全将会产生巨大的影响。我国地处于亚洲东部，太平洋西部，地形地貌复杂，地质灾害频发。据中华人民共和国国家统计局发布的2008—2017年间国内滑坡地质灾害统计数据表明我国依然存在着大量滑坡地质灾害现象。防治土坡失稳地质灾害的首要任务是能够准确识别并判断

出欠稳定土坡，基于笔者对文献的阅读以及工程实践，将土质边坡稳定性分析研究现状分为

土质边坡失稳原理、土质边坡计算方法以及土质边坡评价方法，对研究成果进行了系统梳理，并探究了土质边坡稳定性分析研究趋势。

1土质边坡稳定性分析研究现状

明晰土坡发生滑动失稳的基本原理是有效防治此类地质灾害的重要基础理论问题。滑动

是由于剪应变和位移造成的一种运动[2]。土坡滑动失稳的原因有两种，土坡自身的应力平衡

状态被外界力破坏或由于外界因素导致土体抗剪强度降低[1]。戴自航[3]等探析了摩尔-库伦

强度准则在边坡失稳判定过程中的问题，并利用强度折减法进行验证，研究表明滑动面的实

际情况与张拉-剪切复合屈服准则较为吻合。张媛[4]等分析了超载作用对土质边坡稳定性的影响，揭示了超载作用施加于土坡不同位置时的破坏模式。

综上可见，目前研究主要集中于土坡破裂面的相关问题上，认为土坡出现失稳破坏的原

因本质是土体自身的平衡状态遭到破坏，对土坡破裂面影响因素、破坏模式、影响因素的强

度大小等几个方面有较为系统的研究。但现有研究尚停留在土坡二维破坏问题上，弱化了对

于三维破坏机制及其影响因素的研究。

土质边坡稳定性计算方法是防治土坡失稳地质灾害的关键，合理有效的计算方法对于减

小土坡失稳的危害具有重要意义。陈锦璐等利用数值分析方法分析了有限元网格疏密程度以

及边界条件对于对于强度折减有限元法的影响，并得到合理的网格疏密程度和边界取值范围。张媛等[4]从能量角度推导了内能耗散功率及外力所做功率的计算公式，并通过计算得到基于

能量理论的边坡稳定性安全系数Fs。季凡等利用软件分析了极限平衡法与有限拆分法在计算

边坡稳定系数方面的差异，认为极限平衡法计算得到的稳定系数较有限差分法计算得到的稳

定系数稍大。王根龙等基于上限定理理论，建立了土坡条分法平移破坏机构，并根据土体塑性变形区内部能量损耗率与外部荷载及土体自重的外功率之间的关系，构建虚功方程，推导了土体稳定系数计算公式。

综上，目前关于土质边坡稳定性计算方法主要有有限元强度折减法、能量法、极限平衡法、重度增加法、标准萤火虫算法以及三维土质边坡稳定性分析方法等。最初将挡土墙土压力计算和主动、被动土压力计算结合形成的极限平衡法，随着计算机技术以及有限元等理论的发展，有限元强度折减法、重力加载法和标准萤火虫算法等方法被提出及完善。目前土质边坡稳定性计算方法着眼于土坡在二维方向上发生失稳破坏，主要集中在对土坡失稳判据合理性的研究。未对三维土质边坡稳定性分析方法进行积极地拓展，并且由于土坡失稳的原因及其复杂，影响土坡不同失稳因素之的间统一性以及合理性等还需进一步的探索。

2土质边坡稳定性研究趋势

针对土质边坡失稳的破坏原理，众多学者运用理论分析、数值模拟以及试验研究等方法得到了许多成果。通过对前文梳理，发现大量科研成果集中于二维破坏的分析，对于土坡失稳破坏原理解答不够精准。如左健扬等基于极限平衡理论，并利用三维地质模型得到了一种三维土坡稳定性分析方法。邓东平等推导了一种搜索三维均质土坡滑动面的新方法，发现计算更为简便，并且更加贴近土坡实际情况，实用性更强。因此土坡稳定性分析应向三维表达方向发展，考虑土坡失稳在空间形态上的变化，多学科交叉，科学合理的揭示土坡失稳破坏原理。

3结语

通过对土质边坡稳定性研究现状及趋势进行整理及分析得到以下几个结论。

1. 针对土质边坡的失稳机理、计算方法以及评价模型，国内外学者进行了大量的系统性研究，并取得了丰硕的科研成果。

2. 在土质边坡在三维方向上的状态研究、不同地理环境下判据的选择、不同因素之间的协调性与统一性关系等方面，学者们还需要进行进一步的探索。

参考文献

[1]钱建固，袁聚云，赵春凤，等.土质学与土力学[M].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.12

[2]黄仰贤.土坡稳定分析[M].清华大学出版社，1988.10

[3]戴自航，卢才金.边坡失稳机理的力学解释[J].岩土工程学报，2006，28(10)：1191-1197.

[4]张媛，李荣建，李锦，等.超载作用下土质边坡失稳破坏模式分析[J].西安理工大学学报，2015，31(3）：347-352.

作者简介

司晋渝（1996-），男，汉，山西晋城，重庆交通大学硕士，研究方向：土木工程。