最新边坡稳定性的研究现状及展望

边坡稳定性的研究现状及展望

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一、概述

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边坡失稳破坏是一种复杂的地质灾害过程，边坡内部结构的复杂性和组成4

边坡岩石物质的不同，造成边坡破坏具有不同模式。对于不同的破坏模式就存5

在不同的滑动面，因此应采用不同的分析方法及计算公式来分析其稳定状态。6

目前用于边坡稳定性的分析方法包括工程类比法、图解法、极限平衡法、极限7

分析法及可靠度分析方法，其它如模糊数学分析法、分形分维理论、灰色理论8

分析法及神经网络分析法、信息优化处理法等，另外，还有地质力学模型等物理模型方法和现场监测分析方法等。

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二、定性分析方法

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[1]主要是通过工程地质勘察，对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变12

形破坏方式及失稳的力学机制的分析，给出边坡的稳定性状况及发展趋势的定13

性说明和解释。

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1．自然（成因）历史分析法

该方法根据边坡发育地质环境、边坡发育历史中各种变形破坏迹象及其基

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本规律和稳定性影响因素的分析，追溯边坡演变的全过程，对边坡稳定性的总17

体状况、趋势和区域性特征做出评价和预测。

2．工程类比法

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该方法实质上是把已有边坡的稳定性状况及其影响因素等方面的经验应用20

到类似边坡的稳定性分析和设计中去的一种方法。通过分析，来类比分析和判断研究对象的稳定性状况、发展趋势、加固处理设计等。

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3．图解法

图解法实际上是数理分析方法的一种简化方法，如Taylor图解、赤平极射

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投影图法、实体比例投影图法、MarklandJJ投影图法等。

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三、定量分析方法

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1．刚体极限平衡分析法

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极限平衡法是根据边坡上的滑体分块的力学平衡原理（即静力平衡原理）28

分析边坡各种破坏模式下的受力状态以及边坡滑体上的抗滑力和下滑力之间的关系来评价边坡的稳定性。工程中常用的有Fellenius法、Bishop法、Janbu

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法、Morgenstern-Price法、Spencer法、传递系数法、Janbu 法、契形体法、31

Sarma法等；此外还可采用Hovland法和Leshchinsky法等对滑坡进行三维极限平衡分析。

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2．数值分析法

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数值分析方法是目前使用最普遍的分析方法。

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（1）有限元法

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该方法在边坡稳定性分析中得到最早（1967年）应用，是目前广泛使用的37

一种数值分析方法。但它不能很好地求解大变形和位移不连续等问题，对于无38

限域、应力集中问题等的求解还不理想。

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（2）边界元（BEM）法

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与有限元方法不同，它只对研究区的边界进行离散，而数据输入量较少。

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该方法对处理无限域和半无限域问题较理想。在处理材料的非线性、不均匀性、模拟分步开挖等方面远不如有限元法，同样不能求解大变形问题。

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（3）流形法

此方法以拓扑流形和微分流形为基础，在分析域内建立可相互重叠、相交

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的数学覆盖和覆盖材料全域的物理覆盖，在每一物理覆盖上建立独立的位移函46

数。在几个覆盖的公共区域内将其所有覆盖上的独立位移函数加权求和既可形47

成适应于该域的总体位移函数，以次建立岩土工程中连续与不连续介质、动力48

与静力、大位移与小变形等问题的求解格式，是一种通用的数值分析方法。

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（4）快速Lagrangian分析（FLAC）

为克服有限元等数值分析法不能求解岩土大变形问题的缺陷，人们根据显

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式有限差分原理，提出了FLAC数值分析方法。该方法较有限元方法能更好地考52

虑岩土体的不连续性和大变形特征，求解速度较快。其缺点是同有限元方法一样，计算边界、单元网格的划分带有很大的随意性。

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（5）离散元（DEM）法

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离散元法是由Cundall PA（1971年）首先提出并应用于岩土体稳定性分析56

的一种数值分析方法。它是一种动态数值分析方法，用来模拟边坡岩体的非均57

质、不连续和大变形等特点。该方法首先将边坡岩体划分为若干刚性块体（目58

前已可以考虑块体的弹性变形），以牛顿第二运动定律为基础，结合不同本构关系，考虑块体受力后的运动及由此导致的受力状态和块体运动随时间的变化。

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它允许块体间发生平动、转动，甚至脱离母体下落，结合CAD技术可以在计算61

机上形象地反应出边坡岩体中的应力场、位移及速度等力学参量的全程变化。

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该方法对块状结构、层状破裂或一般碎裂结构岩体比较适合。

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（6）块体理论（BT）与不连续变形分析（DDA）

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块体理论是由Goodman R E等于1985年首先提出。它利用拓扑学和群论的65

原理，以赤平投影和解析计算为基础，来分析三维不连续岩体稳定性。它根据66

岩体中实际存在的不连续面倾角及其方位，利用块体间的相互作用条件找出具67

有移动可能的块体及其位置，故也常被称为关键块（KB）理论。它通常只考虑