边坡稳定性分析方法

边坡稳定性分析方法的现状与展望

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摘要：介绍了国内边坡稳定性分析方法的研究现状与发展动态，将边坡稳定性分析方法分为定性分析方法和定量分析方法。分析总结了极限平衡理论、数值分析方法等确定性分析方法的发展情况。详细分析了边坡稳定性分析方法的最新进展和边坡稳定性分析中的新方法、新理论及各种方法的优缺点。指出随着计算机技术的兴起和软件的应用，多种方法的综合运用成为边坡稳定性分析的发展方向。针对边坡稳定性问题自身的特点及其研究现状提出了今后边坡稳定问题研究的发展趋势。

关键词：边坡稳定性；定性分析；定量分析；发展趋势

Present situation and prospect of slope stability analysis method

Abstract:Traditional methods of slope stability analysis were summarized and divided it into qualititave methods and quantitative methods. Analysis summarizes the limit equilibrium theory and numerical analysis method, such as the development of situation. Slope stability analysis method are analyzed in detail the latest progress and new methods and new theory in slope stability analysis and the advantages and disadvantages of various methods. Points out that with the development of computer technology and software applications, a variety of methods of the integrated use of become the development direction of slope stability analysis. According to the characteristics of the slope stability problem itself and its current research situation in the future was put forward the development trend of slope stability studies.

Key words:Slope stability; Qualitative analysis; Quantitative analysis; Development tendency

0 引言

边坡工程是一个开放系统,它既有有限变形问题又有无限变形问题,有瞬时变形问题又有长时变形问题。边坡是一种自然地质体，按组成物质可以分为土质边坡和岩质边坡，在边坡角变化、地下水、地震力、水位变化等外因作用下，边坡将沿其裂隙等一些不稳定结构面产生滑移，当土体内部某一面上的滑动力超过土体抗滑动的能力，将导致边坡的失稳。边坡稳定性分析是岩土工程的一个重要研究内容，并已经形成一个应用研究课题，稳定性问题涉及矿山工程、道桥工程、水利工程、建筑工程等诸多工程领域，近年来受到越来越多的关注，研究方法层出不穷，其中主要以刚体极限平衡分析法和数值分析方法为主，而这些方法在设计参数的选取上都是按定值进行考虑的。然而，由于边坡受多种因素综合影响，其稳定性常表现出复杂多样性、不确定性等特征。传统的工程地质学主要着手地质对比的研究，20世纪80年代后，学科之间的相互渗透使许多与现代科学有关的理论和方法,如系统方法、模糊数学、灰色理论、信息论方法、数理化理论及现代概率统计理论等应用到边坡稳定性研究，从而使这种对比研究手段已从定性发展到定量并形成多种各具特色的边坡稳定性预测模型的阶段，边坡稳定性分析方法不断发展与完善。

本文简要分析了目前常用的边坡稳定性分析方法的基本原理、特点、优缺点及其适用范围,探讨了边坡稳定分析的发展趋势,为进一步研究边坡稳定性问题理清了思路。

1 定性分析方法

主要是通过工程地质勘察,对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制等的分析,对已变形地质体的成因及其演化史进行分析,从而给出被评价边坡一个稳定性状况及其可能发展趋势的定性的说明和解释。其优点是能综合考虑影响边坡稳定性的多种因素,快速地对边坡的稳定状况及其发展趋势作出评价。常用的定性分析法见表1。

表1 边坡稳定性定性分析方法

2 定量分析方法

定量分析方法分为确定性分析方法和不确定性分析方法,其中确定性分析方法主要包括极限平衡分析法和数值分析方法；不确定性分析方法主要包括灰色系统评价法、可靠度分析方法、模糊综合评价法等。

2.1 确定性分析方法

2.1.1 极限平衡分析方法

极限平衡法在工程中的应用非常广泛。它是根据边坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理(即静力平衡原理)分析边坡各种破坏模式下的受力状态,以及边坡上的抗滑力和下滑力之间的关系来评价边坡的稳定性。其基本原理是:设边坡的稳定安全系数为F,则当边坡土体材料的抗剪参数(摩擦因数tanφ和粘结力c)降低F倍后，边坡内某一最危险滑面上的滑体将濒于失稳的极限平衡状态。在极限平衡分析中需要假定滑裂面,如果滑裂面为任意形状,那么，为了确定沿滑裂面的应力分布，需要将滑动土体分成若干垂直土条，通过分析作用于土条上的力来建立平衡方程,此即条分法。目前,主要有:瑞典圆弧法、Bishop法(1955)、Morgenstern-Price法(1965)、Spencer法(1973)、Bell法(1968)、Janbu法(1973)、Sarma法(1973,1979)、孙君实法(1983)等。各种方法最大的不同之处在于对相邻分条之间内力的假定不同，见表2。