边坡稳定性分析策略的现状与展望

摘 要：将国内边坡稳定性分析方法目前的研究情况与开展情况做了充分的介绍，描述了定性、定量分析法的一般理论、特点及所适合的范围，并且就现在所拥有的边界稳定性分析方法的优点和缺点进行了探讨。

关键词：边坡稳定；稳定分析方法；定性分析；定量分析；综述

前 言

在水利工程建设中中，边坡失稳事件与地震、火山并称为世界性三大地质灾害（源）。因此，边坡稳定性分析受到了普遍的关注，并成为了研究的焦点。评定边坡稳定性有多种多样的数据理论与手段方法，但是优点和缺点都同时存在于这些方法中，因此评价分析边坡稳定性的重要之处在于合理地选择分析方法。为此，本文为了给评价方法选择提供借鉴，总体地描述了边坡稳定分析理论与手段，并进行分类。

1 定性分析法

定性分析法是主要是通过工程地质勘察结论，如地质与水文条件等，分析了解边坡体的形成、演化史等，以此分析去得到可能失稳破坏方式与力学机理，是工程实践中大多所使用的方法。

2 定量分析法

定量分析法是运用土力学、岩类力学及理论力学的理论数据，根据典型的数学物理式子与计算机技术来确定相关稳定安全系数，计算滑坡体内的应力变化，从而分析边坡稳定性定量分析可分为确定性分析法赫不确定分析法。

2.1 确定性分析法

（1）极限平衡法。极限平衡法是把滑体当成刚体研究滑体顺着滑动面的保持平稳的形态，计算比较简单，该方法是工程实践中应用最早，也是目前最普遍使用的一种定量分析方法。但是边坡体具有一定的繁琐性，计算时往往会出现计算结果和实际应该得到的结果不相同，这是由模型的建造与参数的选择所导致的。常用的极限平衡法有以下几种：

①瑞典条分法。该方法假定滑动面为圆弧，将条形快的根本重心向滑面划去分解并求出法向力，以此来算出圆弧面的平稳安全系数。这种方法并不需要条间的作用力，只能充当滑动体的力矩平稳的基础，产生的差异使得安全系数降低。

②Bishop条分法。该方法在瑞典条分法的基础上做了改进。假定条件力水平，即只考虑水平推力而不考虑事项剪切力。这种方法的安全系数比瑞典条分法的安全系数高很多，圆弧形滑裂面比较适合使用。

③极限平衡法的最近状况是Sarma法。边坡岩体一般情况下可以看成是一个完全的刚体运动，除此之外沿着理想状况下的平面或圆弧面滑动不是完整的刚体运动的理念，这样的话就得先打破裂开成很多块可以相对滑动的块状物体才能有滑动。这种方法可以依靠岩体真实所有的断处、条理和表面等形状面分成条块，并且分为条块在是根据坡体内的各类结构面的基础上，在条块是否能够保证垂直上不做任何要求及标准，也可做边坡分析在各种各样的形状滑动面上，。虽然所需较为接近实际但是我国在此方面上不是很熟练，也不是很有技巧，因此使得推向外面使用受到了很大的限制。

④斯宾塞法。假设作用在条块中的力及方向是完全一样的，并且也够力矩与力之间平衡的条件，不需要提前知道滑动的方向，解决了其他方法中仅合适对称问题的缺点，并且还可以得到各条块一部分的稳定性系数和隐藏的滑动方向，在滑面的几何特点的基础上。

⑤摩根斯坦普赖斯法。分析任意曲线形状使用摩根斯坦普赖斯法，首先假定存在理想滑坡体，依据微分方程得到法向应力和安全系数。但是它的缺点是收敛慢，要多次计算方能满足极限平衡条件。我国自行研究出的传递系数法可分析边坡稳定性，优势是计算简单但是精度偏低。计算机处理数据得到岩土体应力应变关系，模拟边坡的开挖、支护及地下水渗流使用数值分析法。此法应用广，可避免极限平衡分析法中的缺陷，并将多因素的干扰考虑进去。其缺陷是易受参数选取干扰；

（2）数值分析方法。该方法是岩土力学中最普遍使用的方法，只要有以下几种：

①边界元法。根据格林定理，易于求解无限域或半无限域问题，处理小变形均质连续介质；离散单元法是一种动态数值分析方法，适合变形分析。求解线性大位移与动力稳定问题经常用得到，但选取时步会干扰计算结果的准确度；快速拉格朗日分析法源于流体力学，是研究一流体质点在任一段时间内的运动轨迹、流速、加速度等特性。根据名称可知求解很快，可解决非线性大变形问题，太过随意的是计算边界与网格的划分；不连续变形分析法是一种新的离散型数值分析方法，具有有限元与离散单元法的部分优点。常将研究对象完全离散，不能恰当的解决连续与半连续问题。岩体种类多、性质杂，因此，耗费计算机内存及计算时间，计算的时步严重影响到计算结果。

②有限差分法。把求解域分成差分的网状格子，持续的求解域是使用有界限网格节点替代的，偏微分方程的导数是用差商来替代的，从而推论出差分方程组，包括离散点上有限制的不明数。该解即为微分方程的数值近似解。无界元法，有限元在计算时拿捏不准的计算界限及界限条件是主要解决的对象，可将其作为有限元法的推出。在部分形函数和位移插值函数的基础上，能够反射出无穷远的边界限制，大部分都是在动力及不连续问题的解答上得到很好的应用。

③数值流形元法。是一种新的数值分析方法，在最小位能原理与现代数学分析理论的基础的，运用有限连接将是否连续的运算一起到到数值流形中去，在拓扑流形和微分流形的前提下，吸取了一部分的优势在有限元与不连续变形分析法中，不连续体的大变动、块体触碰、大块体活动都能得到很好的计算，与此同时还能显现出应力应变联系及变化的展开过程。

2.2 不确定性分析法

（1）可靠度评价法。该法在岩土工程中应用广泛。它是将影响边坡稳定性的因素作为随机变量，用分布函数表达并求出其各自概率分布和特征参数，依据工程可靠性分析方法求解边坡岩体的破坏概率即可靠度，比用边坡稳定性安全系数客观，可定量地反映边坡的安全性，因此可将传统的边坡稳定性分析法与可靠度分析法相结合进行边坡稳定的可靠度分析，常用的几种方法蒙特卡洛法、模糊可靠度分析法等。

（2）灰色系统评价法。基于灰色关联度分析原理，通过数据处理建立描述灰色量的数学模型、定边坡各影响因素的影响程度，并利用叠加分析评估边坡的稳定性。但内在的力学理论不清楚，缺乏明确的定量描述。

（3）模糊评价法。该法是对边坡稳定性等级分类，基于专家评分或构造隶属函数来分析同级或不同级因素对边坡稳定性的影响程度，构建模糊评价矩阵并按最优原则判断边坡稳定性可分析多变量、多因素影响的边坡工程。但分析中权数的取值带有经验性、主观性，考虑影响要素不全。

（4）遗传法。是一种整局面查找的优良算法，它是在仿真自然界生物进化工程中的强者生存和弱者淘汰等规则的前提下拿出来的，使用了有用的评定函数评估不确定出现的种群，虽然计算的时间会有些长，但是应该在得到所需要的最优解之前，使用包括导向性的随机查找。

3 边坡稳定性研究趋势

由于边坡工程的复杂性，将传统的边坡稳定性分析法与现场监测手段相结合的应用研究是非常必要的。现场监测给予的是边坡系统的最新资料，也就是边坡稳定性研究的根本，与3S技术相结合，将成为新的开展方向。依托于计算机技术，形成智能评价体系，也未来边坡稳定性分析的新趋势。将不确定数学、非线性能量消耗理论、混沌理论，蝴蝶效应、传统算法等放入边坡稳定性分析中，还得在研究之后做结论。

4 结 语

具体问题需要具体的分析，在工程现实操作中，根据实际情况选择适当边坡稳定性分析法是边坡稳定性分析的关键。同时应持续加大在力学机理、数学模型、计算方法及智能评价系统上的研究力度，以此将有效、准确、经济地服务于现实边坡工程中得到实现。

参考文献

[1]靳付成.边坡稳定性分析方法的研究现状与展望[J].西部探矿工程.2007（04）：5～9.

[2]张玉浩，张立宏.边坡稳定性分析方法及其研究进展[J].广西水利水电，2005（2）：13～16.

[3]刘小丽，周德培.岩土边坡系统稳定性评价初探[J].岩石力学与工程学报，2002，21（9）：1378～1382.