边坡稳定性分析方法综述

发表时间：2019-04-24T15:17:22.173Z 来源：《中国电气工程学报》2019年第2期 作者： 蔡海燕

[导读] 本文主要阐述了目前边坡稳定性分析的一些常用方法，按定性析方法、定分量分析方法和不确定分析法的分类形式分析了边坡稳定分析的研究方法。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，以使边坡稳定性分析方法更加完善。

西南科技大学城市学院

近年来随着我国土木工程领域的不断发展出现了越来越多的高陡边坡，其存在的安全性逐渐成为岩土工程界与学术界关注的课题研究。边坡稳定性的分析研究正随着理论研究与实践经验的积累而不断发生改变，边坡稳定性分析方法很多，大致可以分为两大类：定性分析方法和定量分析方法，其中定量分析方法又分为确定性分析方法和不确定性分析方法。 1 定性分析方法

定性分析方法主要是指采用实际的工程地质勘察技术对影响边坡稳定性的主要因素、失稳力学机制与破坏方式以及已变形地质体的成因和演化史进行分析，从而对边坡的稳定性状况及其发展趋势做出定性的判断。定性分析法主要有自然（成因）历史分析法，图解法和工程类比法等。

1.1自然（成因）历史分析法

自然（成因）历史分析法只适用于天然斜坡的稳定评价分析，其主要通过对边坡发育的地质环境、历史破坏迹象及其基本规律和稳定性影响因素等的分析，追溯边坡演变的全过程，预测边坡稳定性发展的总趋势及其破坏方式，从而对边坡的稳定性作出评价。此种方法只能对边坡稳定性作出初步的评价。 1.2图解法

图解法主要是指借由诺谟图来计算边坡稳定性系数已知稳定系数及其他参数在一个未知的情况下，求出稳定坡角或极限坡高，为边坡稳定性评价提供参考依据或者利用赤平极射投影的原理，通过作图与图形来分析软弱结构面与滑坡体的形态和滑动方向，从而来评价边坡的稳定程度。此种方法能够直观快速的确定边坡结构的稳定程度，但是在做相关的简化过程中所采用的假定与工程实际条件仍具有一定的差异性。

1.3工程类比法

工程类比法需要在参考已有边坡工程的基础上，对所需评价工程边坡作出充分调查和分析，进而判断其稳定性状态。由于影响边坡稳定性各因素的差异性被人为地忽略，导致误差累计，对工程稳定性分析极为不利。正因如此，现今工程类比法一般适用于中小型工程,在复杂的大型工程中还存在缺陷，且类比时主观随意性较大,需与其他方法联合应用。 2 定量分析方法 2.1确定性分析方法 2.1.1极限平衡法

极限平衡法是指在岩土力学中，依据一定的屈服标准（如剪切破坏理论）和关联流动法则（塑性变形），分析岩土材料的稳定性极限状态的一类分析方法。目前极限平衡计算的几种常用方法：

(1)瑞典条分法。基本假定:①边坡稳定为平面应变问题;②滑动面为圆弧;③计算圆弧面安全系数时,将条块重量向滑动面法方向分解以求得法向力。该方法不考虑条间力的相互作用,仅仅能满足滑动体的力矩平衡条件,因此产生的误差使安全系数偏低。

(2)Bishop条分法。此法在瑞典条分法的基础上做了改进,假定滑面的形状为滑裂圆弧面、条块之间仅有水平作用力而无垂向作用力,即条块在滑动过程中无垂向的相对运动趋势。该法的安全系数比瑞典条分法的精度较高,适用于圆弧形滑裂面。

(3)萨尔玛法。萨尔玛法是极限平衡法的最新发展。基本理念是边坡岩体只有沿一个理想的平面或圆弧面滑动时,方可视为一个完整的刚体运动，否则必须先破裂为多块可相对滑动的块体才发生滑动。该方法可用于各种形状滑动面的边坡分析，该方法的计算较接近实际,但我国由于缺乏经验，推广使用并无普及。

(4)传递系数法。是我国自主研发的适用边坡稳定性的分析方法,可使单个条块与整个滑坡体均满足平衡方程，计算简单，但精度偏低。 2.1.2数值分析法

数值分析方法是指借助于计算机软件、边界条件对非均质、非线性、复杂边界边坡的应力分布和变形情况进行分析，模拟边坡在开挖、支护以及地下水渗流等因素作用下岩土体与支护结构的作用关系与各个点局部稳定系数来确定边坡的稳定性系数。常用的数值分析方法有如下几种：

(1)有限元法（FEM）：有限元法是最早采用并且使用最为广泛的一种数值计算方法，其考虑到了边坡岩体的非均质、不连续介质特征，岩体的应力和应变特征，使得计算结果更接近工程实际，对于了解预测边坡的应力分布与应变位移具有一定的指导性。

(2)有限差分法（FDM）：此种方法主要弥补有限元方法的不足，将岩土体的大变形问题采用显式有限差分原理进行快速分析，用有限个网格节点来代替连续的求解域,再将偏微分方程的导数用差商代替,由此推导出含有离散点上有限个未知数的差分方程组。该方法考虑材料的非线性和几何学上的非线性，适用于求解非线性大变形体系，求解速度较快。

(3)边界元法（BEM）：边界元法是在格林定理基础上，在边界上对潜在的滑坡体进行单元划分,通过边界积分方程转换为线性方程组,利用解析公式求出模型中任意点的解。该方法主要适用于小变形均质连续介质。

(4)离散元法（DEM）：离散元法主要用于解决非连续介质大变形问题，其主要方法是将研究区域划分为分离的块体单元结构，不考虑块与块之间的变形协调的约束影响，但是考虑到了块体单元间的阻力与平衡问题。 2.2不确定性分析方法 2.2.1系统可靠性分析法

通过现场调查的方式对影响边坡稳定性的相关因素进行统计分析，并采用统计学的相关方法求解其概率分布函数与特征参数，再采用可靠性的分析方法求解边坡破坏概率的可靠度。常用的可靠性方法有蒙特卡洛法、模糊可靠度分析法等。 2.2.2模糊分级评判法

模糊分级评判法是指对边坡稳定性进行等级分类，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，用于分析多变量、多因素影响的边坡工程。由于分析中权数的取值带有经验性、主观性，使得对影响要素的考虑不全。

3 边坡稳定性研究发展趋势探讨

影响边坡稳定性的因素很多,有许多是已知的,也有一些是未知的。边坡稳定性分析方法虽取得了很大的成就,但在边坡稳定性研究分析过程，还应注意一下几点：

（1）应将数学理论应用于边坡稳定性研究：把模糊数学、概率论、分形分维理论、非线性能量耗散理论、混沌理论、突变理论、灰色系统理论统计判别法、蝴蝶效应、遗传算法及模糊极值理论等引入边坡稳定性分析中。

（2）反分析法的应用研究：传统的边坡稳定性分析是从边坡系统受力的角度来分析边坡系统是否失稳，采用逆向角度从边坡系统变形角度来寻求边坡系统变形失稳的准则，以此评价边坡稳定。

(3)对边坡稳定分析的随机方法和模糊方法大力发展。边坡稳定性分析的新兴方法有随机方法和模糊方法，在理论和应用上都有很多研究工作要做，应大量开展随机方法和模糊方法的理论和应用研究和完善，使其更适合边坡稳定性分析。 参考文献

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