浅谈边坡稳定性分析方法

摘 要：随着经济的高速发展，我国工程建设项目每年日益增多。工程建设中涉及边坡问题时需要评价边坡稳定性，本文概述边坡稳定性分析的方法和发展现状，其中包括定性分析方法和定量分析方法，简要叙述各个方法的特点，最后对边坡稳定性分析采用的方法给出建议。

关键词：边坡稳定性；定性分析；定量分析

1概述

随着国民经济的蓬勃发展，在铁路、公路、水利、航运、采矿、建筑以及国防建设中常常遇到边坡稳定性问题，它关系到工程建设的安全和经济效益的高低。1920年12月16日发生的宁夏海源地震产生滑坡群的滑坡数量多达675个，造成十万余人受灾；1967年6月8日四川雅江发生的唐古栋滑坡堵断雅砻江9昼夜；1982年四川长江云阳发生的鸡扒子滑坡导致航运中断7天；1996年5月31日至6月1日两天云南元阳老金山滑坡导致111人死亡，116人失踪；2003年7月13日湖北千将坪滑坡导致14人死亡1200余人受灾[1]。如何合理有效地改造和利用边坡，防治滑坡灾害的发生，满足现代工程建设安全的需要，边坡稳定分析和加固方法的研究是工程师经常面对的课题。因此，对边坡的稳定性进行研究具有十分重要的意义。

2 定性分析法

定性分析法包括：①根据分析边坡历史演变和边坡发育的地质环境判断边坡稳定性的自然（成因）历史分析法；②根据作图来判断边坡稳定性的赤平投影法；③与滑坡有关参数利用诺模图来表示的诺模图法；④根据影响边坡稳定性的因素、有关设计经验评价稳定性的工程类比法；⑤根据对相关边坡的工程经验在计算机中的存储，采用计算机模拟分析的专家系统法；⑥根据已有工程分析所要研究的工程的范例推理法[2]。

3 定量分析法

3.1 确定性分析方法

3.1.1 极限平衡法。极限平衡法是一种经典的方法，将有滑动趋势的岩土体划分为若干块体，然后通过平衡条件，在极限状态下，列出平衡方程，通过计算分析。这种方法被广泛应用到工程实际中，具有模型简单、计算公式简单，可以解决复杂剖面形状的特点。常用的分析方法有Fellenius、Bishop、Janbu、Morgensterm、Sama法等[3]。

极限平衡法虽然有其自身的优点，但也存在一定的局限性。这种方法将块体视为刚体，不考虑应力应变关系，因此无法考虑应力与变形。因此，国内外学者对此开展了一些研究，改进条分法。改进的条分法考虑了块体间的应力和变形，使得模型更加符合实际条件。

3.1.2 数值分析法。随着计算机技术的广泛应用，计算快、存储能力强，数值分析法越来越多的被工程技术人员所采用。通过计算机模拟边坡开挖、支护等的稳定问题。①有限元方法。近年来，有限元方法应用普遍，在处理复杂模型、边界条件及荷载的问题中凸显出其独有的优点，可以获得准确可靠的结果[4]。但是这些必须依托于计算模型和参数的准确选取，因此现场勘探获得准确的力学参数就尤为重要。有限元法能处理复杂的地质情况，充分考虑了岩土体的不连续性、非线性、各向异性，还可以考虑一些特殊地质条件的作用和影响，并且可以模拟破坏的过程。②边界元法。边界元法是对研究区域边界离散，对于处理无限域和半无限域问题有显著的优点，适用于小变形均质连续问题，但处理非线性、不均匀性、模拟分布开挖等问题不如有限元法。③离散元法。离散元是将区域划分为独立的多边形块体，随着块体的平移和转动，可以调整各个块体间的接触关系，使得块体达到平衡状态或一直运动状态。离散元法原理简单，在解决非连续介质的大位移问题具有显著优点。④其他方法。快速Lagrangian法具有求解速度快、能解决非线性大位移问题、网格划分无限制的优点，克服了有限元法在解决大变形问题的缺陷；不连续变形分析法以节理面或断层切割的岩体为单元体，求解块体的位移，适用于不连续块体系统；无界元法广泛应用于求解动力及不连续问题。

3.2 不确定性分析方法

3.2.1 可靠度分析法。可靠度分析法是将影响边坡稳定性的各个因素作为变量，用分布函数求出各个因素概率分布情况，根据可靠性分析法求出边坡破坏概率，从而定量体现边坡的安全性。该方法针对边坡风险分析和优化具有重要意义。

3.2.2 模糊数学法。模糊数学法针对边坡进行等级分类，对于不同级因素对边坡稳定性的影响程度构建矩阵。隶属函数代替确定性分析法中非此即彼的量，对于不清楚的过渡问题进行描述，用综合评判理论对稳定性进行评价。模糊数学法有其自身的局限性，权重的分配大多来源于经验，因此主观性较强[5]。

3.2.3 人工神经网络法。该方法是一种非线性动力学系统[6]，采用工程技术手段结合数学方法将问题抽象为人脑的功能。先进行网络的自我学习，获得和客观实际的映射关系，然后通过已经形成的网络预测所要研究的问题。

3.2.4 灰色理论法。灰色系统中一切信息量视为灰色量来建立数学模型，根据系统已发生的时间序列数据建成不同的预测模型，估计模型参数，然后预测并进行评价[7]。这种方法可以找出信息量之间的关联程度，进而利用多个因素的叠加分析边坡稳定性。

4 结语

定性分析法只能反映边坡稳定性的发展趋势，定量分析法可以更全面的反映边坡的稳定性。影响岩土体边坡稳定性的因素复杂多变，采用单一方法往往不能准确无误地评价，因此工程实际中多采用几种方法相结合的方式评价。

参考文献：

[1]张倬元，王士天，王兰生，黄润秋，许强，陶连金.工程地质分析原理[M].北京：地质出版社，271-273.

[2]丁参军，张林洪，于国荣，张永祥.边坡稳定性分析方法研究现状与趋势[J].水电能源科学，2011，29（8）：112-113.

[3]杨志刚，刘建刚，杜明亮.边坡稳定性分析方法综述[J].西部探矿工程，2007（2）：14-18.

[4]張玉浩，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.

[5]张小辉，王辉，戴富初，等.基于关系矩阵和模糊集权的斜坡稳定性综合评价[J].岩石力学与工程学报，2000，19（3）：346-351.

[6]何翔，李守巨，刘迎曦，周园.岩土边坡稳定性预报的人工神经网络方法[J].岩土力学，2003，24（增）：73-76.

[7]魏星，虎旭林，郑璐石.岩体边坡稳定性的灰色系统类比预测[J].宁夏大学学报，2002，23（1）：37-40.

作者简介：王蕊颖（1998.9—），女，辽宁沈阳人，汉，助教，硕士，研究方向：土木工程。