常用的边坡稳定性分析方法

刘 磊 皮 漫 屈 洁（西北勘测设计研究院有限公司海外设计分院，陕西 西安 710065）



常用的边坡稳定性分析方法

刘 磊 皮 漫 屈 洁
（西北勘测设计研究院有限公司海外设计分院，陕西 西安 710065）

摘 要：伴随着公路建设、桥梁建设、水利建设等现代常见的工程建设越来越注重工程质量，边坡稳定性成为衡量其工程质量的一个十分重要的标准对其的分析方法也日益丰富，准确性也不断提高。

关键词：边坡稳定性；不确定性方法；确定性方法

随着现代经济建设的发展，各种各样的工程建设领域都需要更多的考虑到其质量以及安全性，而边坡稳定性就是衡量工程质量的标准之一。同时工程建设过程中的边坡稳定性还需要考虑到自然环境的影响。下文就将以不确定性方法和确定性方法的分类方法对常用的几种边坡稳定性分析的方法进行阐述。

一、不确定性方法

1 模糊分析法

模糊分析方法是运用了模糊数学理论，通过收集、整理边坡的实际资料，对边坡的情况进行综合分析考量，建立各个参数信息之间的模糊关系，进而运用模糊综合的方法来判断、研究该边坡的稳定性。虽然模糊分析法充分考虑了多种环境影响因素和多种影响变量，而且没有复杂的计算过程，但由于真实环境中的不确定因素以及环境的多变性，同时使用的是模糊数学的概念和理论，因此模糊分析法所得出的结果并不具有很高的可靠性。根据这一特点，模糊分析法在工程建设的实际情况中更多的应用在对大型边坡的整体稳定性的判断。

2 灰色关联理论

灰色关联理论的基础是边坡的已知数据和未知数据。首先，将这些已知数据和未知数据看做是灰色量，将这些灰色量做无量纲化，使得这些数据具有同序性和等效性，以便后面的计算和分析；然后，用最小二乘法对已进行无量纲化的数据进行进一步处理，计算出数据之间的关联度，因为关联度的影响因素有很多，如参考序列、序列长度、分辨系数等，所以关联度的数值并不唯一，因此需要对关联度进行比较分析得出最适合的关联度数值；最后，分析已得到的数据建立边坡模型，对边坡的稳定性进行判断。

3 随机搜索耦合算法

由于在计算边坡稳定性的过程中常常会考虑到环境和工程建设过程中多种多样的影响因素，因此通常会建立起来一个极其复杂的非线性的规划问题，求解的过程也是较为复杂繁琐。而随机搜索耦合算法则可以为非线性规划问题提供一个简化求解过程、缩短求解时间的相对有效的近似解。这种算法是将固体退火过程作为模拟对象，同时运用冷却进度表的参数控制算法进行计算，从而得出一个近似解。虽然这种方法大大简化了计算过程，但也只有在参数相对较少的情况下才有更高的信度，不适用于具有大规模的参数的计算。

二、确定性分析方法

1 极限平衡法

在边坡稳定性分析的目前情况看来，极限平衡法是最为经典的确定性分析方法，不仅运用普遍广泛，同时还可以得出相对可靠的分析结果。这种分析方法的思路是：发生边坡的不稳定情况是因为边坡的土体相互之间发生了相对滑动，所以可以假定发生滑动的接触面已知，同时对边坡的土体进行静力平衡等数据的分析，从而分析得出发生滑动的土体的破坏载荷，进一步就可以对该边坡的稳定性进行分析。

2 图解法

20世纪30年代提出的边坡稳定性分析图解法发展至今，已经出现了不同的分析图表，甚至经过改进得到了简化公式。由此可以看出，图解法具有方法简便、直观明了、形象定量的特点，正因如此直到现在也被广泛应用于工程建设当中。该方法是综合考虑土体物理性质、地下水性质以及边坡的参数等数据，然后根据所对应的公式来绘制出表和图，根据表图更为直观、简便的得到边坡的稳定性。但在运用图解法的过程当中需要注意图解法所适用的前提条件和范围，以提高结论的准确度和可靠度。

3 有限元方法

由于边坡稳定性分析的极限平衡法对土体的应力以及应力的应变关系考虑有所欠缺，导致计算和分析时也会出现一定的误差和不准确性。而有限元法则可以很好的解决这个问题，应用范围将会扩大到地质情况复杂的条件下，同时计算结果也会更加精确。有限元方法是建立起了理想弹塑性模型，同时遵循强度屈服原则，参考安全系数，更加形象具体的模拟出当边坡发生滑动时的应力改变、应变规律和形变机制。这些就是进一步判断边坡稳定性的关键参考数据，但仍需要注意到有限元方法在发生大滑动、大变形等问题时局限性。

三、计算举例

某水库的控制面积为5800km2，年径流量为440亿m3，平均流量为140方每秒，库容为5.72亿m3，防洪库容为8614 万m3，兴利库容为35289万m3，电站装机150MW，围堰上游坡高为18.25m，坡度为1∶1.6，下游坡高为18.32m，坡度为1∶5.0。计算施工工况下该水库的边坡稳定性。根据题意建立的模型如图1所示。通过两种方法分析计算可知，极限平衡法计算的最小安全系数为1.436，有限元方法计算的最小安全系数为1.35，两种情况下最危险滑动面的示意图如图2、图3所示。结果分析：根据比较极限平衡法和有限元方法计算的结果比较可知，两种计算结果相差不大，因此可以推断出两种方法的可信度，同时可以看出在施工工况下该水库边坡稳定性差。

结语

边坡稳定性分析在许多建设领域当中都已经成为了十分重要的课题，虽然边坡稳定性分析的方法时至今日已多种多样，但考虑到自然环境和各个分析方法所具有的局限性，因此在面对边坡稳定性分析时应该结合多种方法对其进行分析，这样才能保证结论的正确性。

参考文献

[1]夏元友，李梅.边坡稳定性评价方法研究及发展趋势[J].岩石力学与工程学报，2002（07）.

中图分类号：TU413

文献标识码：A