浅谈边坡稳定性评价方法

符 红

浅谈边坡稳定性评价方法

符 红

（重庆交通大学 重庆 400074）

本文对边坡稳定性分析方法进行了归纳，分析总结了各种极限平衡法及数值分析法，并简单介绍了各种评价方法的优缺点[1]。

边坡稳定性；极限平衡法；数值分析法

0 引言

近年来，随着我国社会的不断进步，经济的不断发展，边坡逐渐成为人们探讨的热点话题。边坡分为自然边坡和人工边坡。在施工、运营中，边坡的失稳现象时有发生，这将会造成巨大的经济和人员损失，故对边坡的稳定性进行分析是十分必要的。在本文中，采用极限平衡法和数值分析法来对边坡的稳定性进行分析。

1 极限平衡分析法

如今，极限平衡分析法的应用是最为普遍的，它的滑动面采取圆弧形。它评价边坡稳定是采取建立土体作用力与强度间平衡条件的方式来进行的。包括：瑞典条分法、毕肖普法、简布法、萨尔玛法、Spencer法、Morgenstern-Price法、楔体极限平衡法等。

1.1瑞典条分法

1916年，根据观测，K.E.Pettersson提出了圆弧滑面分析法，此法不考虑土条间的相互作用。用此法对岩质边坡进行分析时, 只能分析均质各向同性的岩体。

1.2毕肖普法

条分法是由Bishop在1955年提出的,它视滑动体为多个条块，各自求出条块的自重，将重力沿着平行于滑动面和垂直于滑动面的方向进行分解，力矩中心选取圆弧的圆心,以此来求出稳定安全系数。

1.3 萨尔玛法

“非垂直条分法”是由Sarma在1979年提出的，它具有简单适用的特点，可用于分析任意形状的滑动面，对影响边坡稳定性的影响因素采取多角度剖析解读，采取反计算来分析岩体滑坡的稳定性，求出粘聚力、内摩察角等抗剪强度参数，计算下滑力。

1.4、Spencer法

Spencer法认为条间力倾角是常数，认为条块间的作用力方向是一致的，条间作用力与水平线成一定的角度。按照力和力矩的平衡条件来求出角度和安全系数Fs，以此作为评判边坡稳定性的基础。

1.5 Morgenstern-Price法

1965年，Price和Morgenstern认为对未知函数的假定是合理的，它忽略了条间力方向的变化，同时满足力和力矩的平衡条件，可用于分析任意形状滑裂面的稳定性。Morgenstern-Price假定两相邻条块的法向力和切向力存在一个函数关系,实则是假定条块间力的方向会随着水平坐标的变化而变化，再由力和力矩的平衡条件得出潜在滑移面上的法向力及安全系数。

1.6楔体极限平衡分析法

楔体极限平衡分析法主要用于分析岩质边坡的稳定性，尤其适用于不连续面的任意形状的楔形体。

2 数值分析法

随着计算机技术的越加先进及数学方法的不断改进，边坡稳定性分析中已有了数值分析法。包括有限元（FEM）法、边界元（BEM）法、无界元法、离散元（DEM）法、运动单元法、有限差分（FLAC）法、不连续变形分析法等。

2.1有限元（FEM）法

有限元法是同时满足静力平衡和应变相容条件的边坡稳定性分析方法，是一种较为常用的数值方法。该法用来对边坡进行二维或三维分析，可用于弹性、弹塑性、粘弹塑性、粘塑性、大变形、小变形问题以及非线性问题的求解。它不仅考虑了岩土体的非均匀性，还对岩土体的不连续性作了一定的考虑,得到应力和应变分布情况，能对土体和支护间的相互作用进行模拟，弥补了极限平衡分析法中将滑体视为刚体的缺点。但有限元法仍存在不足之处，如：对物理参数的选择影响较大，不能完善地求解大变形和位移不连续等问题。

2.2边界元（BEM）法

作为在70年代才发展起来的边界元法,对输入的数据要求不多。Cronch S L在1976年应用此法来分析层状岩体的开挖问题，不过只对研究区的边界进行了离散化。该法比较适合用来解决无限域或半无限域的问题，不适于用来处理非线性及不均匀性的问题，也不能用于大变形的求解。因此，在对边坡的稳定性进行分析时,往往受到很严重的限制。

2.3无界元法

无界元法是由P Bettess在1977 年提出来的，并已得到广泛应用。被视为对有限元法进行进一步发展的它，常与有限元法联合使用。通过采用一种具有特殊性质的形函数及位移插值函数，它能反映无穷远处的边界条件。因此，它比有限元法更加有效，既减少了计算工作量，对计算精度和效率也有一定的提高。

2.4离散元（DEM）法

离散单元法是由P A Cundall在1970 年提出来的，适于岩土体稳定性分析。它的特点是能对岩土体的非均质、不连续和大变形等问题进行模拟计算。该法将研究区看作由许多个块体单元组成，单元与单元之间是相互接触的，通过建立力和位移关系，用迭代法来对每一块体进行计算，计算时不考虑块间的约束作用。用该法分析时的原理能用于非线性大位移和非连续介质大变形问题的求解，特别适合用来分析岩质边坡的变形破坏。

2.5运动单元法

80年代，Peter Gussmann提出了以莫尔-库仑为基本准则的数值分析法--运动单元法,它认为稳定系数在最危险塑性区处最小。对某一特定边坡而言,它首先假定一个塑性区，且该塑性区满足莫尔-库仑准则，并最终得到最不利滑动面。有有限组塑性滑移线或塑性滑移面存在于该塑性区内,它们将塑性区看作由一个个单元构成，在约束条件和边界条件下，通过采取自动搜索的方式来得到最小安全系数，以此得到最不利滑动面。

2.6有限差分（FLAC）法

FLAC法是以有限差分为依据，是用来分析岩土类边坡的稳定。它认为计算域是由许多个二维单元组成，并认为这些二维单元是由节点将其连接起来的。采取FLAC法进行边坡的稳定性分析时，最后得到的是各二维单元的应力图和应变图。相较于有限元法，此方法更能表征出土体的不连续性和大变形的特点，但它在边界计算及网格划分时不严格。马乐[2]（2011）采用理论分析和数值模拟方法，用FLAC软件来模拟边坡在自然状态下的稳定性。马萃林[3]等将静力条件和渗流状况纳入考虑的范围，通过用FLAC软件来模拟3个典型剖面的边坡，来获得这三个剖面的稳定系数。

2.7 其他数值分析方法

除以上方法外，还有其他一些分析边坡稳定性的方法，如：不连续变形分析法、流形元法、灰色系统理论、随机理论、渗流分析等，这些新理论、新方法使得边坡稳定性分析方法朝着更新的方向发展。

3 结语

综上所述,关于评价边坡稳定性方法的研究很多，通过对这些稳定性评价方法进行总结后，可知在用数值分析法分析边坡稳定时，对模型的建立及参数的选取均作了一定简化，以至于不能使结果满足精度和经济的要求。应注重对未失稳边坡的稳定性进行研究，以达到优化边坡加固的目的。除此外，还应结合多个学科来对边坡的稳定性进行研究，以弥补用单一学科进行分析时存在的不足。

[1]刘子振. 边坡稳定性极限平衡法和有限元法综合分析[D].中南林业科技大学,2007

[2]马乐.边坡稳定性数值模拟及锚索加固的研究[D].辽宁工程技术大学,2012

[3]马萃林，朱明.有限差分法FLAC在边坡稳定性分析中的应用[J].中国矿业工程，2008,37（5）：19-22

符 红（1993-），女，重庆璧山人，硕士研究生，研究方向：交通运输工程。

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