区间不确定分析方法对边坡稳定性分析的研究

王银春

区间不确定分析方法对边坡稳定性分析的研究

王银春

随着大型土木工程等的广泛发展，边坡工程数量与规模也在不断拓展，在工程实际当中，边坡稳定性易受多种因素影响，且对工程整体的安全稳定具有重要的影响作用。基于此，本文就区间不确定分析方法在边坡稳定性分析中的研究展开探究，主要介绍了极限平衡法和区间有限元法，并通过工程实例，对边坡稳定性的实际分析流程进行了介绍，以期为提升边坡工程稳定性与安全性提供有效参考。

采用区间不确定方法分析边坡稳定性，其主要原理是基于岩土力学参数，对原有的边坡稳定性分析方法进行改进与完善。通过相关方法的应用、总结，得出的边坡稳定性评价准则，有利于在此后的边坡工程当中，对其进行客观的评价，便于为工程加固、变更等操作提供可靠依据。通过工程实例分析，能够进一步了解，区间不确定分析方法对分析边坡稳定性分析的重要意义。

边坡稳定性分析的区间不确定方法应用

极限平衡法。区间极限平衡法是一种基于传统极限平衡计算公式中，岩土参数区间性的一种推到分析方法，在实际分析过程中，具体的区间数包括粘聚力ci、边坡岩土体重度γi、内摩擦角φi，依据这些区间数能够进一步得到边坡安全系数FS，对边坡稳定性的分析，就需要进一步推到其安全系数区间F’。具体的推到方法如下：

瑞典条分法。瑞典条分法是一种经过时间检验的古老又简单的方法，在实际计算过程中，依据工程图谱，假定滑动面为圆柱面，剖面上为圆弧状，如下图所示。采用瑞典条分法，将滑动体划分成若干条块，同时假定各条块为刚性不变形体，计算过程忽略条块两侧面所受作用力。

图1 区间瑞典条分法受力示意图

其 中，FS’=[FS,FS];ci’=[ci,ci]；γi’=[：γi,γi]；φi’=[φi,φi]。ci、γi、φi分别表示第i个条块的粘聚力、重度以及摩擦角；而αi则为第i个条块，过圆心的底面中心发现，和过圆心的铅直线之间的夹角；而li与Vi则分别表示第i个条块的弧长与体积。

在确定边坡安全系数区间的过程中，需要明确区间的上下限，由于边坡破坏的滑弧面存在多种可能，如αi≥0，或αi＜0，则在实际计算分析过程中，要分别考虑αi的正负状况。假设，所取条块i∈[1，m]时，αi≥0；当i∈[m，n]时，αi＜0，则能够得到：

此公式当中即包含边坡安全系数区间的上下线。

：区间有限元法。有限元法是处理岩土工程的常用方法，在沿途工程当中，对连续的岩土体结构离散化，从而得到有限单元，将若干有限单元连结成为一个整体，且假定外力能够通过有限单元的连结点传递。在实际问题分析的过程中，需要对这些细小的有限单元进行述职计算，得出相应结点的位移与应力，进而对得出的位移与应力进行比较分析，明确岩土结构的稳定性状况。

在实际运用过程中，区间分析方法，以区间数学为基础理论，结合了有限单元法进行相关分析方法的有效建立，在这一过程中，应用求解控制方程如下：

K·U=P,R=(U)

式中，K表示边坡的总体刚度矩阵，属于输出变参量列矩阵的函数，而变参量则包括岩土材料参数以及几何尺寸等；U表示结点位移的列矩阵；P为边坡结点所受外荷载矩阵；R表示的是位移量U的函数，常规情况下，R都表示应力或应变。

利用区间有限元法分析边坡稳定性，能够对岩土本身的变形因素进行重点分析，同时，对于能够对岩土应力应变分布与边坡破坏的发生过程进行有效预测。在以往的分析过程中，难以得出精确的稳定安全系数，或滑动面形状与位置等，应用效果不够显著，若工程必须采用此种方法，可结合强度折减技术定义或应剪力定义、应力水平定义等方法，进行更为深入、准确的分析。

边坡稳定性评价应用

经过长时间的分析总结，能够明确的了解到边坡稳定性安全系数与稳定状态的关系，即当安全系数小于1.2时，则目标边坡为失稳状态；当安全系数大于1.2且小于1.5时，一般情况下，边坡都处于稳定状态，极少数情况下，边坡为失稳状态；当安全系数大于1.5时，则能够准确判定，边坡处于稳定状态。

以一个简单的边坡稳定性分析作为算例，该边坡的高度为10m，坡度为1:2.经过实地勘测，能够得到基准参数区间：粘聚力c=[13.5,16.5]kPa；重度γ=[19.8,20.2]kN/m；内摩擦角φ=[18°,20°]；泊松比v=[0.27,0.33]；弹性模量E=[13500,16500]kPa。

采用区间极限平衡法进行分析，则要先明确边坡的最危险滑面，由此开始进行条分。采用区间瑞典条分法进行计算，将相应数值带入公式

能够进一步得到边坡安全系数区间[1.345,1.674]，其区间下限大于1.2且小于1.5；区间上限则大于1.5，依据上述评价准则，能够基本判定该边坡处于稳定状态。这种区间分析方法，能够得到最小安全系数，因此其反应的边坡稳定状态更加的客观、保守、安全。

采用区间有限元法计算是，则要进行剖分网格图与成果图，结合有限元程序，进一步得到网格中各个节点的位移与应力等区间，通过相关计算，所得的安全系数为1.732，依据评价准则，边坡状态为绝对稳定状态。相比之下，区间极限平衡法所获得的分析结果更加保守安全。

综上所述，对基于区间不确定方法的边坡稳定性分析的研究，有利于推动相关工程水平与工行才能质量。通过上述算法的有效应用，能够显著降低边坡工程当中，边坡失稳的现象，进而减少类似工程事故，提升工程建设的经济效益与社会效益。因此，在为来边坡工程的扩张过程中，要重视边坡稳定性分析的作用效果，从而深入挖掘区间不确定分析方法的应用价值，使其更好地服务于工程建设与发展。

银川能源学院）