岩质高边坡稳定性分析方法探析

辛小丽 杨青潮

（山东交通职业学院公路与建筑学院 山东潍坊 261206）

0 引言

高边坡稳定问题是直接影响高边坡工程施工安全，以及其施工过程质量的重要关键。虽然我国在岩质边坡安全和稳定性的研究以及应用水平方面与当前国际先进水平相当，但在对岩质边坡安全和稳定性监测的理论与其研究的方法上仍与当前国际先进水平存在较大的技术差距，边坡安全和经济效益成了最迫切的技术需求，高边坡稳定性的监测与分析将成为是一个不断地向前探索发展的重要学术研究课题[1]，为社会发展带来了可观的经济效益与巨大的社会效益。

岩质高边坡不同于一般的岩质边坡，由于岩质边坡高度的稳定性影响加上高边坡岩体的结构、水文环境条件等诸多不确定，使得对变形破坏的监测和高边坡稳定性的评价都非常困难，这就对变形破坏监测的准确度和稳定性的数据精度和稳定性提出了更高的技术要求。在实际的岩质高边坡工程中对每次每个变形破坏监测点的稳定性数据和结果都要采用恰当的稳定性分析方法，根据不同高度和部位的监测精度要求，确定各自的所需最高监测精度的稳定性模型，对高边坡进行相关的分析和预测，随时了解高边坡变形的变化趋势，推算出变形和变化规律，提前采取有效措施，加强对高边坡稳定性判断的准确性和确保高边坡施工过程的安全性都有着十分重要的现实意义。

1 常见分析方法

1.1 回归分析法

回归模型分析法的方程式是一种以相关联的数据和随机变量之间是否存在一定的关系数据作为分析的基础，根据相关联的数据时间序列的变化和实际情况，将相关联的某个或者几个模型的随机变量进行综合预测分析得来的未来值的分析方法。这种模型分析技术通常可以应用于时间序列预测数据分析，时间序列预测模型以及快速发现随机变量之间因果关系。

这种技术优点在设计和分析多因素模型时，更加简单和方便，不仅设计者可以预测并自动求出时间序列函数，还甚至可以自己对预测结果的未来值进行时间残差的定性检验，检验时间序列模型的准确性和精度。利用回归模型进行定性和定量分析，既要注意避免对数据进行时间序列预测或者在分析的过程中对相关联的数据预测值进行任意的外延，又要特别注意数据之间是否存在一定的因果相关关系，如果两个数据之间根本没有一定的关系，那么利用回归方法计算出的结果就是错误的，同时也要注意合理、准确的对数据的序列进行有效的分析，才能保证高边坡通过回归分析方法变形的预测是可靠有效的。

1.2 时间序列法

时间序列是利用某种模型，根据时间的变化而变化的数据序列[2]进行分析，发现数据序列的变化发展规律，及时掌握该数据的变化走势，为了降低外界因素的变化对数据分析的质量影响，该种方法要不断的优化模型，及时调整参数变量，预测数据序列后期的变化值，对受外界影响因素比较小的情况下，预测效果的精度特别高，在中短期数据应用比较广泛。

1.3 指数平滑法

指数平滑法统计是一种建立在大量的历史统计数据的利用前提下，通过对移动指数平均法对其进行了改进，对该组统计数据逐项进行推移，计算出该组数据序列中某个或某几个项的指数平均值，利用这些高于平均值的数据来对该组统计数据的变化趋势情况进行了归纳和总结的统计方法。

这种统计的方法主要是将该组过去全部的数据和历史统计分析资料作为数据资源进行了利用，通过这种数学方法对其进行平滑变化系数的加以计算和处理，得出的数据和结果对近期数据预测的可靠性和准确度来说要远高于对中远期的历史统计数据进行预测，所以这种统计的方法也特别的适合对长期数据的变化进行预测。

1.4 灰色模型法

灰色模型理论是将高边坡工程的变形看做一个灰色变形量，通过建立模型，分析模型，来实现对高边坡工程变形预测的效果。虽然经过长期研究，灰色理论模型已经应用在很多领域里面[3]，但是由于实际应用过程中得到的数据序列存在一些因素的影响，往往使得时间序列不是等时距的，这就与灰色理论建模所需要的等时距相矛盾，使得模型受到限制，必须对模型加以优化，及时调整才能得到预期的有效结果，不然计算的结果就是错误的，无法对高边坡的变形进行有效的预测。

1.5 神经网络法

神经网络模型是充分利用了神经网络的理论，充分调动强大的非线性网络对问题分析和处理的能力，反复的运用将产生误差的概率降到最低，使得神经网络得出的高边坡预测变形预报分析结果的直观和准确性高，也是目前神经网络应用高边坡变形工程预测最广泛的模型设计方法之一。具体是将神经网络给出的输入信息通过输入层的隐含输入层逐层递归处理，逐层递归分析并通过模型设计方法来进行预测和分析评价输入层高边坡的安全性，对结构逻辑不清楚、规则变化不明确，数据关联性不强等常规难以完成建模和分析的大型复杂高边坡较为适用。

1.6 有限元法

有限元法是一种随着计算机的发展而发展起来的数值求解方法，利用假设单元格受力简单，通过计算机上的Abaqus，Ansys等软件[4]，对一个个小的结构单元格进行静态、动态结构的分析，最终得到整个结构的受力和变形结果，但也存在需要大量数据、参数选取困难、位移连续性差、应力过于集中等问题。

1.7 有限差分法

有限差分法的优点是通过有限微分方程以及有限积分微分方程数值的计算方法对每一个离散的观测点划定一个连续的边坡变形网络区域和范围，自动地搜索出最先和最容易屈服或被破坏的岩质边坡位置，并从边坡的应力和其应变的大小两个角度入手来准确分析节理岩质对边坡的破坏和应变机理，进行有限微分和积分求得相近或近似的物理解。在差分法中利用高边坡变形曲线分析中，对各个时刻的高边坡观测点都进行了数据处理，构成一个区域的边坡变形网络，来计算得到一个可以拟合的整个高边坡变形的曲线，从而更准确地预测出高边坡工程实际边坡变形的发展趋势及其规律。

随着我国社会经济科学技术不断的进步和发展，人们对高边坡岩质稳定性的研究也在不断的寻求创新和发展，如离散边界元法、离散边界元法、块体结构理论、流形元法、组合结构模型等从定性分析到定量，从不确定分析到计算机的仿真模拟，为岩质边坡稳定性问题解决奠定了基础。

2 结论

随着科学技术的不断发展，岩质高边坡稳定性研究在理论和技术上也取得了很大进步，虽然对岩质高边坡无论是定性还是定量的分析方法有很多，但是无论是那一种对岩质高边坡稳定性的分析方法都有适用条件与局限性，任何单一的分析评价方法都不可能较好地解决实际复杂的岩质高边坡工程。

因此，笔者认为在实际岩质高边坡工程中要充分掌握各种不同方法的优缺点和使用范围，充分结合工程具体项目特征、实际条件，同时选择多种对监测数据分析和稳定性进行综合判定并举，相互校核来客观评价岩质高边坡稳定性，结果更加安全可靠，不同类型分析法的相互耦合，充分发挥各自的优点，彼此取长补短，为岩质边坡稳定性分析方法提供了发展空间。