边坡稳定性评价方法的最新进展研究*

曾 勇

（中国地质大学（北京）工程技术学院，北京 100083）

边坡稳定性是指边坡岩、土体在一定坡角和坡高条件下的稳定程度。不稳定的天然斜坡和“设计坡角”过大的人工边坡，在岩、土体的重力、水压力、振动力和其他外力作用下，常发生滑动或崩塌破坏。较为严重的滑坡和崩塌能引起江河堵塞、交通运输中断、水库淤积等，给人民生命和财产安全带来巨大损失。根据中国国土资源部网站发布的全国共发生地质灾害的相关消息，可以发现滑坡明显占据较大比例。由滑坡为主的地质灾害历年来导致的直接经济损失是十分巨大的，其所造成的间接经济损失更是难以估量。怎样针对边坡进行灾害预测并做好提前防治，如何掌握好并有效地评价边坡稳定性，如何运用新技术和新进展来评价边坡稳定性，更好地减少这些灾害显得尤为重要。2012年全国主流地质灾害发生的数量对比图如图1所示。

1 传统通用的评价方法

传统通用的评价方法计算简单、思路清晰，且能够较好地解决一般的工程问题，因此在工程中得到了广泛应用。目前发展比较完善、较为传统的边坡稳定性评价方法，主要通过勘察前期的工程地质或岩土后，再对已变形地质体的成因及其演化史进行定性分析，了解其可能的变形破坏方式和力学机制，从而通过定性分析或定量计算对边坡进行综合评价。常用方法主要包括工程地质类比法、边坡稳定性图解法、极限平衡分析法、块体单元法和数值分析法等。传统通用的边坡稳定性评价方法的具体内容和优缺点如表1所示。

图1 2012年全国主流地质灾害发生数量的对比图

2 新型交叉实用的评价方法

传统的工程地质学主要研究地质对比情况，随着科学技术的进步和滑坡、边坡理论研究的深入，人们已普遍认识到传统的边坡稳定性分析中还存在许多不确定性因素。因此，最新科学研究开始考虑这些不确定性因素在边坡稳定性评价的影响，推出了一系列的新型交叉实用评价方法，具体包括以下六种方法。

表1 传统通用的边坡稳定性评价方法汇总表

（1）模糊综合评判法。模糊综合评判法是运用模糊变换原理和最大隶属度原则，对边坡工程进行综合性评价的模糊方法。通过建立一个具有隶属度和评价因子的系统模型来评判，其最关键的步骤是确定隶属度和各个影响因子的权重，进而得到边坡稳定性的分级。如陈云超[1]等将该方法有效地应用在河百高速边坡稳定性评价中，可以发现多因素、多变量影响的边坡稳定性分析非常适合此方法，但是具有主观因素影响的权重会使得结果有部分偏差。

（2）聚类分析法。数学中常将最佳事物组合称为类，是否归为一类的标准可以通过衡量两者之间的距离来确定，采用欧式距离的概念，按照最近原则，逐步将事物分类并扩大范围，直至将所有事物归类。以此为基础便衍生出了聚类分析的方法，可依据此方法判断实际不同边坡的相似程度。

（3）人工神经网络方法。人工神经网络方法是利用计算机等一类的辅助工具模仿生物神经网络的组织结构，以此实现某些功能并处理非线性映射的实用仿生方法。该方法可以建立非线性的映射网络，处理边坡工程中的非线性数据。如李元松等[2-3]将人工神经网络巧妙地运用在边坡稳定性评价中。

（4）遗传算法。遗传算法是模拟自然界生物进化过程而提出的一种自适应随机性优化搜索算法。在边坡稳定性评价中，往往需要寻找最危险的潜在滑动面，这时可以选择遗传算法，通过遗传学的传递变异配对，最终收敛于全局的最优点，进而找到最优选择的滑动面。

（5）可靠度法。边坡稳定性评价方法中，经常用“安全系数”（在滑弧上的抗滑力矩与滑动力矩的比值）来表征所研究边坡的稳定性。因此，参数的不确定性也是现代科学研究的重点，如岩土参数的变异性、荷载及分布不确定性、计算模型不确定性等。可靠度方法以应用数理统计作为基础，充分考虑影响边坡安全系数的各种随机因素的不确定性来描述边坡工程的质量。如唐慧群[4]研究了如何将可靠度分析方法应用到实际边坡稳定性评价中。

（6）灰色统计判别法。灰色统计判别法是基于灰色分析理论提出的一种全新的系统分析理论。在实际边坡中，反映岩土性质的一些参数只有一部分是已知的，另一部分未知的就是所谓的灰数。将灰色关联作为基础，通过加工并扩展一部分已知条件，进而能够处理分析更多的灰数，最终实现处理整个灰色系统，即实现对边坡稳定性更全面评价的方式。

3 研究方向展望

3.1 多学科交叉的复合评价方法的研究趋势

单一的分析方法既有其优势，也有其缺点。在研究方法不断完善的同时，将多种方法结合在一起，取长补短可以获得意想不到的效果。在新型交叉学科研究发展中，人们普遍认识到学科交叉可以解决更难处理的问题。如在岩质边坡的研究中，便巧妙地将遗传算法和人工神经网络结合在一起，进行和位移相关的反分析，效果非常显著[5]。如张明明等[6]基于概率统计方法，讨论在考虑土层边界不确定分析中的边坡稳定性评价，通过计算机程序实现数值模拟仿真实验，这便是多学科交叉实现方法复合的典型案例。开放性地运用全方位思维，从多学科交叉渗透来研究问题，如不断运用新的方法模拟问题间潜在的相关性，借用计算机等职能手段模拟人脑思维，利用专家经验帮助判断，利用发达的网上资源来获得信息和帮助等方式都是在研究边坡的切入点和扩散方式。

3.2 系统的概念可更多运用于边坡稳定性评价

从自然灾害的衍生到形成，再到人工治理等一系列的过程，实际上都不能脱离自然环境，也不可避免地需要多去研究更为“自然”、更符合实际生活要求的边坡。为此，应将边坡和自然环境放在一起形成开放的系统，并考虑其物质及热量交换、能量守恒的自然规律，进行更为和谐的稳定性评价，这对系统的研究至关重要。

4 结论

目前发展较为完备的边坡稳定性评价方法有许多，各方法都具有其考虑的方向和优势，因此应针对参数及环境等一系列因素不一致的边坡选择不同的评价方法。在考虑到工程经济性的同时，应选择最优的边坡稳定性分析的评价方法。分析现今岩土工程学科发展趋势，可以得出以下结论：（1）以计算机为代表的全新科技是引领边坡稳定性评价的主流方向，如ABAQUS、FLAC、GEO-slope等一系列分析软件的应用让评价复杂边坡变得简便而准确。

（2）多学科交叉、新旧评价方法的综合及系统概念的引入，都是利用将零散归整的思想，这也是边坡稳定性评价的全新尝试方向，将取长补短的思想融汇其中，可以在相同的边坡评价中收获不同的效果。