不同计算方法在公路边坡稳定性分析中的应用

张健升

摘 要：在公路工程建设中，不可避免的会遇到大量的边坡问题，如果其稳定性不足出现失稳现象，会带来安全事故和经济损失。因此，在公路建设过程中如何对边坡进行处治是一项重要的工作，而对其稳定性进行计算是首要工作。本文探讨了边坡失稳的原因以及其破坏形态，并对边坡稳定性计算常用的方法进行了研究。

关键词：公路;边坡;稳定性;研究

0 引言

近年来随着我国的基础交通设施建设步伐的逐步推进，在公路工程建设领域取得了长足的发展，尤其是在西部地区，交通路网在不断的完善。但是，由于我国山区众多，尤其是在西部地区，导致在公路建设过程中会遇到很多的边坡问题。如果不进行边坡的处治，裸露的边坡在外界因素的影响下可能就会出现病害，进而影响边坡的稳定性，对公路的安全造成影响。因此，在进行公路工程建设过程中，对边坡的稳定性一定要深入的进行计算，保证公路工程的整体建设水平。

1 公路边坡失稳原因及破坏形态

1.1 公路边坡失稳原因

公路边坡失稳的原因有很多种，基本上都与地址条件以及地形地貌有直接关系，主要有以下几方面的因素：（1）边坡岩土体节理较为发育，加上风化作用的影响，导致岩土体的各项物理力学指标下降，强度大幅度降低;（2）对边坡岩土体性质分析不够深入，开挖边坡时坡比设置过大;（3）边坡开挖完成之后为未时进行防护，坡面长期暴露，在外界因素的持续影响下发生失稳;（4）发生降雨之后雨水沿着坡面渗入边坡内部，首先会导致边坡岩土体的自重变大，边坡的下滑力变大，其次会对其造成软化，降低了抗滑力。

1.2 公路边坡常见的破坏形式

公路边坡常见的破坏形式有三种，即滑坡、崩塌以及坍塌[1]。滑坡是边坡的部分坡体沿着坡体内部的软弱结构面发生的整体滑动现象，破壞能力强的特点;崩塌是边坡的部分土体受到外界因素的长期影响，自边坡上方崩落，其最大的特点是具有突发性;坍塌通常发生在坡比较大的边坡上，是边坡顶部表面的松散土体在自重影响下突然的失稳现象。

2 边坡稳定性计算方法研究

边坡的稳定性计算是一个定量计算的过程，其根本原理是通过对下滑力以及抗滑力进行计算，并根据两者之间的比值来判断边坡的稳定性。常用的边坡稳定性计算方法分为极限平衡法和有限元法两种，其中极限平衡法根据假设条件的不同可分为许多种，如表1所示，导致了每种方法的计算结果以及精度均有所差异[2]。

2.1 极限平衡法

极限平衡法建立在刚性极限平衡理论的基础上，假设边坡出现沿着滑动面的刚性滑动。其计算过程是建立在Mohr-Coulomb强度准则之上的，通过对滑动范围内的边坡岩土体进行划分，将其分为若干小块体，然后针对每个块体建立其力学平衡方程，根据此方程计算出抗滑力与下滑力之间的比值，即稳定系数。本文主要对瑞典条分法、简化Bishop法以及Janbu法进行分析研究。

2.1.1 瑞典条分法

瑞典条分法是建立在瑞典圆弧法的基础之上的，其计算原理是将滑动面以上的土体划分为单个的刚性条块，在极限平衡状态下对土条上的力进行定量计算，进而得到安全系数。瑞典条分法是建立在土条之间无相互作用力，也不受孔隙水压力影响的假设之上的，因此其计算量小、原理简单，但是计算得到的安全系数相对偏小、趋于保守，是极限平衡法之中最简单实用的一种方法[3]。

2.1.2 简化Bishop法

简化Bishop法是建立在瑞典条分法的基础之上的，与瑞典条分法不同的是这种方法考虑了土条之间的作用力，弥补了瑞典条分法的不足。这种方法假设滑动面为圆弧形状，单个土条在滑动面上的安全系数与全部滑动面上平均安全系数相同。出于计算方便的目的，这种计算方法只考虑了各土条之间的水平向力，未考虑切向力。简化Bishop法由于计算简便而得到了广泛的应用，但是只适用于圆弧滑动面的均匀土质边坡，不适用于存在夹层的边坡稳定性计算。

2.1.3 Janbu法

Janbu法适用于滑动面为非圆弧形状的土质边坡稳定性计算，这种方法建立在土条安全系数与边坡一致，推力线位置确定的假设条件之上。建立土条的弯矩平衡方程，而且还要满足土条上的静力平衡条件，通过迭代计算找到最危险滑动面，取该滑动面的安全系数为边坡的安全系数，这种计算方法相对而言比较复杂，但是结果最为精确。

2.2 有限元法

有限元法能够对不规则形状以及非均匀岩土体边坡稳定性进行计算，而且还可以使边坡土体的应力应变关系与其本构关系相吻合，可以严格的按照平衡方程对边坡的受力情况进行分析计算，本文对其中三种有限元法进行研究。非线性有限元法能够对边坡的变形及应力进行计算，可对边坡的破坏过程进行模拟与预测，但是这种方法不能够定量计算出边坡的稳定性系数。滑裂面应力分析法旨在通过对滑动面的应力采用有限元进行分析，计算出单元应力并结合力平衡方程算出边坡稳定性系数。强度折减法是通过对安全系数进行试算，使边坡达到破坏状态为止，此时的安全系数即为边坡稳定系数，该方法不需要进行滑动面假设与坡体分条，是以土的本构关系以及土体和支挡结构的作用关系为基础的。该方法的计算过程如下：首先假定一个安全系数，将边坡土体的强度参数，即粘聚力与内摩擦角除以这个安全系数，先进性试算，若边坡未达到极限平衡状态时，再假定其他的安全系数重复上述过程，直至边坡达到极限平衡状态。

3 结语

边坡是公路工程建设中一个常见的问题，在公路工程建设中如何对边坡进行处治，对边坡的稳定性进行评价是一项关键工作，其首要工作就是计算边坡的稳定性。现阶段对边坡稳定性进行定量计算主要采用极限平衡法以及有限元法进行，其中极限平衡法是建立在诸多假设条件之上的，计算简单、精度上有所欠缺，但足以满足工程建设的需求。有限元法的计算精度高，但是相对而言较为复杂。因此，在实际应用中需要根据不同的需求选择相对应的计算方法。

参考文献：

[1]彭勇，潘瑞.公路边坡稳定性影响因素分析[J].工程技术研究，2020（11）：242-243.

[2]赵婷，王畅.边坡稳定性分析方法及工程应用研究进展[J].水利水电科技，2019（5）：196-203.

[3]肖迎春，周宗红，等.瑞典条分法在公路边坡稳定性分析中的应用[J].中国非金属矿工业导刊，2015（4）：60-62.