不同地质边坡稳定性分析及治理措施研究

[摘要]在国内外的岩土工程研究领域里，边坡工程项目里的安全稳定性分析一直作为主要的研究对象。在现阶段中，由于边坡地质条件各不相同，影响边坡稳定的作用因素繁杂，相关岩土工程界科技技术人员还无法完全掌握可靠的边坡稳定性分析的原理。对边坡失稳的研究、防御工作在今后仍是一项长期而又艰巨的任务。所以对不同地址边坡稳定性分析及治理措施的研究就更显得意义重大。本文总结了国内外对边坡稳定性的研究现状，介绍了边坡稳定性分析的计算方法、提出了治理边坡失稳的相关措施。

[关键词]边坡稳定性 研究现状 分析方法 治理措施

[中图分类号] U213.1+3 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-12-6-2

1概述

1.1边坡失稳

由于地质条件各不相同、边坡内部结构的复杂多样，边坡失稳的原因也各不相同。在分析不同的边坡失稳地质灾害过程中，根据实际的地理、地理条件，采取不同的分析方法和相对应的计算公式来分析边坡的稳定状态及失稳原因。在现阶段，边坡稳定性的分析方法大致可分为明确性方法和不明确性方法。通过恰当的方式才能得到最真实的研究数据，才能得到最恰当的治理措施。

1.2边坡稳定性研究现状

近年来，研究者在前人对边坡稳定的定量、定性分析方法的基础上，提出了新的明确性分析方法及非明确性分析方法。例如可靠性方法、灰色系统评价法、模糊评价法等非明确方法；极限平衡法、数值分析法、离散单元法等明确性方法.与此同时，研究人员逐渐将地质力学建模、现场分析检测法运用于对边坡稳定性分析的研究中去。目前对于边坡失稳的原理、稳定性预测及评价的方法的研究很多。一系列研究过后，取得了一定的效果，但是由于地质条件的丰富多样，研究结果差异很大，而对于边坡稳定性定性分析又是一项复杂过程，因此仅靠单一性的稳定性评价是不足以有说服力的。在未来的边坡稳定研究发展中，一方面，要依托于现有的计算机技术，逐步形成并完善一种集成式智能评价的系统；另一方面还要利用边坡工程实例来建立可靠的评价系统，只有通过综合多方面的因素，交叉多学科知识，研究出基于案列推理的边坡稳定性的综合集成式智能评价系统，才是现阶段研究人员力求攻克的目标。

2边坡稳定性分析方法

对边坡稳定性的研究分析方法一直在不断发展完善，下面在现有的多种分析方法中选取集中普遍的方法加以叙述。

2.1极限平衡法

极限平衡分析方法的基本思路是：假定岩土体的破坏是由于滑体的滑动面发生滑动造成的，而滑体的滑动面可以是规则的平面、圆弧面或者其它一些不规则的面。在分析过程中，可以通过分析滑动面滑动时造成的隔离体的静力平衡，确定出滑动时的破坏荷载。再确定负载时，可以把隔离体进行分割成若干竖向的土条，并简化其以方便对每个小土条进行静力平衡的测算，并求出相应的滑动破坏荷载。通过求出滑动时的最小荷载，与之对应的就可以分析出最危险的滑动面。因此可以采取相关措施来预防最危险滑动面的稳定性失衡。下面以图表形式介绍相关的极限平衡分析法及其特点。

图表补充说明：在边坡稳定性研究历程中，最早由Fellenius提出了瑞典圆弧法，这是条分法的最初形态。该方法是假设土条底面的法向作用力是土条重量在底面法线方向上的投影，大大简化了计算工作，并可直接得出安全系数。在之后，Bishop对瑞典圆弧法做出了全方位的改进，他不仅提出了安全系数的初步性定义，还通过假设条间为水平方向作用力，再分析出土条在竖直方向的平衡条件，进一步求得土条底面上的法线方向作用力。Morgenstem在前者的基础上又添加了适用于所有形状的滑动面的方法，这种方法在静力平衡条件方面适用于所有的滑动面，并且它还允许条间力在作用方向上出现一定的改变。与此同时，Spencer在Morgenstem的基础上提出了其特例，即假设条间力的倾角是一特定的常数，进而来分析整体力及力矩平衡方程来求出稳定性安全系数。Janbu提出的方法和前面两者有相同之处，即假设土条间的作用力为水平方向，通过土条在竖直方向上的静力平衡条件求出土条底面的方向作用力，所不同的是Janbu从分析边坡整体在水平方向上上的静力平衡情况入手，通过采取迭代求解的方法来求出稳定性安全系数。

2.2随即搜索法

通常把随机搜索分成随机修改法以及随机产生法这两种。①随机修改法：通过对已有的最优化的解进行微小的随机修改，将新滑动面与原滑动面作比较，从而优中择优，在两者中找到相对较优的解答，在基于这个最优化解进行搜索，知道满足相对应的收敛标准。②随机产生法：通过分析计算机随机产生的假设滑动面，将分析结果进行安全系数的计算及相互比较，将比较出的安全系数最小的滑动面面作为临界滑动面。将两者相比，在搜索效率方面，随机修改的方法要比随机产生的方法要高。

2.3可靠性法

可靠性法在目前对边坡稳定性分析中的不确定性法中最为普遍。可靠性方法在边坡工程的经济方面和优化解决方案的选择上具有很大的意义，它是基于对边坡的土地性质、工程地质条件以及相关的计算模型等不确定认识，再结合边坡的实际情况，利用概率分析法以及通过可靠度尺度来分析边坡工程系统的实际质量。可靠性法减少了经济风险，优化了解决策略。

2.4有限元法

有限元法在如今边坡稳定性分析中地位举足轻重。其应用已经由弹性学平面问题扩展到空间问题，由静力平衡问题扩张到稳定性问题及动力问题等。同时在研究对象方面也扩展到塑性、粘塑性、粘弹塑性等方面。有限元的优点是充分考虑不同边坡土地条件的不均质、不连续性的特点，分析出土体的应变大小及应力分布，从而可以避免将滑体视为刚体这样过于简化的缺陷。在有限元法的基本思想是：用一个简化的问题来替代复杂的问题，然后来分析问题并求得解。下面介绍有限元求解程序的步骤：

注意：

①结构离散化；将相关结构物体分成有限个单元，在每个单元设置相应的结点，使独立的单元体具有一定的连续性从而形成一个单元的集合体，并把这个集合体用来代替原来的结构体。

②选择位移模式；通过对单元中的位移分布作出假设，设计出一种假定位移是坐标的简单位移模式。需要注意的是，在选取位移模式是要根据计算的便捷性及单元的解的收敛要求选取合适的，通常选取多项式作为位移模式。

3边坡稳定性治理措施

提高边坡稳定性的技术措施可以大致分为两大类，一是非人工加固法，二是边坡的人工加固法。

3.1改变边坡形状的非人工加固

①削坡减载、坡角支墩，通过降低边坡的较低边的坡高以及采取放缓边坡角的措施，来削坡减载，从而改变边坡内的应力状态，达到改善边坡稳定的效果。②降压疏干，边坡稳定性还受到地下水的影响，边坡岩体内的滑动面会受到水压的作用。因此可以通过降低边坡地段内地下水的压力来减小地下水的影响。

3.2边坡人工加固

通过人工处理，来对边坡内的岩体进行补强措施。一般人工加固分为注浆加固技术和外加支挡加固。注浆加固是为了提高岩体的粘接强度从而增大滑动面的摩擦系数；支板加固是通过添加挡墙、锚索、锚杆、抗滑桩等一系列的外加设施，来增大边坡的稳定性。

4结语

在边坡稳定性研究中，随着数值分析法的不断发展，不同数值方法的相互融合将成为未来研究中的趋势。但是数值方法仍处于初期试用阶段目前还仍有很大的局限性，在实际分析中要根据不同边坡的地质条件做具体分析，将数值方法与非线性理论、系统分析理论相互结合起来，严格依据机制分析观、仿真模拟观、优化设计观等先进的科学观念来建立系统的、有效的边坡稳定性分析方法及治理方案，以预防并治理边坡失稳这一地理灾害问题。