常用的邊坡穩定性分析方法

劉 磊 皮 漫 屈 潔（西北勘測設計研究院有限公司海外設計分院，陜西 西安 710065）

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常用的邊坡穩定性分析方法

劉 磊 皮 漫 屈 潔
（西北勘測設計研究院有限公司海外設計分院，陜西 西安 710065）

摘 要：伴隨著公路建設、橋梁建設、水利建設等現代常見的工程建設越來越注重工程質量，邊坡穩定性成為衡量其工程質量的一個十分重要的標準對其的分析方法也日益豐富，準確性也不斷提高。

關鍵詞：邊坡穩定性；不確定性方法；確定性方法

隨著現代經濟建設的發展，各種各樣的工程建設領域都需要更多的考慮到其質量以及安全性，而邊坡穩定性就是衡量工程質量的標準之一。同時工程建設過程中的邊坡穩定性還需要考慮到自然環境的影響。下文就將以不確定性方法和確定性方法的分類方法對常用的幾種邊坡穩定性分析的方法進行闡述。

一、不確定性方法

1 模糊分析法

模糊分析方法是運用了模糊數學理論，通過收集、整理邊坡的實際資料，對邊坡的情況進行綜合分析考量，建立各個參數信息之間的模糊關系，進而運用模糊綜合的方法來判斷、研究該邊坡的穩定性。雖然模糊分析法充分考慮了多種環境影響因素和多種影響變量，而且沒有復雜的計算過程，但由于真實環境中的不確定因素以及環境的多變性，同時使用的是模糊數學的概念和理論，因此模糊分析法所得出的結果并不具有很高的可靠性。根據這一特點，模糊分析法在工程建設的實際情況中更多的應用在對大型邊坡的整體穩定性的判斷。

2 灰色關聯理論

灰色關聯理論的基礎是邊坡的已知數據和未知數據。首先，將這些已知數據和未知數據看做是灰色量，將這些灰色量做無量綱化，使得這些數據具有同序性和等效性，以便后面的計算和分析；然后，用最小二乘法對已進行無量綱化的數據進行進一步處理，計算出數據之間的關聯度，因為關聯度的影響因素有很多，如參考序列、序列長度、分辨系數等，所以關聯度的數值并不唯一，因此需要對關聯度進行比較分析得出最適合的關聯度數值；最后，分析已得到的數據建立邊坡模型，對邊坡的穩定性進行判斷。

3 隨機搜索耦合算法

由于在計算邊坡穩定性的過程中常常會考慮到環境和工程建設過程中多種多樣的影響因素，因此通常會建立起來一個極其復雜的非線性的規劃問題，求解的過程也是較為復雜繁瑣。而隨機搜索耦合算法則可以為非線性規劃問題提供一個簡化求解過程、縮短求解時間的相對有效的近似解。這種算法是將固體退火過程作為模擬對象，同時運用冷卻進度表的參數控制算法進行計算，從而得出一個近似解。雖然這種方法大大簡化了計算過程，但也只有在參數相對較少的情況下才有更高的信度，不適用于具有大規模的參數的計算。

二、確定性分析方法

1 極限平衡法

在邊坡穩定性分析的目前情況看來，極限平衡法是最為經典的確定性分析方法，不僅運用普遍廣泛，同時還可以得出相對可靠的分析結果。這種分析方法的思路是：發生邊坡的不穩定情況是因為邊坡的土體相互之間發生了相對滑動，所以可以假定發生滑動的接觸面已知，同時對邊坡的土體進行靜力平衡等數據的分析，從而分析得出發生滑動的土體的破壞載荷，進一步就可以對該邊坡的穩定性進行分析。

2 圖解法

20世紀30年代提出的邊坡穩定性分析圖解法發展至今，已經出現了不同的分析圖表，甚至經過改進得到了簡化公式。由此可以看出，圖解法具有方法簡便、直觀明了、形象定量的特點，正因如此直到現在也被廣泛應用于工程建設當中。該方法是綜合考慮土體物理性質、地下水性質以及邊坡的參數等數據，然后根據所對應的公式來繪制出表和圖，根據表圖更為直觀、簡便的得到邊坡的穩定性。但在運用圖解法的過程當中需要注意圖解法所適用的前提條件和范圍，以提高結論的準確度和可靠度。

3 有限元方法

由于邊坡穩定性分析的極限平衡法對土體的應力以及應力的應變關系考慮有所欠缺，導致計算和分析時也會出現一定的誤差和不準確性。而有限元法則可以很好的解決這個問題，應用范圍將會擴大到地質情況復雜的條件下，同時計算結果也會更加精確。有限元方法是建立起了理想彈塑性模型，同時遵循強度屈服原則，參考安全系數，更加形象具體的模擬出當邊坡發生滑動時的應力改變、應變規律和形變機制。這些就是進一步判斷邊坡穩定性的關鍵參考數據，但仍需要注意到有限元方法在發生大滑動、大變形等問題時局限性。

三、計算舉例

某水庫的控制面積為5800km2，年徑流量為440億m3，平均流量為140方每秒，庫容為5.72億m3，防洪庫容為8614 萬m3，興利庫容為35289萬m3，電站裝機150MW，圍堰上游坡高為18.25m，坡度為1∶1.6，下游坡高為18.32m，坡度為1∶5.0。計算施工工況下該水庫的邊坡穩定性。根據題意建立的模型如圖1所示。通過兩種方法分析計算可知，極限平衡法計算的最小安全系數為1.436，有限元方法計算的最小安全系數為1.35，兩種情況下最危險滑動面的示意圖如圖2、圖3所示。結果分析：根據比較極限平衡法和有限元方法計算的結果比較可知，兩種計算結果相差不大，因此可以推斷出兩種方法的可信度，同時可以看出在施工工況下該水庫邊坡穩定性差。

結語

邊坡穩定性分析在許多建設領域當中都已經成為了十分重要的課題，雖然邊坡穩定性分析的方法時至今日已多種多樣，但考慮到自然環境和各個分析方法所具有的局限性，因此在面對邊坡穩定性分析時應該結合多種方法對其進行分析，這樣才能保證結論的正確性。

參考文獻

[1]夏元友，李梅.邊坡穩定性評價方法研究及發展趨勢[J].巖石力學與工程學報，2002（07）.

中圖分類號：TU413

文獻標識碼：A