路基邊坡穩定性評價方法簡述

(重慶交通大學 土木工程學院 重慶 400074)

前言

隨著中國經濟發展及基建力度加大，公路建設向山區擴展，高填路基段落、深挖路塹段落增加，邊坡數量相應增加，土體原有平衡遭到破壞，使邊坡變形甚至坍塌，造成經濟損失和社會影響。進行路基邊坡穩定性評價方法的研究具有現實意義。

一、傳統分析法

(一)定性分析

對地質勘察資料進行分析，了解影響因素、成因以及規律，參考同類型項目地質條件，外加專家經驗，來達到評價目的，預測邊坡變形破壞的趨勢。該法基本將影響邊坡穩定的因素考慮在內，判斷邊坡穩定性以及發展趨勢速度相對較快；但缺點也很突出，即區域性和經驗性，準確性依賴主觀經驗。現少采用該法。

(二)極限平衡法

該法條分滑動土體，對處于極限狀態的土體，以土體受力平衡來分析邊坡穩定性。目前用的比較多的有條分法、沙爾瑪法、改良畢肖普、priceVE、力平衡方法[1]等。此法有一個缺點，即首先要確定滑動面，并且土體和支擋結構的相互作用關系及變形沒有考慮在內，因此邊坡和支擋結構的位移不能計算出來[2]。

(三)塑性極限法

該法以塑性力學為基礎，巖土體被視為具有流動的理想塑性體，其具有受力達到一定的值之后，外力不再變化，巖土體開始塑性流動的特性，邊坡巖土體在這時達到極限狀態。收到的力即為極限荷載。但該方法的材料本構關系是非線性的，只能解決簡單問題。

(四)圖解法

圖解法，顧名思義，是用各種圖來分析邊坡的穩定性。簡單、直接、應用速度快是該法的好處，但不足之處也很明顯，即太偏重于經驗，概念性較強。在邊坡穩定分析中，使用該方法對其驗算。圖解法主要有諾模圖以及赤平投影圖兩種方法，在地質勘察領域使用較頻繁。

二、數值分析

(一)有限元法

在邊坡穩定性分析中，有限元法占有較大的比重，該法以靜力平衡為基礎，符合應變相容，將巖土體的非均質以及沒有連續性的特性考慮在內，把結構體的自由度由無限變為有限，建立起等價的體系；能仿真巖土體和支擋結構的相互作用。其特點是不管是線性還是非線性，都可以對其進行分析。可是，在工程應用中，存在瑕疵，受物理參數選取的合理程度影響較大，參數直接關系有限元模擬的結果合理與否。

(二)離散單元法

1970年，P A Cundall提出了離散單元法，很快就在巖土穩定分析領域應用。其原理是把需要研究的邊坡巖土體分為眾多多邊體單元，相鄰單元以接觸形成位移和力的作用關系，通過迭代的方法，使每一個單元體達到受力平衡，單元體之間沒有變形。該法理論簡單，但在分析切割結構面的特殊變形和破壞方面，效果顯著。

(三)其他分析法

目前，有關邊坡穩定性分析的研究，在汲取了現代科學理論的基礎上，創立和發展了一批非確定性分析方法。如快速拉格朗日分析法FLAC[3]、流形元法[4]、邊坡穩定可靠性分析方法、隨機過程方法、模糊數學法、灰色系統預測失穩分析方法、遺傳算法、人工智能[5]、人工神經網絡方法[6]以及反分析方法，使邊坡穩定性分析方法不斷的發展。

任何一種方法都不是萬能，把兩種或多種方法耦合起來，取各法長處，將是路基邊坡穩定性評價的發展趨勢。

四、結語

傳統法簡便易行，評價結果一般來說滿足工程實際問題，在工程中應用較多。極限平衡法以巖土力學為基礎，理論相對來說完善，推導過程也比較嚴謹，在確定巖土體參數以及分析邊坡穩定性所用新理論、方法不斷完善。特別是各種方法的復合運用更是未來發展方向。計算機的發展，各數值分析軟件也隨之發展，FLAC、ANSYS、SOLP/W等為我們對邊坡的穩定性評價提供了較直觀的破壞整個過程。不管采用何種方法，首要區分區域性地質資料為基礎，將影響邊坡穩定的各因素考慮進去，才能獲得切合實際的效果。

【參考文獻】

[1]張天寶.土坡穩定性分析和土工建筑物的邊坡設計[M].成都：成都科技大學出版社，1987.

[2]靳付成.邊坡穩定性方法的研究現狀與展望[J].西部探礦工程，2007，(4)5-6.

[3]黃潤秋.，許強.顯式拉格朗日差分分析在巖石邊坡工程中的應用[J].巖石力學與工程學報，1995，14(4)：346-354.

[4]裴覺民.數值流形方法與非連續變形分析[J].巖石力學與工程學報，1997，16(3)：279-292.

[5]徐衛亞，蔣晗等.三峽永久船閘高邊坡變形預測人工神經網絡分析[J].巖土力學，1999，20(2)：27-31.

[6]B.Y.Liu,M.A.Nearing,P.J.ShiandZ.W.Jia.Slop length effects on soil loss for steep slops.Soil Sciences Society of Amerrica Journal,2000,64(9):1759-1763.