巖土體邊坡穩定分析計算方法的研究進展

關志偉

【摘要】巖土的土體邊坡穩定性研究，始終是開展巖石工程中所關注的重要課題。通過綜述巖質邊坡的穩定性，針對當前穩定分析計算方法以及吸納應的研究進展進行綜述，介紹所主要采用的穩定分析計算方法，包括極限平衡法以及有限元法兩種，同時聯合兩者能夠分析巖土體邊坡的工程穩定性。發現通過將多種計算方法共同相互校驗，能夠更好的確保巖質邊坡的穩定性計算準確度，同時這也是今后的主要研究方向。

【關鍵詞】巖土體；邊坡穩定；計算方法

引言：

巖質邊坡的穩定性分析，占據了巖土工程工作開展中的而重要組成。在我國現如今社會發展進程的不斷加快，國民經濟水平的不斷提高，水利工程、城市建筑、公路鐵路等多方面的基礎設施假設都方興未艾。在建設多種工程的過程中，也同時出現了諸多巖石類邊坡工程，比如三峽高邊坡。而實際的工程建設中，巖土體的邊坡穩定性直接影響建筑質量。通過為了能夠實現沿途邊坡的穩定性準確分析，借助多項開挖及支護舉措，從而行之有效的促進巖土體邊坡的穩定性計算方法進一步發展。

1、定性分析法

在對巖土體邊坡的穩定性加以計算分析的過程中，定性分析法主要是借助工程地質類勘察，對邊坡穩定性造成較大影響的主要因素，基于失穩力學機制以及變性破壞等多種方式展開分析，通過對已經變形的地質體成因及其具體的演變進化史加以分析，從而更好的對邊坡穩定性及其進一步的發展趨勢予以評價，并且給予針對性的定性解釋說明。在應用定性分析法的過程中，能夠對影響巖質邊坡穩定性的多種因素進行綜合考慮。

1.1自然成因歷史分析法

此種方法主要根據巖土體邊坡所在的地形地貌，地域歷史發展中的諸多破壞現象，具體的發展穩定性及規律等因素展開分析，總結對邊坡穩定性所造成主要影響的有關狀況，區域性發展特征及區域性發展優勢做出綜合性評測。

1.2工程類比法

此種方法在應用實質上，就是通過借助現有的自然邊坡及人工邊坡穩定性具體情況，通過將此種經驗逐步應用至所需要展開研究的邊坡穩定性設計分析中。它能夠針對現存邊坡及相應的研究對象，展開更加廣泛的調查分析，從而更加全面的針對工程地質類因素展開研究。發現對巖土體邊坡穩定性造成影響的主導性因素及具體的發展相似差異性。通過多方面分析從而更好的對研究對象的具體穩定狀況加以分析判斷。

1.3圖解法

在應用圖解法的過程中，通常主要包括了兩種方法，諾模方法及赤平投影圖法。諾模方法在應用中主要是借助諾模圖或者關系曲線，對巖土體邊坡穩定性參數關系，從而求解得出相應的安全系數，而實際情況上則是數理化分析方法的簡化。投影圖法則是在計算過程中，基于赤平極射的投影原理，利用作圖能夠將邊坡的變形破壞條件更加直觀的表達，提供有關力學信息。

2、定量分析法

2.1剛極體現平衡分析法

極限平衡分析法在應用過程中實際就是通過依據邊坡上的有關滑體分塊類力學平衡原理，對邊坡中所存在諸多破壞的受力狀態加以分析。此種方法也是作為一種主要方法，被廣泛的應用于巖土體邊坡穩定性的工程研究中。對于不同形狀的巖土體可以采用不同的方法，比如可以利用Fellenius以及Bishop法對圓弧形破壞滑坡計算；借助平面破壞計算法計算平面破壞滑坡；借助Morgenstern-Price法以及Spencer等方法完成復合型邊坡滑動面。

2.2數值分析法

數值分析法在現如今的巖土體邊坡穩定性計算過程中應用極為廣泛，包括了多種方法：

2.2.1 FEM（有限元法）

FEM方法在巖土體邊坡的穩定性分析中較早應用，且此種方法是現階段應用及其廣泛的方法，當前已經根據此方法開發了二維及三維的有限元分析模型，從而更好的對彈塑性、彈性以及粘塑性等問題進行解決。有限元方法可以在應用中，考慮巖土體邊坡的不連續性及非均性，從而給出相應的應力分布點及應變大小，可以基于根源讓我們近似性，對巖土體邊坡變性破壞機制加以分析。

2.2.2 BEM（邊界元法）

此種方法最初源自于上世紀70年代，Cronch.L學者首次將其應用于對層狀巖體的穩定計算中，該方法不同于FEM，在應用中只是離散了研究區邊界，由此只需輸入較少的數據量。此種方法在巖土體邊坡的穩定性計算分析中，對無限域及半無限域的處理應用效果比較理想。那么在對材料的非線性、不均勻性以及模擬分布開挖的過程中，整體應用效果還不同于有限元法。由此邊界元方法現階段在邊坡的巖體穩定性分析中應用，遠不及應用于地下洞室。

2.2.3 FLAC（快速Largangian法）

為了能夠對有限元數值分析法應用中，無法對巖土出現大變形情況加以計算分析的不足，從而提出了FLAC計算分析法，此種方法可以在FEM法的基礎之上，更加全面的將巖土體本身的大變形特征及不連續性特征全面考慮，從而獲得更快的求解速度。但是該方法在應用中也同樣存在不足之處，與FEM法應用一樣，無法較為精確的計算巖土體邊緣及單元網格劃分。

2.2.4 DEM（離散元法）

此種方法最初是Cundall P.A于上世紀70年代首次提出，該方法屬于動態性數值分析法，可以將其運用至對邊坡巖體的非均質、大變形以及不連續性等諸多特點加以模擬分析。由此成為現階段較為流行的巖土體穩定性分析法。通過在應用該方法中，對巖土體邊坡塊體的彈性變形，劃分成為若干塊剛性塊體，從而結合不同本構之間的關系，對塊體的受力狀態及具體時間變化加以分析。

2.2.5 IDEM（無界元法）

為了對有限元法在計算過程中，具體的計算范圍及其邊界條件不確定這一缺點加以克服，通過于上司機80年代初提出無IDEM法，在應用中基于特殊的形函數以及位移插值函數，能夠將邊界條件加以反映，由此被較為廣泛的應用至非線性問題、不連續問題及動力問題中，解決了有限元方法的邊界效應，提升了整體求解精度及計算效率。

3、結語

隨著數值分析法的不斷創新和研發，不同數值之間方法的耦合化，已經成為下一階段巖土體邊坡穩定性計算法的應用趨勢。比如FEM、DEM等多種方法之間的耦合，可以對愈來愈復雜的巖土體邊坡問題穩定性加以計算，并且多種計算方法之間能夠有效解決單個計算方法之間的弊端，從而確保計算的更加合理、精準、高效、經濟。

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