巖土工程勘察邊坡穩(wěn)定性的分析方法研究

■萬克方

（贛北地質(zhì)工程勘察院江西九江332100）

巖土工程勘察邊坡穩(wěn)定性的分析方法研究

■萬克方

（贛北地質(zhì)工程勘察院江西九江332100）

在現(xiàn)代水利、建筑、道橋、工礦等工程項(xiàng)目的建設(shè)中，對(duì)于巖土邊坡穩(wěn)定性的分析都是十分重要的，也是保證建筑主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要條件。目前，國內(nèi)外工程建設(shè)單位采用的巖土邊坡穩(wěn)定性分析方法較多，但是在分析方法的選用過程中，必須對(duì)其基本原理和適用范圍進(jìn)行綜合考慮，進(jìn)而才能選擇科學(xué)、合理、有效的分析方法。

巖土工程勘察 邊坡穩(wěn)定性 分析方法

我國是山地災(zāi)害頻繁發(fā)生的國家，一定程度上給國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來較大影響。邊坡災(zāi)難已經(jīng)成為地震中的第二大地質(zhì)災(zāi)害，邊坡穩(wěn)定性的研究向來都是國內(nèi)外學(xué)術(shù)界所關(guān)注的課題，由于其將直接關(guān)系到邊坡工程的經(jīng)濟(jì)性和安全性。邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)包含兩個(gè)方面：一方面對(duì)邊坡穩(wěn)定性做出精確評(píng)價(jià)；另一個(gè)方面則需要對(duì)人工邊坡進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，并提出整治邊坡的有效措施，提供相應(yīng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。

1 巖土邊坡穩(wěn)定性的影響因素

影響巖土邊坡穩(wěn)定性的因素有很多，從工程學(xué)、專業(yè)地質(zhì)學(xué)以及勘測學(xué)的角度分析，可將其分為：內(nèi)部、外部兩方面因素，只有綜合考慮這兩方面因素，才能選出科學(xué)、有效、合理的邊坡穩(wěn)定性分析方法。

1.1 巖土工程的內(nèi)部因素

內(nèi)部因素包括巖土邊坡土體的性質(zhì)、類型、邊坡的地質(zhì)構(gòu)造以及邊坡的總體形態(tài)等。根據(jù)國內(nèi)外巖土工程的施工經(jīng)驗(yàn)得出，土體的性質(zhì)和類型直接影響著邊坡的穩(wěn)定性，其土體的性質(zhì)和類型不同，能夠承載的內(nèi)部作用力也不同，從而使得邊坡的破壞形式也就有所差異；地質(zhì)構(gòu)造對(duì)巖土邊坡的影響主要表現(xiàn)在構(gòu)造面的形狀、連通性、發(fā)育程度、規(guī)模、內(nèi)部填充物成分及程度等，地質(zhì)構(gòu)造不同，受其傾斜度的影響邊坡穩(wěn)定性也不同；邊坡的整體形態(tài)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性有直接影響，在工程建設(shè)過程中，由于坡頂受到的應(yīng)力或張力過大，比較容易出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，對(duì)工程的總體形態(tài)很不利，易造成嚴(yán)重的質(zhì)量安全問題。

1.2 巖土工程的外部因素

影響邊坡穩(wěn)定性的外部因素包括氣候條件和震動(dòng)作用等。氣候條件主要有濕度變化、氣濕、降水等，降水對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響最為明顯，巖土邊坡受到氣候的影響會(huì)出現(xiàn)力學(xué)或物理反應(yīng)，導(dǎo)致邊坡土體的內(nèi)部剪應(yīng)力發(fā)生改變，對(duì)邊坡的整體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響；地震是各種地質(zhì)災(zāi)害中對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響最為嚴(yán)重的，由于受到強(qiáng)大的外力作用，導(dǎo)致邊坡土體急劇下滑，從而使得邊坡土體的結(jié)構(gòu)遭到破壞或發(fā)生變化，造成邊坡表明的裂痕增加或擴(kuò)大，不利于構(gòu)造物主體結(jié)構(gòu)的安全性。

2 巖土邊坡穩(wěn)定性的常用分析方法

在巖土工程項(xiàng)目的建設(shè)中，對(duì)于邊坡穩(wěn)定性分析方法的研究不但是行業(yè)內(nèi)面臨的重點(diǎn)技術(shù)課題，而且是保證構(gòu)造物整體安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的重要基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外工程建設(shè)行業(yè)已經(jīng)總結(jié)出了多種巖土邊坡穩(wěn)定性的分析方法，但是尚未形成系統(tǒng)的研究體系，本文僅對(duì)其中幾種常見的分析方法進(jìn)行簡要的概述。

2.1 界面元分析法

在巖土邊坡的穩(wěn)定性分析中，界面元分析法的應(yīng)用范圍較廣，而且是國內(nèi)外重要研究的分析方法之一。界面元分析法基本原理是：將巖土邊坡的累積單元變形形成一個(gè)完整的界面，并且根據(jù)采集的各種地質(zhì)信息和數(shù)據(jù)構(gòu)建界面應(yīng)力元模型，其主要適用于非均勻、不連續(xù)、各向異性問題的分析。在界面元分析法的長期研究和應(yīng)用中，已經(jīng)基本形成了一套系統(tǒng)的理論，對(duì)于復(fù)雜邊坡巖土體穩(wěn)定性的分析具有積極的意義。同時(shí)，在國內(nèi)外地質(zhì)及工程學(xué)專家的不斷探索中，將界面元分析法與工程力學(xué)機(jī)理有機(jī)結(jié)合，逐步建立了一套可以用于評(píng)判巖體穩(wěn)定薄弱部位、危險(xiǎn)滑面、潛在滑面及最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的準(zhǔn)則。

2.2 有限元分析法

有限元分析法是最早應(yīng)用于巖土邊坡穩(wěn)定性分析的方法之一，也是最具代表性的數(shù)值分析方法。應(yīng)用有限元分析方法，可以有效解決巖土邊坡彈塑性、彈性、粘塑性、粘彈塑性等方面的數(shù)值計(jì)算問題。有效元分析法在巖土邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：計(jì)算公式科學(xué)、結(jié)果精確、連續(xù)性強(qiáng)等。與極限平衡分析法相比，有限元分析法可以通過對(duì)巖土邊坡應(yīng)力及應(yīng)變規(guī)律的分析，全面掌握巖土邊坡的變形與破壞機(jī)制。

2.3 地質(zhì)分析法

巖土邊坡的穩(wěn)定性是受內(nèi)部和外部因素的共同影響，地質(zhì)分析法則是從內(nèi)部因素出發(fā)，通過對(duì)于巖土邊坡發(fā)育的地質(zhì)環(huán)境，以及各種變形、破壞跡象的基本規(guī)律進(jìn)行分析，了解影響巖土邊坡穩(wěn)定性的內(nèi)外部因素，并且從地質(zhì)學(xué)的角度對(duì)其總體發(fā)展趨勢和有可能出現(xiàn)的破壞形式進(jìn)行預(yù)判。

2.4 隨機(jī)分析法

隨機(jī)分析法始創(chuàng)于上世紀(jì)70年代，美國和加拿大的地質(zhì)研究機(jī)構(gòu)將概率統(tǒng)計(jì)理論首次應(yīng)用于巖土邊坡穩(wěn)定性的分析中。隨機(jī)分析法的基本原理為：由于巖土邊坡穩(wěn)定性的影響因素是表現(xiàn)在諸多方面的，所以可以認(rèn)為其具有一定的隨機(jī)性，而且多表現(xiàn)為具有一定概率的隨機(jī)變量（一般包括：巖土邊坡的幾何尺寸，如邊坡邊界尺寸、內(nèi)部結(jié)構(gòu)面等；邊坡巖體材料總體性能，如泊松比、彈性模量等；邊坡外部荷載，如重力場、地震力、滲流場等），因此，在巖土邊坡穩(wěn)定性的分析中，工程技術(shù)人員可以將實(shí)際考察獲取的各種有可能影響其穩(wěn)定性的因素分解為多個(gè)樣本，利用概率統(tǒng)計(jì)原理進(jìn)行分析，在求出其概率分布和特征參數(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用較為先進(jìn)的可靠性分析方法進(jìn)行求解，最終得出巖土邊坡的破壞概率。從理論上講，隨機(jī)分析法是較為合理的，但是由于受到各類外界因素的影響，隨機(jī)因素的表現(xiàn)形式多樣，所以如果不能對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的研究，難以確定各種影響因素的準(zhǔn)確概率。

3 結(jié)束語

在巖土邊坡的穩(wěn)定性分析中，由于受到工程項(xiàng)目建設(shè)復(fù)雜性，以及各種內(nèi)外部因素的影響，對(duì)于其穩(wěn)定性的分析一般要采取多種方法相結(jié)合的方式，這樣才能保證分析流程和結(jié)果的科學(xué)性與可靠性。同時(shí)，隨著現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在巖土邊坡的穩(wěn)定性分析中也要嘗試應(yīng)用電子信息及網(wǎng)路技術(shù)，并且在現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，逐步形成一套智能化、規(guī)范化的評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

[1]陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析通用條分法及其改進(jìn) [J].巖土工程學(xué)報(bào)，2011，5（4）：11-27.

[2]夏元友，朱瑞賡.巖土邊坡穩(wěn)定性分析專家系統(tǒng)研制 [J].中國地質(zhì)災(zāi)害學(xué)，2012，(11)：44-45.

[3]夏元友，李梅，趙廣良.巖土邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法研究及發(fā)展趨勢 [J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010， (07)：16-17.

U213.1+3[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-204-1