邊坡穩(wěn)定性評價方法研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

李元松，王 玉，朱冬林，閆海濤，戴 哲

1.武漢工程大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢430074；2.中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司，湖北 武漢430052

長期以來，穩(wěn)定性評價一直是邊坡工程的重要工作內(nèi)容。邊坡失穩(wěn)破壞是一種復(fù)雜的地質(zhì)演變過程，賦存地質(zhì)環(huán)境的差異性、邊坡內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和邊坡圍巖性質(zhì)的離散性，造成邊坡破壞模式千差萬別，相應(yīng)適宜的邊坡穩(wěn)定性評價方法迥異［1-3］。各種方法均含有其內(nèi)在的基礎(chǔ)假定、適用范圍與邊界條件，常常導(dǎo)致因方法選擇不當(dāng)或錯誤，造成工程事故頻發(fā)。近年來，隨著計算機技術(shù)和測試技術(shù)的進(jìn)步，系統(tǒng)論、信息論和控制理論的發(fā)展以及人工智能的開發(fā)，逐步補充與完善現(xiàn)代巖土力學(xué)理論，促進(jìn)了邊坡穩(wěn)定性評價方法的發(fā)展。評價方法的選擇與評價結(jié)論密切相關(guān)，對邊坡工程的設(shè)計與施工至關(guān)重要。

本文在分析總結(jié)近年來邊坡穩(wěn)定性評價方法最新研究成果的基礎(chǔ)上，從涉及到的基礎(chǔ)學(xué)科，對邊坡穩(wěn)定性評價方法進(jìn)行分類，旨在為合理選擇邊坡穩(wěn)定性評價方法提供借鑒，為進(jìn)一步的研究厘清方向。

1 邊坡穩(wěn)定性評價方法分類

邊坡穩(wěn)定性評價方法分類的目的是厘清學(xué)科門類，闡明基礎(chǔ)假設(shè)條件，探討變形破壞模式，篩選影響因素，分析適用范圍與條件，對邊坡工程的設(shè)計與施工恰當(dāng)?shù)剡x用評價方法具有現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。傳統(tǒng)的邊坡穩(wěn)定性評價方法分為兩大類：定性評價法與定量評價法。黃昌乾等［4］根據(jù)量化程度將邊坡穩(wěn)定性評價分為定性分析法、定量分析法、非確定性分析法、物理模型法和現(xiàn)場監(jiān)測分析法等5類；程東幸等［2］將邊坡的穩(wěn)定性評價方法分為安全系數(shù)法、閾值法、相關(guān)性分析法和模擬試驗法等4類。作者認(rèn)為從基本原理的學(xué)科門類、假設(shè)條件和分析技術(shù)的角度分類更能反映邊坡穩(wěn)定性研究方法的發(fā)展歷程和涉及到的學(xué)科門類，更有利于方法的選擇，可將邊坡穩(wěn)定性評價方法分為工程地質(zhì)定性分析法、工程力學(xué)理論分析法、應(yīng)用數(shù)學(xué)理論分析法、試驗?zāi)M法和現(xiàn)場監(jiān)測分析法等5類。

1.1 工程地質(zhì)定性分析法

工程地質(zhì)定性分析法是邊坡穩(wěn)定性評價中起源最早，主要用于工程早期確定方案時的一種定性評價方法。包括：自然地質(zhì)歷史法、工程地質(zhì)類比法、圖解法、范例推理法、專家系統(tǒng)法和巖體質(zhì)量分級法等。

1.2 工程力學(xué)理論分析法

工程力學(xué)理論分析法包括極限平衡法、塑性極限理論、數(shù)值分析法和反演分析法。

1.3 應(yīng)用數(shù)學(xué)理論分析法

應(yīng)用數(shù)學(xué)理論分析法包括相關(guān)性分析、可靠性分析、模糊、粗糙、可拓與集對分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和其它非線性理論。

1.4 試驗?zāi)M法

試驗?zāi)M法包括地質(zhì)模型試驗法、光彈性材料模型試驗法、傾斜臺面模型試驗法和離心機模型試驗法。

1.5 原位監(jiān)測分析法

原位監(jiān)測分析法包括邊坡表面變形測量、攝影、紅外遙感和激光掃描、合成孔徑雷達(dá)干涉測量、TDR測量技術(shù)、微震與聲發(fā)射技術(shù)與鉆孔測斜儀、多點位移計、錨桿（索）測力計和地下水壓監(jiān)測儀、土壓力計等。

2 邊坡穩(wěn)定性評價方法研究現(xiàn)狀

2.1 工程地質(zhì)定性分析法

工程地質(zhì)定性分析法以工程地質(zhì)勘察資料為基礎(chǔ)，分析邊坡圍巖體的地質(zhì)成因，篩選出主要影響因素，建立邊坡工程地質(zhì)模型，推測其變形破壞模式，定性評判穩(wěn)定性狀態(tài)及其演變趨勢。工程地質(zhì)定性分析法的理論基礎(chǔ)是地質(zhì)成因，工程地質(zhì)類比、巖體結(jié)構(gòu)控制和人工智能算法。對于地質(zhì)條件相對簡單的巖土質(zhì)邊坡，該法可直接得出可供工程設(shè)計和施工的結(jié)論；對于地質(zhì)條件相對復(fù)雜的情形，該法在確定滑坡模式和變形機制方面具有明顯優(yōu)勢，可為進(jìn)一步定量計算邊坡穩(wěn)定性奠定基礎(chǔ)。常用的工程地質(zhì)定性分析法及其特點見表1。

表1 邊坡穩(wěn)定性定性分析法及其特點Tab.1 Qualitative analysis methods of slope stability and their characteristics

邊坡工程數(shù)據(jù)庫是工程地質(zhì)定性分析法的一種高級形式，它按照一定的格式，將邊坡案例的地質(zhì)環(huán)境特征、主要影響因素、破壞模式和加固處治方案等信息有機組織在一起，用于統(tǒng)計、查詢、信息交流，借助于多層次的數(shù)值運算與邏輯推理，實現(xiàn)對研究邊坡的穩(wěn)定性評價。目前，發(fā)展相對成熟的方法主要有專家系統(tǒng)與范例推理法。

邊坡專家系統(tǒng)是一套智能化程序，以邊坡工程知識庫為基礎(chǔ)，利用智能化的推理模擬人腦的思維過程，消化吸收專家?guī)熘械闹R，通過對比判斷尋求解決問題的技術(shù)方案，同時，專家系統(tǒng)可建立計算模型，結(jié)合不同專家的經(jīng)驗進(jìn)行推理和決策，對所研究的邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性評價。目前，如何有效獲取專家知識、推理規(guī)則的不完備性與結(jié)果的多解性問題未能很好地解決。

范例推理也是一種機器學(xué)習(xí)方法，其基本推理過程為［5］：①根據(jù)問題特征從范例庫中選擇一組與待評邊坡相似的實例，檢索其解決方案，提供給用戶；②根據(jù)問題的特點進(jìn)行修改以形成新問題的解決方案；③經(jīng)驗證后的方案作為新范例存入實例庫，以備后用。范例推理與專家系統(tǒng)的共同特點都是采用過往經(jīng)驗和方法，經(jīng)過對比和聯(lián)想獲得當(dāng)前問題的求解方案，其主要區(qū)別在于：專家系統(tǒng)是利用專家的知識與判斷規(guī)則，而范例推理則以范例為基礎(chǔ)。范例具有整體綜合性，規(guī)則具有嚴(yán)密的邏輯性，范例比規(guī)則更易理解與操作，從而簡化了邊坡穩(wěn)定性評價過程。但隨著邊坡范例不斷增多，將會引起多解與岐義，甚至不相容，這些問題還有待進(jìn)一步研究解決。

2.2 工程力學(xué)理論分析法

2.2.1 極限平衡分析法 極限平衡法假設(shè)邊坡處于極限平衡狀態(tài)時存在滑移面，并沿滑移面將邊坡劃分成若干條塊，建立條塊之間的極限平衡方程，求解方程可得穩(wěn)定性系數(shù)。極限平衡法是由彼德森提出，后來Fellenius，Taylor，Bishop，Janbu，Morgenstern-Price，Spencer和Sarma等很多學(xué)者致力于對條分法的改進(jìn)。其中，中國巖土工程相關(guān)規(guī)范推薦的剩余推力法，適用于任意形狀的滑裂面，而假定條間力的合力與上一條土條底面相平行，根據(jù)力的平衡條件，逐條向下推求，直到最后一條的推力為0。目前研究的重點在于對各種經(jīng)典方法的收斂性問題進(jìn)行分析，并以此為基礎(chǔ)研究通用條分法。陳祖煜［6］、朱大勇［7］、鄭宏［8］等做出了突出貢獻(xiàn)。極限平衡法力學(xué)模型簡單明了，可給出定量結(jié)果，但需人為假定潛在滑移面，無法考慮邊坡體中的應(yīng)力、變形狀態(tài)，對于均質(zhì)土坡計算結(jié)果較好。極限平衡法需人為假定條塊之間的作用力方向和位置，對于由復(fù)雜介質(zhì)和邊界組成的巖土質(zhì)邊坡，其計算結(jié)果誤差較大。

2.2.2 極限分析法 與條分法不同，塑性極限分析具有嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)，它將坡體視為服從塑性流動規(guī)則的理想材料，假定外力所做的功等于潛滑面上阻力所消耗的功，利用塑性極限分析原理，求得邊坡極限承載力與穩(wěn)定性系數(shù)。塑性極限分析由Drucker和Prager提出，潘家錚［9］、Donald［10］和陳祖煜［11］等分別做了改進(jìn)。早期的極限分析方法只能求解理想條件下邊坡穩(wěn)定問題，且只能給出邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的范圍值。趙尚毅等［12］深入研究了強度折減法的計算精度、影響因素與邊坡失穩(wěn)判據(jù)，提出了基于強度折減的極限分析有限元法，該法能夠保證得到真實穩(wěn)定系數(shù)的下限值，因而得到業(yè)界的廣泛應(yīng)用。

2.2.3 數(shù)值分析方法 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，各類數(shù)值方法不斷涌現(xiàn)：有限差分、有限單元、邊界單元、離散單元、不連續(xù)變形、無單元、快速拉格朗日、流形元等方法在邊坡穩(wěn)定性分析中得到廣泛應(yīng)用。

在為數(shù)眾多的數(shù)值計算方法中，有限元法最早應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性分析，是一種較為成熟、應(yīng)用最為廣泛的數(shù)值方法。因其能考慮坡體的應(yīng)力變形，理論嚴(yán)密，能模擬巖（土）-支護(hù)結(jié)構(gòu)的共同作用，對復(fù)雜邊界條件與多場耦合計算具有獨特優(yōu)勢。有限元法用于邊坡穩(wěn)定性分析主要有兩種情形：一是先假設(shè)滑移面，基于滑面應(yīng)力分析，將極限平衡與有限元計算相結(jié)合求得特定滑移面對應(yīng)的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)。該方法以有限元應(yīng)力分析為基礎(chǔ)，計算過程簡單，便于應(yīng)用，缺點是不易搜索最容易出現(xiàn)的潛在滑移區(qū)域和破壞演變過程；二是基于強度折減的有限元法，其基本原理是將強度折減概念、極限平衡與有限元原理相結(jié)合。許多學(xué)者在這方面做了大量的工作［13-15］。

離散單元法和FLAC3D在解決離散、非連續(xù)和大變形問題方面有其獨到之處，其不足之處是缺乏嚴(yán)密的理論基礎(chǔ)。DDA、流形元、PFC、RFPA等數(shù)值方法也廣泛應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性分析，促進(jìn)了人們對邊坡破壞失穩(wěn)機制的認(rèn)識。

2.2.4 邊坡巖土體力學(xué)參數(shù)反演 邊坡失穩(wěn)機制復(fù)雜，巖土力學(xué)分析所需的參數(shù)很難準(zhǔn)確給出?；诒O(jiān)測數(shù)據(jù)的反演分析為尋找計算分析所需的模型與參數(shù)提供了一種有效途徑。目前，通過有限元法和優(yōu)化方法結(jié)合，可有效確定邊坡圍巖體彈性變形參數(shù)（E、μ），而搜索邊坡圍巖體強度參數(shù)（c、φ）反演的目標(biāo)函數(shù)難以確定［16］。工程中通常在巖體節(jié)理統(tǒng)計和質(zhì)量分級的基礎(chǔ)上，進(jìn)行經(jīng)驗類比。比如各種質(zhì)量分級系統(tǒng)，Hoek-Brown準(zhǔn)則［17］、破壞概率分析［18］和隨機模糊分析［19］等方法，其共同點都是對室內(nèi)試驗強度指標(biāo)的適當(dāng)折減和加權(quán)平均。由于工程巖體復(fù)雜性和現(xiàn)場監(jiān)測的局限性，上述分析方法只能給出巖土體強度參數(shù)的取值范圍。

近年來多位學(xué)者對反饋分析法進(jìn)行了研究和改進(jìn)。馮夏庭等［20］結(jié)合人工智能、系統(tǒng)科學(xué)、巖石力學(xué)與工程地質(zhì)學(xué)等多學(xué)科交叉，提出了巖石工程安全性的智能分析評估和巖石力學(xué)參數(shù)反分析方法。朱維申等［21］結(jié)合工程現(xiàn)場的開挖進(jìn)程開展反饋應(yīng)用分析等。

2.3 應(yīng)用數(shù)學(xué)理論分析法

2.3.1 相關(guān)性分析法 相關(guān)性評價方法以既有邊坡狀態(tài)為參考，在工程地質(zhì)環(huán)境、主要影響因素相似的條件下，計算已知邊坡與待評邊坡的關(guān)聯(lián)度，待評邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)取與既有邊坡關(guān)聯(lián)度最大的狀態(tài)。該方法的特點是能夠求出影響因素之間的關(guān)聯(lián)度，進(jìn)而分離出各因素對邊坡的影響程度。其典型代表是灰色關(guān)聯(lián)度法，該方法利用灰色關(guān)聯(lián)分析，在數(shù)據(jù)有限、信息缺失的實測數(shù)據(jù)序列中，通過數(shù)據(jù)處理，找出各因素間的關(guān)聯(lián)性，通過關(guān)聯(lián)度排序，篩選出主要影響因素。因此該法特別適用于數(shù)據(jù)有限、無原型、復(fù)雜且具有多重不確定性的邊坡工程問題的分析與評價。陳新民［22］、劉春［23］等先后應(yīng)用基于經(jīng)驗的邊坡穩(wěn)定性灰色系統(tǒng)分析方法，所得結(jié)果與邊坡實際狀態(tài)相一致。

2.3.2 可靠性分析方法 可靠度理論將邊坡工程地質(zhì)環(huán)境條件、巖土體力學(xué)性質(zhì)等計算參數(shù)等視為隨機變量，采用恰當(dāng)?shù)姆植己瘮?shù)描述，用可靠度指標(biāo)和失效概率來評價邊坡安全度。應(yīng)用方法主要有一次二階矩法、統(tǒng)計矩法、蒙特卡洛法和隨機有限元法?？煽啃苑治鰬?yīng)用于邊坡穩(wěn)定性分析有許多成功案例［24-25］。但使用可靠性分析方法需要大量的樣本以獲取隨機變量的分布類型與統(tǒng)計參數(shù)，而實際樣本數(shù)量有限；另外，大量的工程實踐證明，即使對于簡單的邊坡穩(wěn)定性功能函數(shù)，計算邊坡失效概率也比較繁瑣，而且實際邊坡穩(wěn)定性分析模型可能是非線性的或是非常復(fù)雜的。因此，可靠性理論雖然嚴(yán)密，但其推廣應(yīng)用仍有待時日。

2.3.3 模糊、粗糙、可拓與集對分析 模糊數(shù)學(xué)、粗糙集、可拓學(xué)與集對分析與灰色系統(tǒng)理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論均為現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)的研究成果，分別在不同的學(xué)科領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并取得令人矚目的成果。

模糊數(shù)學(xué)的典型應(yīng)用就是模糊綜合評價，其目標(biāo)是對邊坡穩(wěn)定性分級，利用層次分析法［26］等方法確定影響因素的權(quán)重，通過構(gòu)造隸屬函數(shù)，建立模糊評價矩陣并按隸屬度最大原則判斷邊坡穩(wěn)定性。實踐證明［26-27］，模糊綜合評判為多層次、多因素影響的邊坡穩(wěn)定性快速評價提供了行之有效的方法，但因分析中權(quán)重的取值帶有經(jīng)驗性和主觀性等問題，該方法主要應(yīng)用于工程建設(shè)初期對邊坡的整體穩(wěn)定性做出定性評價。

粗糙集是一種處理不確定和不完整知識的數(shù)學(xué)工具，其核心思想是利用知識庫，將不精確或不確定的信息用集合近似描述。粗糙集與模糊集的主要區(qū)別在于，模糊集在確定隸屬函數(shù)時，具有一定的主觀先驗性，而粗糙集的邊界近似是通過數(shù)據(jù)計算所得，具有客觀性。因此兩者在處理不確定性信息方面具有很強的互補性。于懷昌等［28］將粗糙集理論用于邊坡穩(wěn)定性影響因素敏感性分析，喬建剛等［29］將粗糙集理論用于邊坡穩(wěn)定性評價中因素權(quán)重確定，都取得滿意的效果。

可拓學(xué)理論最初由蔡文等于1983年創(chuàng)立，可解決多種參數(shù)混合但是未相容的矛盾系統(tǒng)問題?？赏貙W(xué)理論的基礎(chǔ)是物元，物元具有共軛性、發(fā)散性、相關(guān)性和可擴(kuò)性等基本特性。這些特性可通過事物內(nèi)外、平行變通、組合和分解等多種方式提供拓展的可能性，從而構(gòu)成物元的可拓性。邊坡安全可拓評價有兩部分組成：描述層可拓評價和目標(biāo)層可拓評價，前者是后者的前提和基礎(chǔ)。談小龍等［30］和黃奇等［31］將可拓方法分別用于水電站高陡巖質(zhì)邊坡與公路土石邊坡安全綜合評價，其結(jié)果與工程實際情況高度吻合。

集對分析的核心概念是集對和聯(lián)系度。集對分析將研究邊坡視為一個確定或不確定系統(tǒng)，進(jìn)行同異反分析，將系統(tǒng)的不確定性用聯(lián)系度描述，從而將邊坡穩(wěn)定性的不確定性轉(zhuǎn)化成定量分析。即據(jù)待評邊坡的實測數(shù)據(jù)與同異反判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，計算出待評邊坡實測值與邊坡穩(wěn)定性等級的聯(lián)系度，進(jìn)而定量評價邊坡的穩(wěn)定性。集對分析法與灰色關(guān)聯(lián)度分析類似，因其重視信息處理的相對性和模糊性，且評價原理和結(jié)果直觀、準(zhǔn)確，能提高信息的利用率，從而保證評價結(jié)果的可信性［32］。

2.3.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種模仿動物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)行為特征，進(jìn)行分布式并行信息處理的算法數(shù)學(xué)模型，其特點是并行處理、分布式儲存、容錯性、自學(xué)習(xí)、自組織、自適應(yīng)和優(yōu)化計算等。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將各種影響因素作為輸入變量，將邊坡安全系數(shù)作為輸出變量，建立它們之間的非線性映射模型，然后用模型評價邊坡的安全性［33］。用于巖土工程中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型主要有Hofield模型、BP模型及自組織映射模型等。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法解決問題依賴于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的確定（目前還無有效的方法），而訓(xùn)練樣本數(shù)、收斂速度難以控制等都可能影響模擬效果；難以用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入輸出映射關(guān)系解釋實際意義的預(yù)測判據(jù)與規(guī)則［34］。

2.3.5 其它不確定性分析方法 目前，除了以上介紹常用的不確定性分析方法外，分形理論、系統(tǒng)工程分析法、多源信息融合理論、非線性能量耗散理論，突變、分叉與混沌理論、損傷斷裂力學(xué)與漸進(jìn)破壞理論等也不同程度應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性分析中，為邊坡穩(wěn)定性分析及預(yù)測提供了新的途徑。

2.4 試驗?zāi)M法

物理模型試驗是一種出現(xiàn)較早、直觀形象、理論成熟的邊坡穩(wěn)定性分析方法，它主要包括地質(zhì)力學(xué)模型試驗、光彈性材料模擬試驗、傾斜臺面的模型試驗和離心機模型試驗等。研究人員很早開始利用各種模型試驗方法探索邊坡失穩(wěn)破壞機制［35-37］。

其中，離心模型試驗可調(diào)整離心力與重力等效，保證模型與原型應(yīng)力相等、變形相似、破壞機制相同，可再現(xiàn)原型的工程特性，同一模型可以完成彈性、彈塑性以至破壞失穩(wěn)各個階段的模擬，充分展示邊坡破壞機制與變形演變過程，且可全程測量應(yīng)力和變形，還可求得超載安全系數(shù)等，是一種理論嚴(yán)格、結(jié)果可直接用于工程設(shè)計的方法［38］。但是，離心機模擬試驗與其它模擬方法相比，要求模型材料具有彈性模量、容重多樣，模型與原型材料的本構(gòu)關(guān)系完全相似，對模型尺寸、精度、測量方法和技術(shù)要求嚴(yán)格，費用較高等，在某種程度上限制了其發(fā)展［39］。

2.5 原位監(jiān)測分析法

因地質(zhì)條件復(fù)雜和影響因素眾多，邊坡穩(wěn)定性分析離不開原位監(jiān)測進(jìn)行控制和驗證。目前，國內(nèi)外常用的監(jiān)測儀器和方法有：①邊坡表面變形測量，包括：經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、光電測距儀、全站儀、GPS監(jiān)測、攝影、紅外遙感和激光掃描；②合成孔徑雷達(dá)干涉測量；③時間域反射（time domain reflectometry，TDR）測試技術(shù)；④坡體內(nèi)部的鉆孔傾斜儀、多點位移計，錨桿（索）測力計和地下水壓計、土壓力計等；⑤微震與聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)。其中，方法①～方法②主要監(jiān)測邊坡表面變形，方法③～方法⑤主要監(jiān)測邊坡體內(nèi)部的應(yīng)力和變形。TDR技術(shù)通過監(jiān)測埋入邊坡體監(jiān)測鉆孔內(nèi)同軸電纜的變形狀態(tài)，獲取坡體地表以下的變形信息，具有定位準(zhǔn)確和全孔連續(xù)觀測等優(yōu)點［40］。近年來微震與聲發(fā)射技術(shù)能及時發(fā)現(xiàn)巖體內(nèi)部破裂區(qū)域、強度及其演變過程，具有實時在線監(jiān)測等功能，從而在邊坡穩(wěn)定性評價方面得到了廣泛的應(yīng)用［41-42］。

原位監(jiān)測通過各種傳感器捕捉邊坡體內(nèi)外變形、應(yīng)力以及能量耗散等信息，借助上述不同的分析模型，評估邊坡的穩(wěn)定性狀態(tài)，預(yù)測其變形發(fā)展趨勢。常用的預(yù)報模型包括統(tǒng)計歸納法、時序分析法、灰色理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、Green-Ampt模型、突變理論和混沌理論等非線性預(yù)測模型。目前，預(yù)測預(yù)報的“瓶頸”仍然是判據(jù)的確定［43-44］。

3 存在的問題與發(fā)展趨勢

3.1 邊坡穩(wěn)定性評價存在的問題

1）對邊坡工程地質(zhì)模型認(rèn)識不足，對基礎(chǔ)工程地質(zhì)工作不夠重視。很多人熱衷于應(yīng)用數(shù)學(xué)、工程力學(xué)、不確定性理論或人工智能理論的研究，力求給出量化結(jié)論的評價方法，而輕視工程地質(zhì)勘察、地質(zhì)模型的概化和變形破壞機制的理解等影響邊坡穩(wěn)定的內(nèi)在因素。在邊坡穩(wěn)定性分析中，最關(guān)鍵的是查明邊坡災(zāi)害形成的地質(zhì)環(huán)境條件。對邊坡工程地質(zhì)模型認(rèn)識不清，將會導(dǎo)致力學(xué)、數(shù)學(xué)模型概化出現(xiàn)較大偏差，進(jìn)而導(dǎo)致計算結(jié)果偏差，甚或錯誤。

2）對影響邊坡穩(wěn)定性的因素研究不足。邊坡穩(wěn)定的影響因素是多方面的，如邊坡圍巖性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、地表降雨、地下水和人工開挖等。在工程實踐中，往往因未弄清邊坡變形失穩(wěn)的主要因素，對穩(wěn)定性狀態(tài)做出誤斷，導(dǎo)致治理方案針對性不強，造成工程的巨大浪費，或出現(xiàn)防治工程的失效。

3）評價方法不完善。如定量評價中總體安全系數(shù)與可靠性分析法中的可靠度指標(biāo)或失效概率之間的對應(yīng)關(guān)系難以統(tǒng)一；現(xiàn)有的定量評價法，無論極限平衡法和塑性極限分析法，還是有限元強度折減法，起決定作用的參數(shù)是c、φ值，而對于邊坡工程而言，如何獲取能反映邊坡巖土體真實特性的c、φ值，目前尚缺少有效的方法?，F(xiàn)有的應(yīng)用數(shù)學(xué)方法考慮因素過于單一，不能真實反映邊坡巖體的內(nèi)在特性，又或者過于復(fù)雜而不便應(yīng)用。尋求既能綜合概述邊坡巖土體變形、演化以致破壞的主要特性，又能包含參數(shù)簡單、便于獲取的評價方法，仍然是邊坡穩(wěn)定性研究人員面臨的困境。

3.2 邊坡穩(wěn)定性評價發(fā)展趨勢

1）邊坡失穩(wěn)機制與變形破壞模式仍然是邊坡穩(wěn)定性評價方法研究的根本問題。邊坡巖土體既非傳統(tǒng)意義上的連續(xù)介質(zhì)，也不完全是分布均勻的散狀顆粒；單純的工程地質(zhì)方法與連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法均很難模擬邊坡的變形破壞演變過程。邊坡失穩(wěn)的發(fā)展是一個漸變的過程，引起滑坡漸進(jìn)性破壞的原因十分復(fù)雜，包括應(yīng)力應(yīng)變場的不均勻分布、巖土材料的應(yīng)變軟化、巖土介質(zhì)的空間變異性以及軟弱夾層、裂隙結(jié)構(gòu)的存在。因此，針對邊坡的工程地質(zhì)環(huán)境特征和地質(zhì)演變的歷史階段，研究如何分區(qū)、分階段選擇不同的變形模式與力學(xué)參數(shù)，建立對應(yīng)的邊坡穩(wěn)定性判斷準(zhǔn)則，進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性評價，仍然是巖土工程研究的核心課題。

2）多種分析方法聯(lián)合并用仍然是巖土工程現(xiàn)階段通用做法。由于構(gòu)成邊坡地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性與人們認(rèn)識的局限性，基于工程經(jīng)驗的范例推理和剛體極限平衡以及連續(xù)變形體理論，只能反映問題的某一側(cè)面。利用統(tǒng)一原理、單一判據(jù)與簡化模型的方法具有一定的局限性。將兩種或多種方法融合起來，取長補短，相互佐證是未來發(fā)展的一種趨勢。

3）多學(xué)科的交叉協(xié)作。巖土工程是在地質(zhì)工程、結(jié)構(gòu)工程基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的一門新興的應(yīng)用性邊緣學(xué)科。邊坡穩(wěn)定性分析在應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科（如固體力學(xué)、地質(zhì)力學(xué)、斷裂力學(xué)、計算力學(xué)）中的理論、技術(shù)和方法的同時，也需引進(jìn)、吸收新興的信息技術(shù)、計算機技術(shù)、智能控制理論等多學(xué)科的理論、技術(shù)與方法。不僅要沿用傳統(tǒng)的正向思維，根據(jù)試驗建立模型，在特定條件下求解，也要進(jìn)行逆向思維，如位移反演，先以實測的位移值為依據(jù)經(jīng)非線性反常分析求出初始地應(yīng)力與巖土體計算參數(shù)，再反過來應(yīng)用于工程穩(wěn)定性分析；重視非線性理論的研究與應(yīng)用，可靠性理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論、粗糙集、灰色關(guān)聯(lián)度理論等應(yīng)用數(shù)學(xué)的最新成果必將為邊坡穩(wěn)定性評價的“瓶頸”突破開辟新的途徑；綜合采用理論分析、數(shù)值模擬、物理模擬和現(xiàn)場測試等多種分析手段，在引用、借鑒其他學(xué)科成果時，更應(yīng)關(guān)注巖土材料、結(jié)構(gòu)和邊坡工程的特殊屬性。

4）邊坡監(jiān)測與多源信息融合的應(yīng)用研究。邊坡穩(wěn)定性評價仍離不開現(xiàn)場監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)既是邊坡穩(wěn)定性研究的基礎(chǔ)，同時也是治理效果的驗證與評價依據(jù)。將傳統(tǒng)的監(jiān)測方法與3S技術(shù)、TDR技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)、數(shù)字?jǐn)z影和無人機技術(shù)相結(jié)合，從邊坡表面變形監(jiān)測到坡體內(nèi)部空間非接觸、全遙控、高精度和實時的綜合監(jiān)測技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用是未來邊坡監(jiān)測的發(fā)展趨勢［45-46］。

5）基于BIM與數(shù)據(jù)庫技術(shù)的集成智能評價系統(tǒng)的開發(fā)與研制。隨著智能時代的到來，以BIM為核心理念的三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)和三維協(xié)同理念的出現(xiàn)，給邊坡工程設(shè)計效率和質(zhì)量提供了新的驅(qū)動力［47-49］。建立典型邊坡工程案例數(shù)據(jù)庫，根據(jù)特定邊坡的地質(zhì)環(huán)境特征，采用定性方法（如案例推理法）對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行初步評估；以BIM為平臺建立三維地質(zhì)模型，將邊坡的勘察、試驗數(shù)據(jù)賦予3D模型，根據(jù)特定邊坡的變形破壞模式、主要影響因素，針對性地選擇一種或多種適宜的評價方法（如極限平衡法或數(shù)值分析法）進(jìn)行精細(xì)化分析；最后根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證與預(yù)測邊坡穩(wěn)定性，評估不穩(wěn)定邊坡加固效果。開發(fā)與研制集傳統(tǒng)的定性、定量和不確定性評價方法為一體的綜合智能評價系統(tǒng)，為邊坡工程的勘察、設(shè)計、施工以及后期的運營管理提供全面準(zhǔn)確信息，將成為邊坡穩(wěn)定性研究未來的發(fā)展方向。

4 結(jié) 論

邊坡巖（土）體是由地質(zhì)作用形成，受多因素影響、隨時空變異的復(fù)雜系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)有限、無原型、隨機可變性和模糊不確定性等特點，而且隨著大數(shù)據(jù)和信息化技術(shù)的發(fā)展，社會對工程建設(shè)要求的不斷提高，各種復(fù)雜工程邊坡相繼出現(xiàn)，傳統(tǒng)的定性分析或定量計算都難以真正解決邊坡穩(wěn)定評價問題。將定性方法、定量方法與不確定性方法有機結(jié)合，充分利用相關(guān)學(xué)科（現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)、現(xiàn)代應(yīng)用力學(xué)、計算機技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，信息技術(shù)、BIM與數(shù)據(jù)庫技術(shù)等）的發(fā)展成果，建立工程地質(zhì)、巖土體參數(shù)和典型邊坡工程案例數(shù)據(jù)庫，開發(fā)融人工智能、大數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)于一體，具有監(jiān)控量測、室內(nèi)外試驗數(shù)據(jù)分析、工程地質(zhì)模型建立、破壞模式和參數(shù)識別等功能的綜合集成智能分析評價系統(tǒng)是未來邊坡穩(wěn)定性評價方法的發(fā)展趨勢。