边坡稳定分析处理和监测方法

杨旭辉

浙江华东工程安全技术有限公司浙江省杭州市310014

摘要：边坡作为一项重要的岩土工程，其地质地形条件复杂多变，要在边坡工程的设计阶段就准确无误地预测该边坡工程的基本状况及其在施工、运行过程中的变化，目前几乎是不可能的。因此，边坡工程的安全不仅取决于合理的设计与施工，而且取决于贯穿在工程设计、施工和运行始终的原型试验与监测。

关键词：边坡；稳定分析；处理；监测方法

1、边坡稳定性分析方法

对于大型或地质条件复杂的边坡，其稳定性分析一般分两阶段（定性+定量）进行。第—阶段（定性），对初勘所取得的地质资料进行研究，由于这阶段试验资料少，多用定性分析对边坡稳定性作出估计，分析时应按不同的构造区段及边坡的不同方位分别进行；第二阶段（定量），对经上阶段分析认为是不稳定的或不满足规范安全系数要求的边坡进行详勘，取得包括岩土或软弱结构面强度、地下水流和水压等方面的资料后，经定量分析对边坡稳定性作出判断。

目前，针对不同类型的边坡，已经提出一种或多种分析方法。在具体应用中，根据具体边坡工程地质条件，选取一种或几种方法进行综合分析。

2、边坡稳定分析处理方法分析

2.1定性方法

包括地质分析法（历史成因分析、过程机制分析）、工程地质类比法、图解法、边坡稳定专家系统等。赤平极射投影分析法用于岩质边坡的稳定分析，可快速、直观地分辨出控制边坡的主要和次要结构面，确定出边坡结构的稳定类型，判定不稳定块体的形状、规模及滑动方向。对用图解法判定为不稳定的边坡，需进一步用计算加以验证。下面简要介绍利用赤平极射投影图初步判断边坡稳定性。利用赤平极射投影分析的主要任务：（1）初步判断岩体结构的稳定性和稳定倾角；（2）对于可能滑动的边坡，提供滑动的方向。当结构面的倾向与坡面倾向相反时，边坡为稳定结构。当结构面的倾向与坡面倾向基本一致但其倾角大于坡角时，边坡为基本稳定结构。当结构面的倾向与坡面倾向之间夹角小于30°且倾角小于坡角时，边坡为不稳定结构。

（1）一组结构面边坡稳定性分析

a.当岩层（结构面）的走向与边坡的走向一致时，可直接用赤平投影来判断。分3种情况：

情况一：

结构面投影位于边坡投影异侧时（反倾向坡），边坡稳定；

情况二：

结构面投影位于边坡投影同侧内侧时，边坡基本稳定；

顺倾向坡，结构面倾角大于坡面角。

情况三：

结构面投影位于边坡投影同侧外侧时，边坡不稳。顺倾向坡，结构面倾角小于坡面角。

（1）一组结构面边坡稳定性分析

b.当岩层的走向与边坡的走向斜交时，若边坡稳定性发生破坏，从岩体结构的观点来看，须同时具备两个条件：第一，滑动面ADK；第二，垂直于结构面的切割面DEK。DEK是推断的，不稳定体ADEK。削坡，即可得到稳定坡角。方法如下：c.特殊情况一：结构面走向与边坡走向成直交时，稳定坡角最大，为900。d.特殊情况二：结构面走向与边坡走向平行时，稳定坡角最小，结构面倾角即为稳定坡角。e.一般情况：结构面走向与边坡走向斜交时，稳定坡角由结构面倾角α变到900。

（2）二组结构面边坡稳定性分析：a.最稳定结构：两结构面交线位于两边坡投影弧内侧。b.稳定结构：两结构面交线位于两边坡投影弧内侧。c.较稳定结构：两结构面交线位于两边坡投影弧外侧。d.较不稳定结构：两结构面交线位于两边坡投影弧之间，但结构面离坡面较远，在坡面没有出露点。e.不稳定结构：两结构面交线位于两边坡投影弧之间，且结构面在坡面有出露点。

（3）三组及多组结构面边坡稳定性分析要分析其最不利的交点。稳定性分析时要分析倾角最大但又小于坡角的点来分析；推断稳定坡角时要选择倾角最小的点来分析。

（4）结构体滑移方向的分析

a.两结构面交线位于两结构面倾向线之间。滑移方向为交线OC方向。b.两结构面交线位于两结构面倾向线之外。

2.2定量分析方法

定量评价是基于力学计算方法进行的。常用的的边坡稳定性分析方法有刚体极限平衡法，有限单元法和破坏概率法等。极限平衡法在工程中应用最为广泛，这个方法早期以摩尔—库仑抗剪强度理论为基础，将滑坡体划分为若干条块（主要为垂直条分），建立作用在这些条块上的力的平衡方程式，求解安全系数。

（1）极限平衡法

极限平衡法在工程中应用最为广泛，这个方法早期以摩尔—库仑抗剪强度理论为基础，将滑坡体划分为若干条块（主要为垂直条分），建立作用在这些条块上的力的平衡方程式，求解安全系数。垂直条分法就是将滑动土体竖直分成若干土条，把土条当成刚体，分别求作用于各土条上的力对圆心的滑动力矩（或力）和抗滑力矩（或力），然后求土坡的稳定安全系数。

（2）数值分析方法

主要是利用某种方法求出边坡的应力分布和变形情况，研究岩体中应力和应变的变化过程，由此判断边坡的稳定性。主要有以下几种：

①有限单元法（FEM）：该方法是目前应用最广泛的数值分析方法。其解题步骤已经系统化，并形成了很多通用的计算机程序，能够接近实际地从应力应变分析边坡的变形破坏机制，对了解边坡的应力分布及应变位移变化很有利。

②快速拉格朗日有限差分法（FLAC）：FLAC（FastLagrangian

AnalysisofContinue）由美国ItascaConsultingGroup，Inc.为地质工程应用而开发的连续介质显式有限差分计算程序，主要适用模拟计算岩土工程地质材料的力学行为，特别是材料达到屈服极限后产生的塑性流动。

③边界单元法（BEM）：该方法只需对已知区的边界极限离散化

因此具有输入数据少的特点。由于对边界极限离散，离散化的误差仅来源于边界，区域内的有关物理量是用精确的解析公式计算的，故边界元法的计算精度较高，在处理无限域方面有明显的优势。

④离散元法（UDEC---DEM）是由Cundall（1971）首先提出的。该

方法利用中心差分法解析动态松弛求解，为一种显式解法，不需要求解大型矩阵，计算比较简便。因此，该方法特别适合块裂介质的大变形及破坏问题的分析。

⑤块体理论（BT）是由Goodman和Shi（1985）提出的，该方法

利用拓扑学和群论评价三维不连续岩体稳定性。该法建立在构造地质和简单的力学平衡计算的基础上。利用块体理论能够分析节理系统和其它岩体不连续系统，找出沿规定临空面岩体的临界块体。

3、边坡稳监测方法分析

3.1简易观测法

简易观测法是通过人工观测边坡中坍塌、沉降、地面鼓胀、地表裂缝等现象，适用于监测发生病害的边坡，定期对崩坍、滑坡等宏观变形迹象进行观测，能够从宏观上掌握变形动态及其发展趋势。

3.2设站观测法

设站观测法是在边坡上设立变形观测点，在变形区影响范围之外稳定地点设置固定观测站，使用测量仪器定期测量变形区内网点的三维位移变化的一种监测方法。

3.3仪表观测法

仪表观测法是利用精密仪表对边坡地表位移进行监测，可分为电子仪表观测法和机械式仪表观测法两类。仪表观测法能够避免恶劣环境损害测试仪表，观测成果资料可靠度高，可用于边坡变形的中、长期监测。

3.4远程自动化监测法

随着计算机技术及电子技术及的快速发展，各种先进的自动遥控监测系统纷纷亮相，使得边坡监测尤其是边坡滑坡、崩塌的自动化连续遥测成为可能，远距离无线传输是该方法最基本的特点。

4、结束语

边坡稳定性处理和监测工作是边坡工程承前启后的关键环节，对边坡的安全与稳定状态提出预警信息，确保边坡的长期稳定。

参考文献：

[1]边坡系统演化过程的混沌时间序列分析[J].孙俊峰.水电能源科学.2016（12）