岩土边坡系统稳定性评价

马力

中国华西工程设计建设有限公司重庆分公司重庆市401120

摘要：边坡稳定性分析是一项复杂的系统工程，其不确定性和离散性使其难以分析。目前边坡稳定性分析取得了很大的成果。本文就边坡稳定性的主要影响因素及不确定分析方法进行了研究探讨。

关键词：岩土边坡系统；稳定性；影响因素；分析评价

前言

边坡稳定陛分析是边坡研究的热点问题，目的是分析已有边坡的稳定性程度，为拟定边坡的加固措施提供可靠的依据。正确客观地评价边坡的稳定性，对于确保生产建设和人民生命财产安全具有十分重要的意义。

1边坡稳定性的主要影响因素

1.1地应力因素

地层中的地应力是地震力、岩体自重力、地质构造力、温度应力以及岩体中由物理化学作用在地球岩体内所产生的应力总和。地震中横波在地表中产生周期性振动，破坏力影响最大。纵波在地表产生上下波动，破坏力影响较小。需要充分考虑地应力由于边坡人类活动开挖时产生不均匀释放，可能使边坡岩体在软弱面发生变形破坏，使原有裂面进一步增大或产生更多新的裂面，在短期内会急剧成倍降低岩体的抗剪强度，因此，地应力对边坡破坏的影响是最为严重的，也应当着重考虑和研究。

1.2地质构造因素的分析

地质构造影响因素重要表现在：边坡的褶皱形态、区域地层构造特点、岩层产状、节理、裂隙发育、断层特征以及新的地层构造活动特点等。在地层构造相对复杂、构造运动相对活跃、褶皱相对强烈的区域，边坡的破坏性比较大，容易发生较大的灾害。其次，边坡区域的岩层褶皱不同形态和岩层不同产状，也会直接影响和决定边坡破坏的形态和发生规模范围。明显的节理裂隙和大的断层对边坡变形破坏的影响尤为显著。因为某些滑坡可以直接沿断层或节理本身的裂面产生和破坏。

1.3地层和岩（土）性因素

地层的岩性是边坡破坏的主要影响因素之一。从不同的边坡的破坏特征来看，不同地层有不同的变形破坏形式。以石质边坡为例，有些地层中滑坡特别容易发生，这是由于在该地层中，含有大量的风化物、以及一些矿物成分促使滑带产生。其次，岩性特征也对边坡的破坏也有很重要的影响。由某些岩性组成的边坡在天气晴朗干燥时比较稳定的，但如果遇到雨季，一经过水泡，岩石抗剪强度剧减，边坡稳定性很差，容易发生滑坡，泥石流等灾害。其中岩性、力学、化学、水理性质等对于边坡稳定性的影响非常大。

1.4岩（土）体结构因素

根据边坡不同倾角与不同坡角间关系，边坡可以分为以下主要几种类型：边坡倾向与坡向相同；边坡的倾向与坡向不同；倾角小于坡角；倾角大于坡角这四种常见的情况。当倾向与坡向相同方向时，对于边坡稳定性相当不利。此时，岩层间软弱面及裂隙面的力学性能都比较差，边坡容易在这个层面形成滑动，产生滑坡。如果倾向与坡向相同，但倾角大于坡角时，边坡稳定性会好一点。若倾向与坡向相反时，岩层间的软弱面不再是边坡稳定性的主要影响因素，此时软弱面的岩层本身重力对边坡稳定是有益的。

1.5边坡形态

通常情况下，边坡的坡度越陡，边坡高度越大，对边坡稳定越不利；凸型平面的边坡比凹型平面的边坡具有较多的容易坍塌的临空面，不过凹型平面的边坡虽然发生过之前那的破坏地段，但由于可能还存在一些软弱面；所以在凹型平面的边坡，有时也会再次产生新的边坡破坏。凸型边坡上缓下陡、容易发生坍塌，比较适合开采露天矿边坡；平面边坡设计比较简单，适合在人工边坡中应用；凹型边坡相对比较稳定，但是由于地下水汇集的作用、有时也会诱发新的滑坡。

1.6地下水因素

边坡中地下水的类型主要为裂隙水、孔隙水和溶洞水。边坡的岩体主要受到几种附加荷载的作用：裂隙静水压力、浮拖力和渗透动水压力等。此外地下水在一些物理化学作用破坏下：侵蚀、溶解、风化等等虽然影响过程比较缓慢，但是对于边坡岩体长期稳定性影响比较大，其中地下水的静水压力和动水压力的影响作用尤为明显。所有这些综合作用下就容易使边坡抗剪强度的降低，破坏增大，当满足破坏条件时，就会出现类似滑坡的灾害。

2不确定性分析法

2.1可靠度法

边坡工程可靠性分析是近20年发展起来的评价边坡工程状态的新方法，它把边坡岩体性质、荷载、地下水、破坏模式、计算模型等作为不确定量，借鉴结构工程可靠性理论方法，结合边坡工程的具体情况，用可靠指标或破坏概率来评价边坡安全度。可靠度法随机变量的取值除了重度、黏聚力和内摩擦角外，还要考虑弹性模量、泊松比、剪胀角和侧压力系数对边坡安全系数的影响。由于可靠性研究必须积累大量的基础资料，该法目前还未得到广泛的认可，但是可靠性方法是边坡稳定性分析中应用最广的不确定性方法。

2.2模糊综合判断法

模糊数学法是将模糊理论应用于边坡稳定性分析中，用隶属函数代替确定性分析法中非此即彼的量，对那些边界不清的过渡问题进行描述，应用模糊模式识别和模糊聚类分析方法对影响边坡稳定的因素进行分析，最后用综合评判理论对边坡稳定性进行总的评价。边坡性质及稳定性的界限是不清楚的，具有相当的模糊性，故可采用此理论进行研究。此法的难点在于相关因素及各因素的边界值的确定。

2.3灰色系统分析法

灰色系统理论可在不完全的信息中，对所要分析研究的各因素，通过一定的数据处理，在随机的因素序列间，找出它们的关联性，发现主要矛盾，找到主要特性和主要影响因素。该理论的计算有3个基本环节：根据系统已发生的一组时间序列数据，根据变量多少建成不同的预测模型；估计模型参数，如按最小二乘法确定；把模型用于预测，并进行评价。

3边坡稳定性评价应用

经过长时间的分析总结，能够明确的了解到边坡稳定性安全系数与稳定状态的关系，即当安全系数小于1.2时，则目标边坡为失稳状态；当安全系数大于1.2且小于1.5时，一般情况下，边坡都处于稳定状态，极少数情况下，边坡为失稳状态；当安全系数大于1.5时，则能够准确判定，边坡处于稳定状态。以一个简单的边坡稳定性分析作为算例，该边坡的高度为10m，坡度为1：2.经过实地勘测，能够得到基准参数区间：粘聚力c=[13.5，16.5]kPa；重度γ=[19.8，20.2]kN/m；内摩擦角φ=[18°，20°]；泊松比v=[0.27，0.33]；弹性模量E=[13500，16500]kPa。采用区间极限平衡法进行分析，则要先明确边坡的最危险滑面，由此开始进行条分。采用区间瑞典条分法进行计算，将能够进一步得到边坡安全系数区间[1.345，1.674]，其区间下限大于1.2且小于1.5；区间上限则大于1.5，依据上述评价准则，能够基本判定该边坡处于稳定状态。这种区间分析方法，能够得到最小安全系数，因此其反应的边坡稳定状态更加的客观、保守、安全。采用区间有限元法计算是，则要进行剖分网格图与成果图，结合有限元程序，进一步得到网格中各个节点的位移与应力等区间，通过相关计算，所得的安全系数为1.732，依据评价准则，边坡状态为绝对稳定状态。相比之下，区间极限平衡法所获得的分析结果更加保守安全。

结束语

综上所述，对基于区间不确定方法的边坡稳定性分析的研究，有利于推动相关工程水平与工程质量。通过上述算法的有效应用，能够显著降低边坡工程当中，边坡失稳的现象，进而减少类似工程事故，提升工程建设的经济效益与社会效益。因此，在未来边坡工程的扩展过程中，要重视边坡稳定性分析的作用效果，从而深入挖掘区间不确定分析方法的应用价值，使其更好地服务于工程建设与发展。

参考文献：

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[2]潘新恩.强度折减法计算边坡稳定性中弹性模量和泊松比的取值研究[J].水利与建筑工程学报，2014，12（4）.