边坡稳定性分析方法研究综述

边坡稳定性分析方法研究综述

侯奉展

（聊城大学建筑工程学院 山东 聊城 252000）

摘要：滑坡是一类有着广阔区域影响和巨大威胁的地质灾害，对经济社会和环境的诸多领域产生着巨大影响。在本文中介绍了边坡稳定性分析方法在滑坡研究中的应用，以及降雨条件下的室内试验、原位试验和数值模拟在滑坡研究中的重要作用。

关键词:边坡稳定性、降雨、试验研究、边坡稳定性分析方法

0 引言

导致滑坡形成的主要因素包括了自然因素和人类活动二方面[1]，其中自然因素包括地震、降水、洪水、水库水位上升等，人类活动主要包括采矿、修路建屋等造成的工程破坏。在《中国典型滑坡》一书中列举了九十多个滑坡实例其95％以上的滑坡都与降雨有着密切关系[2]。暴雨和其他强降雨是导致滑坡、泥石流等地质灾害的主要原因[3-5]，这一点已经在大量的滑坡事件中得到了证实。经过多方研究，结果表明，降水是导致滑坡发生的主要原因[6, 7]。

本文将从边坡稳定性分析方法方面，综述降雨对边坡稳定性的影响。

1.边坡稳定性分析方法

1.1 极限平衡法

极限平衡法在边坡稳定分析中是一种常用的方法,通过分析力学机制和平衡条件,可以推导出边坡的最大稳定坡角或最小稳定安全系数,确定边坡的稳定性,并为边坡稳定性的评估和控制提供科学依据。

1981年，由Fredlund等人根据非饱和土原理而提出的极限平衡法，是目前较为合理的探讨雨水入渗后对边坡稳定性作用的方法。王旭[8]等人基于极限平衡法建立了极限平衡计算式，并分析了渗流力对边坡稳定性的影响。研究人员刘勇[9]等人通过改进极限平衡法，研究了降雨对非饱和土边坡稳定性的影响。他们发现，降雨量、频率和时间都会影响非饱和土边坡的瞬态线性渗流场和有效应力场，并且这些因素会影响边坡的稳定性安全系数。需要注意的是，将极限平衡法直接应用于边坡稳定分析中的同坡面和侧向压力的情况下，并不能直接应用于滑坡面压力的情况，而且在实际施工中往往采用简化方式粗略地估计了线性渗流的效果。所以，在实际应用时需要根据具体情况选择适当的分析方法。

1.2 极限分析法

极限分析法是依据力学原理,通过对结构体系进行力学计算,得到结构体系的最大强度或最小稳定状态,进而确定结构的合理性与安全性的一种常用方法。在边坡稳定性分析中,极限分析法也被广泛应用。其基本思想是通过建立边坡的力学模型,确定边坡的最不利失稳状态,并得到最小稳定系数。

陈浩[10]运用极限分析上限法分析了土工参数的变异对边坡稳定系数和极限高度的影响规律。饶平平[11]等人采用极限分析法对水位下降过程中的边坡稳定性进行了评估，结果表明：各向异性关系的提高将减少安全系数,并增加了边坡损坏的风险;边坡越缓,水位高度变化对边坡安全系数影响的作用就越明显。

极限分析法在边坡稳定性中的应用较多,但运用极限分析法对降雨条件下边坡稳定性的研究较少。降雨是边坡稳定性分析中一个重要的因素,因为在降雨条件下,地下水位会上升,增加了边坡的承载力,但也会降低边坡的抗滑性能,从而对边坡的稳定性产生影响。因此运用极限分析法对降雨条件下边坡稳定性的研究仍需进一步探索。

1.3 有限元法

有限元法是一种基于数值计算的边坡稳定性分析方法,通过将边坡划分成无数的小元素,并在每个小元素内进行应力平衡方程和物质平衡方程的求解,最终得到整个边坡的力学模型和稳定性计算结果。有限元法相与极限平衡法相比摆脱了假设条件过多,过于刚性的缺点,且具有更严谨的理论基础,因此拥有更广阔的应用前景。

欧阳君[12]等人将土石坝渗流的有限元计算和坝坡稳定分析的强度折减有限元法相结合，对土石坝坝坡的稳定性进行分析。通过使用有限元软件ABAQUS，曾亚武[13]等人则将边坡稳定性研究的有限元法和极限稳定法相结合，该法既能够体现边坡的稳定性和应变之间的联系，又能够用工程建设领域中人们所掌握的安全系数来评价边坡的稳定性。陈书生[14]为修正边坡稳定性分析中极限平衡法的缺点，引入基于强度折减技术的有限单元法，并将极限平衡法和强度折减有限元法的结果进行对比，弥补了极限平衡法的不足。

有限元法在边坡稳定性分析中具有精度高、计算结果可视化等优点,但也有其局限性。比如,有限元方法无法充分考虑岩土材料的非线性和非均质性等因素,对边坡内部情况的分析需要通过划分尽量小的单元进行,计算量大,时间和成本上的投入较高。因此,在应用过程中,需要根据实际情况综合考虑,选择合适的分析方法,以达到可靠的分析结果。

2.结论与展望

需继续完善边坡稳定分析方法,只有不断完善才能适应不同条件下的边坡。对同一边坡可用两种及两种以上方法进行稳定性分析,虽增加了工作量,但可以将多种分析方法的结果进行比对,相互验证,将各自的优点结合起来。可大大提升工程质量、预防边坡灾害、可持续发展。

参考文献

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[2]徐辉, 刘海知. 诱发滑坡的多尺度降雨特征[J]. 山地学报, 2019, 37(6): 10-15.

[3]Chen C Y , Chen T C , Yu F C , et al. Analysis of time-varying rainfall infiltration induced landslide[J]. Environmental geology: International journal of geosciences, 2005(4/5):48.

[4]Dahal R K , Hasegawa S , Nonomura A , et al. GIS-based weights-of-evidence modelling of rainfall-induced landslides in small catchments for landslide susceptibility mapping[J]. Springer-Verlag, 2008(2).

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[8]王旭, 刘东升, 宋强辉等. 基于极限平衡法的边坡稳定性可靠度分析[J].地下空间与工程学报,2016,12(03):839-844.

[9]刘勇. 基于改进极限平衡法的非饱和边坡稳定分析[J].铁道工程学报,2018,35(08):38-43+66.

[10]陈浩. 极限分析上限法在边坡稳定性问题中的应用[J].人民珠江,2014,35(03):67-70.

[11]饶平平, 夏云, 沈程林. 不同水位下降模式下非均质及各向异性边坡稳定性分析[J].上海理工大学学报,2021,43(03):277-285.

[12]欧阳君, 徐千军, 侍克斌等. 土石坝边坡稳定性分析的温控参数折减有限元法[J].岩土力学,2011,32(08):2549-2554.

[13]曾亚武, 田伟明. 边坡稳定性分析的有限元法与极限平衡法的结合[J].岩石力学与工程学报,2005(S2):5355-5359.

[14]陈书生. 基于强度折减技术的边坡稳定性及其影响因素分析[J].勘察科学技术,2009,No.159(03):3-7.