路基邊坡穩(wěn)定性評價方法簡述

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074)

前言

隨著中國經(jīng)濟發(fā)展及基建力度加大，公路建設(shè)向山區(qū)擴展，高填路基段落、深挖路塹段落增加，邊坡數(shù)量相應(yīng)增加，土體原有平衡遭到破壞，使邊坡變形甚至坍塌，造成經(jīng)濟損失和社會影響。進行路基邊坡穩(wěn)定性評價方法的研究具有現(xiàn)實意義。

一、傳統(tǒng)分析法

(一)定性分析

對地質(zhì)勘察資料進行分析，了解影響因素、成因以及規(guī)律，參考同類型項目地質(zhì)條件，外加專家經(jīng)驗，來達到評價目的，預(yù)測邊坡變形破壞的趨勢。該法基本將影響邊坡穩(wěn)定的因素考慮在內(nèi)，判斷邊坡穩(wěn)定性以及發(fā)展趨勢速度相對較快；但缺點也很突出，即區(qū)域性和經(jīng)驗性，準(zhǔn)確性依賴主觀經(jīng)驗?，F(xiàn)少采用該法。

(二)極限平衡法

該法條分滑動土體，對處于極限狀態(tài)的土體，以土體受力平衡來分析邊坡穩(wěn)定性。目前用的比較多的有條分法、沙爾瑪法、改良畢肖普、priceVE、力平衡方法[1]等。此法有一個缺點，即首先要確定滑動面，并且土體和支擋結(jié)構(gòu)的相互作用關(guān)系及變形沒有考慮在內(nèi)，因此邊坡和支擋結(jié)構(gòu)的位移不能計算出來[2]。

(三)塑性極限法

該法以塑性力學(xué)為基礎(chǔ)，巖土體被視為具有流動的理想塑性體，其具有受力達到一定的值之后，外力不再變化，巖土體開始塑性流動的特性，邊坡巖土體在這時達到極限狀態(tài)。收到的力即為極限荷載。但該方法的材料本構(gòu)關(guān)系是非線性的，只能解決簡單問題。

(四)圖解法

圖解法，顧名思義，是用各種圖來分析邊坡的穩(wěn)定性。簡單、直接、應(yīng)用速度快是該法的好處，但不足之處也很明顯，即太偏重于經(jīng)驗，概念性較強。在邊坡穩(wěn)定分析中，使用該方法對其驗算。圖解法主要有諾模圖以及赤平投影圖兩種方法，在地質(zhì)勘察領(lǐng)域使用較頻繁。

二、數(shù)值分析

(一)有限元法

在邊坡穩(wěn)定性分析中，有限元法占有較大的比重，該法以靜力平衡為基礎(chǔ)，符合應(yīng)變相容，將巖土體的非均質(zhì)以及沒有連續(xù)性的特性考慮在內(nèi)，把結(jié)構(gòu)體的自由度由無限變?yōu)橛邢?，建立起等價的體系；能仿真巖土體和支擋結(jié)構(gòu)的相互作用。其特點是不管是線性還是非線性，都可以對其進行分析。可是，在工程應(yīng)用中，存在瑕疵，受物理參數(shù)選取的合理程度影響較大，參數(shù)直接關(guān)系有限元模擬的結(jié)果合理與否。

(二)離散單元法

1970年，P A Cundall提出了離散單元法，很快就在巖土穩(wěn)定分析領(lǐng)域應(yīng)用。其原理是把需要研究的邊坡巖土體分為眾多多邊體單元，相鄰單元以接觸形成位移和力的作用關(guān)系，通過迭代的方法，使每一個單元體達到受力平衡，單元體之間沒有變形。該法理論簡單，但在分析切割結(jié)構(gòu)面的特殊變形和破壞方面，效果顯著。

(三)其他分析法

目前，有關(guān)邊坡穩(wěn)定性分析的研究，在汲取了現(xiàn)代科學(xué)理論的基礎(chǔ)上，創(chuàng)立和發(fā)展了一批非確定性分析方法。如快速拉格朗日分析法FLAC[3]、流形元法[4]、邊坡穩(wěn)定可靠性分析方法、隨機過程方法、模糊數(shù)學(xué)法、灰色系統(tǒng)預(yù)測失穩(wěn)分析方法、遺傳算法、人工智能[5]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法[6]以及反分析方法，使邊坡穩(wěn)定性分析方法不斷的發(fā)展。

任何一種方法都不是萬能，把兩種或多種方法耦合起來，取各法長處，將是路基邊坡穩(wěn)定性評價的發(fā)展趨勢。

四、結(jié)語

傳統(tǒng)法簡便易行，評價結(jié)果一般來說滿足工程實際問題，在工程中應(yīng)用較多。極限平衡法以巖土力學(xué)為基礎(chǔ)，理論相對來說完善，推導(dǎo)過程也比較嚴(yán)謹(jǐn)，在確定巖土體參數(shù)以及分析邊坡穩(wěn)定性所用新理論、方法不斷完善。特別是各種方法的復(fù)合運用更是未來發(fā)展方向。計算機的發(fā)展，各數(shù)值分析軟件也隨之發(fā)展，F(xiàn)LAC、ANSYS、SOLP/W等為我們對邊坡的穩(wěn)定性評價提供了較直觀的破壞整個過程。不管采用何種方法，首要區(qū)分區(qū)域性地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，將影響邊坡穩(wěn)定的各因素考慮進去，才能獲得切合實際的效果。

【參考文獻】

[1]張?zhí)鞂?土坡穩(wěn)定性分析和土工建筑物的邊坡設(shè)計[M].成都：成都科技大學(xué)出版社，1987.

[2]靳付成.邊坡穩(wěn)定性方法的研究現(xiàn)狀與展望[J].西部探礦工程，2007，(4)5-6.

[3]黃潤秋.，許強.顯式拉格朗日差分分析在巖石邊坡工程中的應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，1995，14(4)：346-354.

[4]裴覺民.數(shù)值流形方法與非連續(xù)變形分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，1997，16(3)：279-292.

[5]徐衛(wèi)亞，蔣晗等.三峽永久船閘高邊坡變形預(yù)測人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析[J].巖土力學(xué)，1999，20(2)：27-31.

[6]B.Y.Liu,M.A.Nearing,P.J.ShiandZ.W.Jia.Slop length effects on soil loss for steep slops.Soil Sciences Society of Amerrica Journal,2000,64(9):1759-1763.