巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性分析方法探析

辛小麗 楊青潮

（山東交通職業(yè)學院公路與建筑學院 山東濰坊 261206）

0 引言

高邊坡穩(wěn)定問題是直接影響高邊坡工程施工安全，以及其施工過程質(zhì)量的重要關(guān)鍵。雖然我國在巖質(zhì)邊坡安全和穩(wěn)定性的研究以及應用水平方面與當前國際先進水平相當，但在對巖質(zhì)邊坡安全和穩(wěn)定性監(jiān)測的理論與其研究的方法上仍與當前國際先進水平存在較大的技術(shù)差距，邊坡安全和經(jīng)濟效益成了最迫切的技術(shù)需求，高邊坡穩(wěn)定性的監(jiān)測與分析將成為是一個不斷地向前探索發(fā)展的重要學術(shù)研究課題[1]，為社會發(fā)展帶來了可觀的經(jīng)濟效益與巨大的社會效益。

巖質(zhì)高邊坡不同于一般的巖質(zhì)邊坡，由于巖質(zhì)邊坡高度的穩(wěn)定性影響加上高邊坡巖體的結(jié)構(gòu)、水文環(huán)境條件等諸多不確定，使得對變形破壞的監(jiān)測和高邊坡穩(wěn)定性的評價都非常困難，這就對變形破壞監(jiān)測的準確度和穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)精度和穩(wěn)定性提出了更高的技術(shù)要求。在實際的巖質(zhì)高邊坡工程中對每次每個變形破壞監(jiān)測點的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)和結(jié)果都要采用恰當?shù)姆€(wěn)定性分析方法，根據(jù)不同高度和部位的監(jiān)測精度要求，確定各自的所需最高監(jiān)測精度的穩(wěn)定性模型，對高邊坡進行相關(guān)的分析和預測，隨時了解高邊坡變形的變化趨勢，推算出變形和變化規(guī)律，提前采取有效措施，加強對高邊坡穩(wěn)定性判斷的準確性和確保高邊坡施工過程的安全性都有著十分重要的現(xiàn)實意義。

1 常見分析方法

1.1 回歸分析法

回歸模型分析法的方程式是一種以相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)和隨機變量之間是否存在一定的關(guān)系數(shù)據(jù)作為分析的基礎，根據(jù)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)時間序列的變化和實際情況，將相關(guān)聯(lián)的某個或者幾個模型的隨機變量進行綜合預測分析得來的未來值的分析方法。這種模型分析技術(shù)通?？梢詰糜跁r間序列預測數(shù)據(jù)分析，時間序列預測模型以及快速發(fā)現(xiàn)隨機變量之間因果關(guān)系。

這種技術(shù)優(yōu)點在設計和分析多因素模型時，更加簡單和方便，不僅設計者可以預測并自動求出時間序列函數(shù)，還甚至可以自己對預測結(jié)果的未來值進行時間殘差的定性檢驗，檢驗時間序列模型的準確性和精度。利用回歸模型進行定性和定量分析，既要注意避免對數(shù)據(jù)進行時間序列預測或者在分析的過程中對相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)預測值進行任意的外延，又要特別注意數(shù)據(jù)之間是否存在一定的因果相關(guān)關(guān)系，如果兩個數(shù)據(jù)之間根本沒有一定的關(guān)系，那么利用回歸方法計算出的結(jié)果就是錯誤的，同時也要注意合理、準確的對數(shù)據(jù)的序列進行有效的分析，才能保證高邊坡通過回歸分析方法變形的預測是可靠有效的。

1.2 時間序列法

時間序列是利用某種模型，根據(jù)時間的變化而變化的數(shù)據(jù)序列[2]進行分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)序列的變化發(fā)展規(guī)律，及時掌握該數(shù)據(jù)的變化走勢，為了降低外界因素的變化對數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量影響，該種方法要不斷的優(yōu)化模型，及時調(diào)整參數(shù)變量，預測數(shù)據(jù)序列后期的變化值，對受外界影響因素比較小的情況下，預測效果的精度特別高，在中短期數(shù)據(jù)應用比較廣泛。

1.3 指數(shù)平滑法

指數(shù)平滑法統(tǒng)計是一種建立在大量的歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)的利用前提下，通過對移動指數(shù)平均法對其進行了改進，對該組統(tǒng)計數(shù)據(jù)逐項進行推移，計算出該組數(shù)據(jù)序列中某個或某幾個項的指數(shù)平均值，利用這些高于平均值的數(shù)據(jù)來對該組統(tǒng)計數(shù)據(jù)的變化趨勢情況進行了歸納和總結(jié)的統(tǒng)計方法。

這種統(tǒng)計的方法主要是將該組過去全部的數(shù)據(jù)和歷史統(tǒng)計分析資料作為數(shù)據(jù)資源進行了利用，通過這種數(shù)學方法對其進行平滑變化系數(shù)的加以計算和處理，得出的數(shù)據(jù)和結(jié)果對近期數(shù)據(jù)預測的可靠性和準確度來說要遠高于對中遠期的歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行預測，所以這種統(tǒng)計的方法也特別的適合對長期數(shù)據(jù)的變化進行預測。

1.4 灰色模型法

灰色模型理論是將高邊坡工程的變形看做一個灰色變形量，通過建立模型，分析模型，來實現(xiàn)對高邊坡工程變形預測的效果。雖然經(jīng)過長期研究，灰色理論模型已經(jīng)應用在很多領域里面[3]，但是由于實際應用過程中得到的數(shù)據(jù)序列存在一些因素的影響，往往使得時間序列不是等時距的，這就與灰色理論建模所需要的等時距相矛盾，使得模型受到限制，必須對模型加以優(yōu)化，及時調(diào)整才能得到預期的有效結(jié)果，不然計算的結(jié)果就是錯誤的，無法對高邊坡的變形進行有效的預測。

1.5 神經(jīng)網(wǎng)絡法

神經(jīng)網(wǎng)絡模型是充分利用了神經(jīng)網(wǎng)絡的理論，充分調(diào)動強大的非線性網(wǎng)絡對問題分析和處理的能力，反復的運用將產(chǎn)生誤差的概率降到最低，使得神經(jīng)網(wǎng)絡得出的高邊坡預測變形預報分析結(jié)果的直觀和準確性高，也是目前神經(jīng)網(wǎng)絡應用高邊坡變形工程預測最廣泛的模型設計方法之一。具體是將神經(jīng)網(wǎng)絡給出的輸入信息通過輸入層的隱含輸入層逐層遞歸處理，逐層遞歸分析并通過模型設計方法來進行預測和分析評價輸入層高邊坡的安全性，對結(jié)構(gòu)邏輯不清楚、規(guī)則變化不明確，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性不強等常規(guī)難以完成建模和分析的大型復雜高邊坡較為適用。

1.6 有限元法

有限元法是一種隨著計算機的發(fā)展而發(fā)展起來的數(shù)值求解方法，利用假設單元格受力簡單，通過計算機上的Abaqus，Ansys等軟件[4]，對一個個小的結(jié)構(gòu)單元格進行靜態(tài)、動態(tài)結(jié)構(gòu)的分析，最終得到整個結(jié)構(gòu)的受力和變形結(jié)果，但也存在需要大量數(shù)據(jù)、參數(shù)選取困難、位移連續(xù)性差、應力過于集中等問題。

1.7 有限差分法

有限差分法的優(yōu)點是通過有限微分方程以及有限積分微分方程數(shù)值的計算方法對每一個離散的觀測點劃定一個連續(xù)的邊坡變形網(wǎng)絡區(qū)域和范圍，自動地搜索出最先和最容易屈服或被破壞的巖質(zhì)邊坡位置，并從邊坡的應力和其應變的大小兩個角度入手來準確分析節(jié)理巖質(zhì)對邊坡的破壞和應變機理，進行有限微分和積分求得相近或近似的物理解。在差分法中利用高邊坡變形曲線分析中，對各個時刻的高邊坡觀測點都進行了數(shù)據(jù)處理，構(gòu)成一個區(qū)域的邊坡變形網(wǎng)絡，來計算得到一個可以擬合的整個高邊坡變形的曲線，從而更準確地預測出高邊坡工程實際邊坡變形的發(fā)展趨勢及其規(guī)律。

隨著我國社會經(jīng)濟科學技術(shù)不斷的進步和發(fā)展，人們對高邊坡巖質(zhì)穩(wěn)定性的研究也在不斷的尋求創(chuàng)新和發(fā)展，如離散邊界元法、離散邊界元法、塊體結(jié)構(gòu)理論、流形元法、組合結(jié)構(gòu)模型等從定性分析到定量，從不確定分析到計算機的仿真模擬，為巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性問題解決奠定了基礎。

2 結(jié)論

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性研究在理論和技術(shù)上也取得了很大進步，雖然對巖質(zhì)高邊坡無論是定性還是定量的分析方法有很多，但是無論是那一種對巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性的分析方法都有適用條件與局限性，任何單一的分析評價方法都不可能較好地解決實際復雜的巖質(zhì)高邊坡工程。

因此，筆者認為在實際巖質(zhì)高邊坡工程中要充分掌握各種不同方法的優(yōu)缺點和使用范圍，充分結(jié)合工程具體項目特征、實際條件，同時選擇多種對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析和穩(wěn)定性進行綜合判定并舉，相互校核來客觀評價巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性，結(jié)果更加安全可靠，不同類型分析法的相互耦合，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，彼此取長補短，為巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析方法提供了發(fā)展空間。