岩质边坡稳定性分析方法综述

岩质边坡稳定性分析方法综述

潘哲敏

广州市市政工程设计研究总院

摘要：就目前情况来看，岩质边坡稳定性分析方法数量较多且分类与适用条件也各有不同。本文以定性分析方法和定量分析法对岩质边坡稳定性进行相应梳理和分析，并将各种分析方法中的优缺点进行阐述，以帮助边坡工程设计过程中能够选择合理、可靠的分析方法，推动岩质边坡稳定性分析方法持续发展。

关键词：边坡稳定性；定性分析；定量分析

伴随我国社会经济的发展，推动国家道路建设的发展，而在道路建设过程中有时会涉及到与岩石相关的工程，自然会遇到边坡稳定性相关问题。就当前情况来看，虽然有许多可以进行边坡稳定性分析的方法，但这些分析方法都有其各自的局限性与适用条件，所以，在对岩质边坡进行实际分析过程中，应结合工程当中的边坡实际情况，选择合适的分析方法对其进行分析与评价，以保证评价结果足够客观、可靠、合理。当前大多数工程所采用的分析方法主要有定量分析法与定性分析法，而定量分析法又分为确定性分析法与不确定分析法两种。

一、定性分析方法

在对边坡的成因及演化、边坡稳定性影响因素、可能的变形破坏方式、力学机制的失稳等相关方面进行分析时，一般都会采用定性分析法进行研究分析，并对边坡的发展趋势与稳定性给出定性说明。通过采用定性分析法使边坡的稳定性得到快速的预测与评价，但缺点也较为明显，那就是经验性较强，且没有一定的数量界限。以下为常用的定性分析方法。

1.历史成因分析法

该方法一般适用于对天然边坡进行评价和分析。通过对边坡的变形破坏程度与迹象进行分析研究，并结合其所处的地质构造环境来进行边坡历史演变的还原，以对边坡进行稳定性评价和其发展趋势进行有效预测。

2.工程地质类比法

工程地质类比法比较适合在中小型的工程中应用，因为其具备相应的经验属性与地区属性特点，而若是想要在大型工程中使用该方法，则必须要与其他方法配合使用。该方法主要是将过去研究过的边坡稳定性情况、影响因素、处理方法及治理经验进行整理，以便将其用在与之情况相似的边坡研究上，并逐渐延伸出专家系统、边坡工程数据库和范例推理评价法。

3.图解法

图解法常用于对边坡稳定性进行初步性阶段分析，通过图解法分析能够有效发现岩制边坡当中存在的问题，并立即配合其他方法对其进行有效计算与验证，从而使问题得到解决。图解法主要包括实体比例投影法、极射赤平投影法、等密图法、双面投影法、节理极点图、摩擦圆法等。而以上图解法中最常用的要数实体比例投影法与极射赤平投影法，其可以对有效反映出边坡各组织结构面间的组合关系及边坡的变形破坏边界，并能够将滑体规模、滑动方向与滑体形态做出一定的判断，进而实现对边坡稳定性的初步评价。

二、确定性分析方法

作为对边坡稳定性进行定量分析方法中的一种，确定性分析方法主要包括数值分析法、极限平衡法与图表法。

1.数值分析法

该方法主要是利用其他方法所求得的边坡变形情况与其应力分布，并结合岩体中的应力与应变的变化过程，得出各点所对应的局部稳定系数，从而对边坡的稳定性进行判断。数值分析法常用来进行处理具有非线性、非均质、较复杂的边界边坡稳定性分析，并有效弥补极限平衡法的不足之处。而在进行对岩质边坡稳定性的评价过程中，常用的数值分析法主要包括边界元法、有限元法、离散元法、块体理论、不连续变形分析法（DDA）、拉格朗日法、流行元法等。

2.极限平衡法

极限平衡法被誉为当前最为成熟的确定性分析方法，同时也是最常用的一种方法。在采用极限平衡法进行边坡稳定性的研究分析时，需要将处于滑动趋势范围内的边坡岩体按照摩尔-库仑准则划分为若干个小块，并通过其平衡条件来完成静力平衡方程，进而得出安全系数。其方法的关键之处在于对滑体范围、滑体荷载、临界破坏位置及地质参数的恰当选择进行正确地判断。虽然该方法较为直观，且计算比较简单，但也存在相应缺点：①临界破坏面的位置难以确定；②计算模型在力学方面被简化；③将岩体作为刚体处理，从而无法反映岩体内的真实应力-应变关系。

3.图表法

图表法，如果按性质可以将其分为两类，一类是以赤平极射投影作为基础的分析方法；另一类是通过简化力学计算法，并根据计算公式，将表示边坡相关参数之间的定量关系以图表形式展现出来。这两种方法都将其中复杂的计算环节省去，并只需要根据已知条件进行查图，便可得知相应结果。由于图表法具有简单、直接的特点，所以比较适合计算结构类型相对简单的边坡，如果是面对类型较为复杂的边坡时，则由于其计算相对复杂，而无法进行图表绘制，造成无表可查的现象。

三、不确定性分析方法

随着土木工程行业的发展，促使边坡稳定性分析方法获得一定程度的发展，且逐渐受到更多人的关注，而伴随各种相关技术理论与信息技术的发展，逐渐发展出新的不确定性分析方法，主要有以下几种：

1.灰色分析法

该方法比较适合对具有较为复杂的地质环境、结构组合、力学性质等不确定因素的边坡进行分析与评价。其主要通过灰色关联度分析原理，对大量不完整信息进行相应的数据处理，并从中有效找出其内在关联性，以确定各影响因素对边坡稳定性的影响程度，进而通过多种因素的叠加对边坡稳定性进行分析评价。

2.可靠度分析法

该方法是将多种边坡稳定性影响因素作为样本，对其进行相应的数理统计分析，并结合工程当中边坡的实际情况，用破坏概率或可靠指标对边坡的安全度进行评价。但该方法的缺点是各随机因素概率的确定较为困难，且样本的选取难度也相对较大，但是却能对边坡工程的实际情况进行有效地反映，并能够对确定性分析法无法解释的问题给出正确合理地解释。

3.模糊数学分析法

该方法主要被用于对大型边坡整体稳定性的评价，其具体做法为找出各边坡稳定性影响因素，并对他们进行不同权限的赋予，最后通过建立模糊关系矩阵对其进行求解以实现边坡评价分析工作。其优点在于对具有多变量、多因素影响的边坡稳定性分析提供了有效方法，而缺点在于对影响因素的权重无法进行有效确定。

4.神经网络分析法

该方法比较适合处理一些具有推理规则不明确、知识背景不清楚且难以建模的复杂型边坡工程，其工作原理是利用神经网络理论，将各种边坡稳定性影响因素当作输入变量，并建立出相应的映射模型，并通过模型对边坡进行最后的安全性分析与评价工作。

除了以上不确定性分析方法外，还有聚类分析法、模拟退火法、遗传算法、反向分析法、半解析元法等。

四、总结

伴随现代信息技术的快速更新与科学理论的不断进步，推动岩质边坡稳定性分析方法取得相当大的进步。虽然目前已经用有许多的边坡稳定性分析方法，但都有其各自的局限性，且对应不同的适用条件，所以，还需要进一步加强对稳定性分析方法的研究与完善，使其在进行岩质稳定性分析时得出的结果客观、可靠、合理，从而使稳定性分析方法不断完善、改进，实现行业可持续发展。

参考文献

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