边坡稳定性分析方法概述

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1、边坡稳定性分析方法述评周晓明，游启升，吴盖河海大学水利水电工程学院，南京2100980引言边坡稳定性问题涉及矿山工程、道桥工程、水利工程、建筑工程等诸多工程领域。近几十年特别是近20a，随着我国基础建设的大力发展，边坡稳定性的研究及其维护显得越来越重要。这些工程都涉及到大量的边坡问题，而且，作为三大自然灾害（地震、洪水和崩塌滑坡泥石流）之一的滑坡灾害严重地危及到国家财产和人们生命的安全，所以对边坡进行稳定性研究具有十分重要的意义。其主要目的就是分析边坡稳定分析方法的发展，述评各种常用的分析方法，简要探讨一下边坡稳定分析的发展趋势。边坡

2、稳定性研究已有100a以上的历史。早期的边坡研究是土体为研究对象的，其主要是采用材料力学和简单的均质弹性、弹塑性理论为基础的半经验半理论性质的研究方法，并把此方法用于岩质边坡的稳定性研究，但由于其力学机理的粗浅或假设的不合理，其计算结果与实际情况差别较大。随着进一步发展，人们开始使用条分法、有限元方法研究边坡的稳定性问题，给定量评价边坡的稳定性创造条件，并使其逐渐过渡到数值方法，从而使边坡稳定性研究进入模式机制和作用过程研究成为可能。20世纪80年代以来，随着工程规模的不断加大，边坡岩体工程条件也越来越复杂，随机方法和模糊方法等不确定

3、性分析方法被应用，从而把这个领域推向了新的阶段。随着计算机的应用及计算理论的发展，各种方法广泛地应用，在传统的理论方法基础上，可以定量或半定量地模拟边坡变形破坏发展过程及形成机制，从而在整体上，从理论与实践的角度认识边坡的发展、演化过程。1极限平衡法极限平衡法在工程中应用非常广泛。它是根据边坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理（即静力平衡原理）分析边坡各种破坏模式下的受力状态，以及边坡上的抗滑力和下滑力之间的关系来评价边坡的稳定性。其基本原理是：设边坡的稳定安全系数为F，则当边坡土体材料的抗剪参数（摩擦因数tanφ和粘结力c）降低F倍后

4、，边坡内某一最危险滑面上的滑体将濒于失稳的极限平衡状态。在极限平衡分析中需要假定滑裂面，如果滑裂面为任意形状，那么，为了确定沿滑裂面的应力分布，需要将滑动土体分成若干垂直土条，通过分析作用于土条上的力来建立平衡方程，此即条分法。目前，主要有：瑞典圆弧形、Bishop法（1955）、Morgenstern-Price法（1965）、Spencer法（1973）、Bell法（1968）、Janbu法（1973）、Sarma法（1973，1979）、孙君实法（1983）等。各种方法最大的不同之处在于对相邻分条之间内力的假定不同，见表1。此外

5、，王复来（1979）对Janbu法作了改进，陈祖煜（1983）对Morgenstern-Price法作了改进，陈祖煜（1999）对Sarma法作出了全面改进。表1条分法比较计算方法所满足的平均条件滑裂面形式条间内力假定整体力矩分条（块）力矩垂直力水平瑞典圆弧形√×××圆弧合力方向Bishop法√×√×圆弧忽略切向条间力Morgenstern-Price法√√√√任意合力方向Spencer法√√√任意合力方向Janbu法√√√√任意合力的作用点Sarma法√√√√任意合力方向1.1瑞典圆弧形瑞典圆弧形是目前仍广泛应用的条分法。它假定滑裂

6、面为一个圆柱面（剖面上是一个圆弧），将可能滑动面以上的土体划分成若干铅直土条，不考虑土条间相互作用力的影响。安全系数定义为土条在滑裂面上所提供的抗滑力矩和滑动力矩之比。瑞典圆弧形是由于不考虑条间力的作用，严格地说，对每一土条力的平衡条件和力矩平衡条件是不满足的，仅能满足整个滑动土体的整体力矩平衡条件。一般使计算出的安全系数偏低10%~20%。这种误差随着滑裂面圆心角和空隙压力的增大而增大。1.2Bishop法简化Bishop法。其基本原理是假设条块间作用力的方向为水平向，即假定只有水平推力作用，而不考虑条块间的竖向剪力，建立整个力矩平

7、衡方程，并由静力平衡条件求解安全系数。大量实际边坡稳定分析计算表明，对于圆弧滑面，该方法的计算结果与满足所有平衡条件的严格极限平衡法的计算结果相当一致，且其计算过程相对简单，适用于手算和机算，已被纳入各国规范。1.3极限平衡条分法的局限性及限平衡条分法简单易用，对于简单边坡计算精度也比较高，通过一些假定也能处理比较复杂的边坡，但其终究具有自身的局限性，主要如下：（1）极限平衡条分法需要事先假定一滑裂面，所以它最终的解一定依赖于初始假定的滑动面，寻找到的滑动面不一定是全局最优的，即存在一定的人为误差。（2）对于均质边坡比较容易假定出可能

8、的滑动面，而对于土层性质差异较大的非均质地层，以及存在节理裂隙的岩体边坡，其潜在滑动面并非圆弧形，很难通过假设确定。（3）极限平衡条分法只能给出边坡的安全系数及其相应的滑动面位置、形状，无法考虑边坡内部岩土体的应力一应变