岩土体边坡稳定分析计算方法的研究进展

关志伟

【摘要】岩土的土体边坡稳定性研究，始终是开展岩石工程中所关注的重要课题。通过综述岩质边坡的稳定性，针对当前稳定分析计算方法以及吸纳应的研究进展进行综述，介绍所主要采用的稳定分析计算方法，包括极限平衡法以及有限元法两种，同时联合两者能够分析岩土体边坡的工程稳定性。发现通过将多种计算方法共同相互校验，能够更好的确保岩质边坡的稳定性计算准确度，同时这也是今后的主要研究方向。

【关键词】岩土体；边坡稳定；计算方法

引言：

岩质边坡的稳定性分析，占据了岩土工程工作开展中的而重要组成。在我国现如今社会发展进程的不断加快，国民经济水平的不断提高，水利工程、城市建筑、公路铁路等多方面的基础设施假设都方兴未艾。在建设多种工程的过程中，也同时出现了诸多岩石类边坡工程，比如三峡高边坡。而实际的工程建设中，岩土体的边坡稳定性直接影响建筑质量。通过为了能够实现沿途边坡的稳定性准确分析，借助多项开挖及支护举措，从而行之有效的促进岩土体边坡的稳定性计算方法进一步发展。

1、定性分析法

在对岩土体边坡的稳定性加以计算分析的过程中，定性分析法主要是借助工程地质类勘察，对边坡稳定性造成较大影响的主要因素，基于失稳力学机制以及变性破坏等多种方式展开分析，通过对已经变形的地质体成因及其具体的演变进化史加以分析，从而更好的对边坡稳定性及其进一步的发展趋势予以评价，并且给予针对性的定性解释说明。在应用定性分析法的过程中，能够对影响岩质边坡稳定性的多种因素进行综合考虑。

1.1自然成因历史分析法

此种方法主要根据岩土体边坡所在的地形地貌，地域历史发展中的诸多破坏现象，具体的发展稳定性及规律等因素展开分析，总结对边坡稳定性所造成主要影响的有关状况，区域性发展特征及区域性发展优势做出综合性评测。

1.2工程类比法

此种方法在应用实质上，就是通过借助现有的自然边坡及人工边坡稳定性具体情况，通过将此种经验逐步应用至所需要展开研究的边坡稳定性设计分析中。它能够针对现存边坡及相应的研究对象，展开更加广泛的调查分析，从而更加全面的针对工程地质类因素展开研究。发现对岩土体边坡稳定性造成影响的主导性因素及具体的发展相似差异性。通过多方面分析从而更好的对研究对象的具体稳定状况加以分析判断。

1.3图解法

在应用图解法的过程中，通常主要包括了两种方法，诺模方法及赤平投影图法。诺模方法在应用中主要是借助诺模图或者关系曲线，对岩土体边坡稳定性参数关系，从而求解得出相应的安全系数，而实际情况上则是数理化分析方法的简化。投影图法则是在计算过程中，基于赤平极射的投影原理，利用作图能够将边坡的变形破坏条件更加直观的表达，提供有关力学信息。

2、定量分析法

2.1刚极体现平衡分析法

极限平衡分析法在应用过程中实际就是通过依据边坡上的有关滑体分块类力学平衡原理，对边坡中所存在诸多破坏的受力状态加以分析。此种方法也是作为一种主要方法，被广泛的应用于岩土体边坡稳定性的工程研究中。对于不同形状的岩土体可以采用不同的方法，比如可以利用Fellenius以及Bishop法对圆弧形破坏滑坡计算；借助平面破坏计算法计算平面破坏滑坡；借助Morgenstern-Price法以及Spencer等方法完成复合型边坡滑动面。

2.2数值分析法

数值分析法在现如今的岩土体边坡稳定性计算过程中应用极为广泛，包括了多种方法：

2.2.1 FEM（有限元法）

FEM方法在岩土体边坡的稳定性分析中较早应用，且此种方法是现阶段应用及其广泛的方法，当前已经根据此方法开发了二维及三维的有限元分析模型，从而更好的对弹塑性、弹性以及粘塑性等问题进行解决。有限元方法可以在应用中，考虑岩土体边坡的不连续性及非均性，从而给出相应的应力分布点及应变大小，可以基于根源让我们近似性，对岩土体边坡变性破坏机制加以分析。

2.2.2 BEM（边界元法）

此种方法最初源自于上世纪70年代，Cronch.L学者首次将其应用于对层状岩体的稳定计算中，该方法不同于FEM，在应用中只是离散了研究区边界，由此只需输入较少的数据量。此种方法在岩土体边坡的稳定性计算分析中，对无限域及半无限域的处理应用效果比较理想。那么在对材料的非线性、不均匀性以及模拟分布开挖的过程中，整体应用效果还不同于有限元法。由此邊界元方法现阶段在边坡的岩体稳定性分析中应用，远不及应用于地下洞室。

2.2.3 FLAC（快速Largangian法）

为了能够对有限元数值分析法应用中，无法对岩土出现大变形情况加以计算分析的不足，从而提出了FLAC计算分析法，此种方法可以在FEM法的基础之上，更加全面的将岩土体本身的大变形特征及不连续性特征全面考虑，从而获得更快的求解速度。但是该方法在应用中也同样存在不足之处，与FEM法应用一样，无法较为精确的计算岩土体边缘及单元网格划分。

2.2.4 DEM（离散元法）

此种方法最初是Cundall P.A于上世纪70年代首次提出，该方法属于动态性数值分析法，可以将其运用至对边坡岩体的非均质、大变形以及不连续性等诸多特点加以模拟分析。由此成为现阶段较为流行的岩土体稳定性分析法。通过在应用该方法中，对岩土体边坡块体的弹性变形，划分成为若干块刚性块体，从而结合不同本构之间的关系，对块体的受力状态及具体时间变化加以分析。

2.2.5 IDEM（无界元法）

为了对有限元法在计算过程中，具体的计算范围及其边界条件不确定这一缺点加以克服，通过于上司机80年代初提出无IDEM法，在应用中基于特殊的形函数以及位移插值函数，能够将边界条件加以反映，由此被较为广泛的应用至非线性问题、不连续问题及动力问题中，解决了有限元方法的边界效应，提升了整体求解精度及计算效率。

3、结语

随着数值分析法的不断创新和研发，不同数值之间方法的耦合化，已经成为下一阶段岩土体边坡稳定性计算法的应用趋势。比如FEM、DEM等多种方法之间的耦合，可以对愈来愈复杂的岩土体边坡问题稳定性加以计算，并且多种计算方法之间能够有效解决单个计算方法之间的弊端，从而确保计算的更加合理、精准、高效、经济。

参考文献：

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