浅谈黄土边坡稳定性分析及防治技术研究现状

王婷茹

摘要：本文通过对近年来黄土边坡稳定性分析方法和防治技术研究现状进行分析总结，得出目前对黄土边坡稳定性分析和防治技术的局限性，以及今后的发展方向。

Abstract： Based on the analysis and summary of the research status of the stability analysis method and prevention and control technology of loess slope in recent years， this paper obtains the limitation of the current stability analysis and prevention technology of loess slope， and the development direction in the future.

关键词：黄土边坡;稳定性分析;防治技术

Key words： loess slope;the analysis of stability;prevention technology

中图分类号：TU444                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）34-0214-02

0  引言

黄土边坡是指在黄土地区由自然重力或人工作用下形成的具有一定坡度的临空面[1]。近年来，随着中国“一带一路”建设方针的引领，西北地区各大城市开始不断开展地铁、铁路、公路以及各建筑等基础设施建设工作，而黄土在我国的分布遍及甘、陕、晋的大部分地区以及豫、宁、冀等部分地区，此外，新疆和鲁、辽等地也有局部分布，因此施工中经常能遇到的是黄土边坡问题。

黄土边坡目前是各类建设工程的主要结构型式之一。但由于黄土本身的特性较为复杂，使得边坡稳定性问题目前仍处于探索研究阶段。本文根据黄土边坡工程的建设中经常能遇到各种由于土体特性而产生的工程问题，进行总结分类，比较目前在建设过程中针对黄土边坡稳定性进行的分析方法，分析目前较为合理的防治措施现状，为进一步的黄土稳定性研究提出理论依据。

1  国内外研究开发现状

随着科技信息的发展，利用各種数值模拟软件和数值分析方法对边坡的稳定性进行研究已经是一种趋势，而边坡防治技术也在不断改进。

1.1 边坡稳定性数值分析研究现状

极限平衡法最初由瑞典学者K.E.Pettersson和S.Hultin提出，并首次应用于分析边坡稳定性。在此之后，瑞典学者W.Fellerius初步探索了最危险滑裂面的变化规律，得出瑞典条分法的雏形。上世纪30、40年代，国外学者对于边坡稳定性的研究，主要集中在最初的瑞典圆弧法的基础上，对其进行了不断的修改和补充，并进一步对其计算方法进行了修正，这使得瑞典圆弧法能够更加实际、更加真实地解决实际问题[3]，也为后面的学者开展边坡稳定性研究提供了数据基础。随着有限元计算模型的建立以及计算机技术的推广应用，一种新型的边坡稳定方法应运而生，这就是数值分析法。1966年，美国学者Clough和 Woodward成功的应用有限元法完成了首例土坡稳定性问题的分析，标志着有限元法在边坡稳定性问题中正式得到应用。

利用数值分析方法对边坡稳定性进行分析，首先需要根据边坡的参数建立数学模型，模型的建立又基于不同的算法，如有限单元法（Finite Element Method）、边界元法（Boundary Element Method）、离散元法（Distinet Element Method）、拉格朗日差分法（Fast Lagrangian Analysis of Continua）、不连续焚形分析法（Discontinuous Deformation Analysis）等[4-5]。这些计算方法的参数侧重点有所不同，因此应用于不同环境下的边坡稳定计算，如边界元法常用于地下洞室稳定性的评价;离散元法作为一种动态方法，能解决滑坡非均质、大变形以及非连续问题[6]-[7]。为解决由于边坡的复杂性和不确定性问题，专家学者们还提出了各种非确定性方法，例如模糊数学法[8-9]、可靠度评价法[10]等。

国内学者近年来在黄土边坡稳定性数值分析应用方面也有很多突破，通过对大量文献的阅读对比分析后得出，发展方向依然集中于数值分析的计算方法和模拟软件应用方面，主要表现为利用不同的数值模拟软件，结合不同的数值计算方法，对黄土边坡稳定进行定量分析，得出边界条件。

近年来常用的模拟软件和计算方法如图1所示。

1.2 黄土边坡防治技术研究现状

只针对黄土边坡防治技的研究，国外资料较少，生态学家Donald（2007）提出过利用植物本身的特点，再结合建筑物构建一种生态式边坡防护。此方法也为后来的黄土边坡防护提供了一种思路。

我国黄土面积较广，因此黄土边坡一直是国内学者研究的重点，由于黄土的受力、变形破坏具有很多不确定性，因此目前没有一种较为认可的普遍方法。根据黄土的湿陷性，防治措施的研究也集中于两方面，即防水和换填土。

对大量文献的研究后，发现应用较广的方法主要有浆砌护面方法、锚索、抗滑桩、地表排水沟和植物护坡联合使用的防治措施。国内学者针对不同区域黄土边坡问题，采用上述措施后结果显示边坡稳定性系数显著提高。充分证明此类方法是最直接有效的，另外，部分学者也将换填土及防水治理方法相结合，制定高危型黄土边坡的治理措施，也取得了较好的结果，如崔丽鹏等通过研究山西省煤矿区边坡参数（坡高、坡率）和边坡稳定性（稳定系数）的相关性，建立了煤矿区黄土边坡防治的上限方程，根据上限方程建立“削坡+空心六棱砖+植物防护+截排水”组合的多种防治技术[11]。

2  存在的问题

综上所述，大部分学者开展的黄土边坡稳定性数值分析都是针对某一区域开展的研究，而黄土又是一种特殊性材料，存在相当广泛。就我国地质情况来说，各个地区地质地貌、气候条件等自然因素都不相同，每种方法都有其适用范围。因此对不同类型的边坡，无法用统一的分析方法针对黄土的结构性、湿陷性等特点，系统性提出解决方案。另外在分析力学参数对边坡稳定性的影响时，假定土体为均质、各向同性的同一种土，而实际上同一土层也具有很大的不均匀性、差异性。

①边坡稳定性分析的数值分析方法是建立在单一模型基础之上，应用较多的方法是有限元法，有限元法作为一种数值分析方法，基本思想是根据解给定的泊松方程化为求解泛函的极值问题。而有限元法之所以能应用在广泛的边坡稳定性分析的原因是由于其中有流体力学加权数的考虑。如果将黄土边坡的变化过程单一用流体力学的理论去解释，很明显是不妥的，无法考虑现实情况中的具体问题。因此此方面的研究在一定程度上存在片面性。

②黄土湿陷性的机理是由于粘性颗粒含量较少，针对湿陷性机理的研究目前较少。黄土边坡的失稳事故80%都与黄土的湿陷性有关。在边坡防治技术中强调的是防水与加固，深层次的问题就是杜绝黄土的湿陷性造成的危害。而目前的研究还未建立成熟的黄土湿陷性数值模型，无法准确评估湿陷性的影响。

③我国地理条件复杂，黄土分布面积较广。同一种地区也有不同种类的黄土结构。目前的学者研究都是针对某一地区的黄土边坡进行稳定性评价，相互之间不能进行横向对比，无法形成较为统一的研究标准，因此也在一定程度上限制了黄土边坡稳定性分析和防治技术的理论发展。

3  结论

结合目前研究现状，在已有的研究基础上，对于黄土边坡稳定性数值分析和防治技术研究上从以下方面发展的趋势较为明显：

①未来边坡稳定性评估的一个方向是系统性研究边坡稳定性。针对不同黄土边坡类型开展系统性的研究，如以黄土湿陷性的结构体系分类，开展自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土的边坡稳定性分析，弱化地域差异，强调黄土的特性特征。

②随着计算机技术的不断发展，数值模拟软件的应用逐渐成熟，利用计算机形成智能评价系统，是未来研究边坡稳定性的一个趋势。

③利用黄土微观结构理论，建立黄土湿陷性机理模型，将成为研究黄土边坡稳定性的一個发展方向。黄土的微观分析目前已经有大量学者在进行试验验证阶段，能够建立统一的黄土湿陷性机理模型，那么对今后的黄土边坡稳定性数值分析将提供重要的理论基础。

参考文献：

[1]崔政权，李宁.边坡工程一理论与实践最新发展[M].北京：中国水利水电出版社，1999.

[2]Fellenius W.Erdstatisch Berechnungen，Berlin W Ernst and Sohn revised edition，1939.

[3]Bishop A W.The use of the slip circle in the stability analysis of slopes.Geotechnique，1955，5（1）：7-17.

[4]Janbu N.slope stability computations.Embankment Dam Engineering，1973，47-86.

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[7]Bogumi？覥 Wrana，Natalia Pietrzak. Slope Stability Estimation of the Ko ciuszko Mound in Cracow[J]. Studia Geotechnica et Mechanica，2015，37（2）.

[8]张勇慧，李红旭，盛谦，等.基于模糊综合评判的公路岩质边坡稳定性分级研究[J].岩土力学，2010，31（10）：3151-3156.

[9]王旭华，陈守煜.边坡稳定性评价的多层模糊模式识别方法[J].辽宁工程技术大学学报，2006，25（6）：855-857.

[10]吴浩，张金接，姜龙，等.基于灰色理论的边坡变形时效特性预测研究[J].中国水利水电科学院研究院学报，2014，12（3）：270-275.

[11]崔丽鹏，龙建辉，石文慧.煤矿区黄土边坡特征分析及防治对策[J].煤田地质与勘探，2016，44（03）：87-91，96.

[12]王艳红.黄土边坡稳定性分析的概率方法[J].价值工程，2014，33（10）：91-92.