岩土工程中边坡稳定性分析及监测方法研究①

王伟星 韩侃 蒋育华 朱兆荣 王秉勇

(中铁西北科学研究院有限公司 甘肃兰州 730000)

岩土工程项目边坡的稳定性对于施工安全可靠的开展有着至关重要的作用，各种各样的工程项目建设离不开对边坡的稳定性分析。通过边坡稳定性分析，能够准确判断边坡破坏的程度以及相应的检测和补救方法，从而能够有效减少由于边坡破坏而造成的安全事故，保证施工安全持续的开展。

1 岩土工程中边坡稳定性的分析方法

1.1 瑞典圆弧法

瑞典圆弧法是比较常见的边坡稳定性分析方法，瑞典圆弧滑动面分裂法首先假设滑动面上方的土壤被划分成多个垂直的土棒。同时，明确每个土层上力矩平衡以及力的分布状态可以得到土体稳定的安全系数当。土壤决定坡度和滑坡面时，可以将砂土假定为近似平面，粘土假定为碗状或者圆柱状，滑动力矩和抗滑力矩之间的比值为边坡稳定安全系数。瑞典圆弧法是条分法中最为简单和可行的方法，在当前岩土工程边坡稳定性检测中有着十分广泛的应用价值[1]。

1.2 简化Bishop法

简化Bishop法是当前边坡稳定性分析和检测领域应用最为广泛的一种非严格条分法，Bishop法在计算过程中没有考虑竖向剪切力，只考虑水平作用上的力，相关工程项目计算人员可以假设条块之间只存在水平的推力作用，竖向不存在相互的剪切作用力。通过这些简化的计算方法，可以建立起坡体的力矩平衡方程以及整体平衡方程，并根据极限平衡条件以及实际的工程项目建设情况求解安全系数。但是简化Bishop法没有充分考虑到条块间竖向剪切力的作用，而且没有考虑每一条块的力矩平衡条件，使得求解计算量大大减少。因此，也存在一定的缺陷，使得最终的计算结果以及计算精度并不高，在工程项目建设要求较严的项目中应用不多[2]。

表1 边坡稳定监测技术

图1 边坡稳定监测系统结构图

1.3 极限平衡法

极限平衡法是基于静态平衡的理论应用的一种边坡稳定分析方法，在进行参数分析的过程中，既需要充分了解边坡的应力状态，而且还需要明确边坡抗滑力的作用。同时，要确定边坡应力与抗滑力之间的关系，通过滑动体分块的力学平衡方程计算参数。在这个过程中，计算人员可能遇到非静态的问题，这时需要依托于边坡的应力应变关系进行改进，这样虽然会造成计算的严密性以及分析的准确性不佳，但是并不会影响整体边坡稳定性计算的精度和准确度[3]。

1.4 数值分析法

数值分析法在边坡稳定性分析中的主要应用包括有限元分析法、边界单元法、不连续变形分析方法以及离散单元方法等。数值分析方法在边坡稳定性分析中的应用可以结合岩体的破坏规则以及岩体的实际状态，确定边坡的拉裂区、压碎区以及塑性区，从而能够有效得到岩质边坡的位移场和应力场。首先，通过计算出边坡那个单元的应力，然后结合实际产生的剪应力和滑裂面的抗剪强度的比值求得安全系数。可以将岩土边坡的安全系数看作是边坡，能够刚好达到临界收敛状态时对岩土体的剪切强度进行折减的程度。

2 岩土工程中边坡稳定性监测方法

2.1 设置边坡稳定监测管理系统

在进行边坡稳定性监测（见表1）之前，工程项目建设人员需要针对边坡的实际工作条件以及实际受力情况进行系统科学的分析，设计系统全面的边坡稳定性监测系统（见图1），及时发现边坡使用过程中存在的问题和风险，并采取有效措施进行解决，减少由于边坡破坏而造成的风险事故。边坡稳定性监测系统主要包括数据自动检测系统、数据传输系统、数据采集系统、应急监测服务中心这四部分组成。数据监测系统可以使用各种动态信息采集设备对现场的边坡工作状况进行全面监督，数据采集系统的主要工作包括控制监测仪器存储数据，实现数据和PC端的通信以及嵌入式计算机的应用等。

2.2 声发射监测系统

声发射监测系统主要是由波导管和传感器进行连接的，检测岩土工程边坡稳定性的重要手段，声发射监测系统在导管内部安装一个功能全面低压电能机，从而可以实现对声发射的监测，声发射监测系统具有监测范围大，可以实时提供信息的特点，在边坡监测当中，应用声发射监测技术不仅可以有效监测对边坡稳定性造成破坏的地层，而且还能够系统监测边坡变形情况。在声发射监测系统实际工作的过程中，岩体受力与岩体声发射现象有着很大的联系，可以有效监测岩体的动态表征，而且能为工作人员提供比较直观的结果，极大地提升了监测的有效性和科学性，减少监测所需耗费的时间。

2.3 边坡雷达监测方法

边坡雷达监测技术在边坡稳定性的监测过程中有着十分重要的应用价值，该监测技术融合了SAR技术具有良好的监测效果，而且监测精度优良。当前边坡雷达系统发展的已经相对比较完善，距离分辨率能够达到50cm作用的距离，在300～2000m之间对于边坡形变的测量精度可以达到0.5mm。工作人员在进行测量的过程中，可以通过相位变化的信息对形变信息进行评估，从而可以有效提升边坡测量的精度和准确性。在边坡稳定性检测的过程中，工作人员需要借助边坡稳定雷达装置进行监测，充分发挥边坡雷达监测系统的扫描功能，扫描进毫米精度的不同边坡并进行多次扫描，以保证扫描数据的真实性和准确性。

3 结语

综上所述，岩土边坡稳定性分析和监测直接关系着岩土工程项目的建设质量和建设水平，需要加强对岩土边坡稳定性分析及监测工作。通过各种理论和方法促进岩质边坡稳定性分析工作的发展，并加强对数学模型力学机理、智能评价体系及计算方法的研究，使得可以在实际边坡工程中高效准确的服务，保证工程项目顺利稳定的建设，促进我国建设行业的可持续发展。