滑坡稳定性评价方法研究

滑坡稳定性评价是在对地质体充分认识的基础上, 通过对滑坡作用机理的研究从而得出的定性和定量评价结果。纵观发展历程, 滑坡预测经历了从定性一定量, 从确定性—非确定性—概率论的过程。滑坡评价方法分为:定性分析方法、定量分析方法 (数学模型法) 、不确定性分析方法、确定性与不确定性方法的结合、物理模拟方法。数学模型法在进行定性分析的基础上, 建立预测对象的地质模型, 通过合理的假设或简化, 将复杂的研究对象抽象成可以求解的数学模型, 进而选取合理的参数进行预测计算, 获取最后的预测结果。目前预测数学模型可以分为两大类:非确定性方法和确定性方法。非确定性方法主要有模糊数学分析法、灰色理论分析法、灰色模糊综合法以及概率分析法等:确定性分析方法包括解析法和数值分析法。其中解析法主要是基于极限平衡理论的刚体极限平衡分析法。

1 定性分析方法

它是分析影响滑坡稳定性的主要因素、失稳的力学机制、变形破坏的可能方式及工程的综合功能等, 对滑坡的成因及演化历史进行分析, 以此评价滑坡稳定状况及其可能发展趋势。该方法的优点是综合考虑影响滑坡稳定性的因素, 快速地对边坡的稳定性做出评价和预测。常用的方法有以下几种。

1.1 地质分析法

根据边坡的地形地貌形态、地质条件和滑坡变形破坏的基本规律, 追溯滑坡演变的全过程, 预测滑坡稳定性发展的总趋势及其破坏方式, 从而对滑坡的稳定性做出评价, 对已发生过滑坡的滑坡, 则判断其能否复活或转化。

1.2 工程地质类比法

它是将已有分析滑坡稳定性的基本经验运用到相似条件的滑坡稳定性评价中去。全面分析工程地质因素的相似性和差异性;分析影响滑坡变形发展的主导因素的相似性和差异性。同时, 还应考虑工程的类别、等级及其对滑坡的特定要求。虽然是一种经验方法, 在同类工程地质条件下, 在滑坡治理设计中是可以借鉴。

1.3 图解法

图解法可以分为两类: (1) 用一定的曲线和偌谟图来表征边坡有关参数间的定量关系, 由此求出边坡稳定性系数;或已知稳定系数及其它参数 (结构面倾角、坡角、坡高) 仅一个未知的情况下, 求出稳定坡角或极限坡高。这是力学计算的简化。 (2) 利用图解求边坡变形破坏的边界条件, 分析软弱面的组合关系;分析滑体的形态、滑动方向;评价边坡的稳定程度, 为力学计算创造条件。常用的为赤平极射投影分析法 (王思敬, 1 9 9 0;孙玉科, 1 9 8 0) 及实体比例投影法。

2 定量评价方法

实质是一种半定量的方法, 虽然评价结果表现为确定的数值, 但最仍依赖人为的判断。目前, 所有定量的计算方法都是基于定性分析之上。

2.1 极限平衡法

极限平衡法在工程中应用最为广泛。根据边坡破坏的边界条件, 应用力学分析的方法, 对可能发生的滑动面, 在各种荷载作用下进行理论计算和强度的力学分析。通过反复计算和分析比较, 对可能的滑动面给出稳定性系数。总体来讲, 极限平衡法模型简单、计算过程简单, 计算结果物理意义明确, 但由于假设前提往往与实际情况有出入, 使得该类方法的结果与实际存在一定差异, 具有局限性和不完善性, 有待于发展和完善。

极限平衡方法的最新发展之一是S a r m a法。其基本概念为:边坡除非是沿一个理想的平面或圆弧滑动, 才可以作为一个完整的刚体运动。否则, 必须先破裂成多个可以相对滑动的块体, 才能发生滑动。该方法的优点是:可以用来评价各种类型滑坡的稳定性, 如平面滑动、楔体滑动、圆弧及非圆弧滑动等;条块边界不需要垂直。

2.2 数值分析方法

主要是利用某种方法求边坡的应力分布和变形情况, 研究岩体中应力和应变的变化过程, 求得各点上的局部稳定性系数, 由此判断边坡的稳定性。主要有以下几种。

(1) 有限单元法 (F E M) :其优点是部分地考虑了边坡岩体的非均质、不连续介质特征, 考虑了岩体的应力应变特征, 可以避免将坡体视为刚体;其不足之处是;数据准备工作量大, 原始数据易出错, 不能保证整个区域内某些物理量的连续性;对解决无限性问题、应力集中问题等其精度比较差。

(2) 边界单元法 (B E M) :该方法只需对已知区的边界极限离散化, 具有输入数据少的特点。其不足之处为:—般边界元法得到的线性方程组的关系矩阵是满的不对称矩阵, 不便应用有限元中成熟的对稀疏对称矩阵的系列解法。

(3) 离散元法 (D E M) :离散单元法可以直接地反映岩体变化的应力场、位移场及速度场等各个参量的变化, 可以模拟边坡失稳的全过程。该方法特别适合块裂介质的大变形及破坏问题的分析。其缺点是计算时步需要很小, 阻尼系数难以确定。

除以上几种方法外, 数值方法近年来有很大发展, 如无界元 (I D E M) 、不连续变形分析 (D DA) 等方法。数值分析方法也存在着明显的不足。

(1) 由于地质条件的复杂性及认识的局限性, 往往使计算的基础——地质模型及本构关系的确定存在着一定的偏差。

(2) 由于计算参数选取与实际存在一定误差, 影响了计算结果的精度。

3 结语

在稳定性计算中主要存在的问题是:滑动面的确定方法有待于丰富;计算参数的精度有待于提高等;稳定性评价研究的发展趋势可概括为强调对复杂地质结构体的三维描述;注重最危险滑移面的确定等。本文综合研究了滑坡稳定性评价方法, 在此基础之上, 提出了各种方法的优缺点, 对于科学防治滑坡具有重要的理论意义。

摘要：滑坡稳定性评价是在对地质体充分认识的基础上, 通过对滑坡作用机理的研究, 从而得出的定性和定量评价结果。本文研究了滑坡稳定性的定性和定量分析方法, 论述了各种方法的优缺点和适用条件, 可为滑坡的防治提供依据。

关键词：滑坡,稳定性,评价方法

参考文献

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