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关于岩土工程边坡问题的文献综述

摘要:边坡分析理论经过近几十年的发展,基本形成了完善的体系。现有

的边坡稳定性分析评价模型大致有以下几类:(1)基于传统静力准则的评价模型;

(2)基于数值计算方法的分析模型;(3)基于能量原理的分析模型;(4)基于

系统控制论的分析模型;(5)基于智能技术的分析模型等;(6)性多模型综合评

价。目前,边坡稳定性分析的方法很多,其中较为典型的有极限平衡法,极限分

析法,有限元法等。

关键词:边坡分析理论、边坡稳定性分析模型、边坡稳定性分析方法、土质

边坡的稳定性分析、岩质边坡的稳定性分析

1、背景

随着科技的进步和社会的飞速发展,全球的经济迅速崛起,因此很多重大项目如水电、

露天采矿、能源及交通项目应运而生。这就极大地促进了岩土工程边坡分析理论的发展。

边坡分析理论经过近几十年的发展,基本形成了完善的体系。现有的边坡稳定性分析评

价模型大致有以下几类:(1)基于传统静力准则的评价模型;(2)基于数值计算方法的分析

模型;(3)基于能量原理的分析模型;(4)基于系统控制论的分析模型;(5)基于智能技术

的分析模型等;(6)性多模型综合评价。

目前,边坡稳定性分析的方法很多,其中较为典型的有极限平衡法,极限分析法,有限

元法等。

2、意义

边坡系统是一个开放的复杂系统,不断与周围环境进行着物质和能量交换,其稳定性除

受地质因素制约外,还受到工程因素的影响,这些因素部分是确定的,更多的具有随机性、

模糊性、可变性等不确定性。它们对不同类型边坡稳定性的影响程序也不一样,这些因素之

间具有复杂的非线性关系。

在实际施工过程中由于受场地的限制,某些规模宏大的重大工程的建设,经常需在复杂

地质环境条件下进行,因而人为地开挖了各种各样的高陡边坡。而这些边坡工程的稳定状态,

事关工程建设的成败与安全,会对整个工程的可行性、安全性及经济性等起着重要的制约作

用,并在很大程度上影响着工程建设的投资及效益。

因此,如何能够更好地了解与掌握边坡变形、发展规律,并在此基础上对边坡的变形和

破坏进行防治,分析、评价边坡系统的稳定性,经济、合理地设计边坡工程直接关系到建设

资金的投入和生命财产安全,其意义尤为重大。

3、现有边坡稳定性分析模型简述

3.1基于静力准则的模型

此类模型最基本常用的是极限平衡法。利用滑面上抗滑力与下滑力之比来定义安全系

数,如下式:

式中σ,τi,Ai,c,φi分别为i滑面单元上的正应力、剪应力、面积、粘聚力和内摩

ii

擦角;N为滑面单元的总数。评价标准是:当K1时为稳定状态;当K=1时处于临

界状态;当K1时为不稳定状态。在实际应用中,对式(1)还有一些改进的模型,如按合滑

移矢量方向进行计算,将τ沿局部滑面投影等。

s

尽管在理论思路上,此类模型概念明确,计算可行,但是不能真实地反映边坡系统的稳

定性。在工程实际中常出现“安全稳定系数大于1的边坡破坏,而稳定系数小于1的边坡反

而稳定”的矛盾现象。由于边坡系统的复杂性,影响因素的多样性,各因素之间的非线性,

虽然极限状态时系统将发挥其最大的抵抗力,但并不意味着滑面上的各点都同时达到其最大

的抗力。而且边坡的破坏一般是一个渐进的过程,其安全系数在达到极限状态过程中是一个

变量。

3.2基于数值计算的模型

此类模型常用有限元法,将复杂的系统离散化后进行处理。有限元法是解决岩土工程问

题中常用的一种模型,其突出特点是适合于处理非线性、非均质和复杂边界等问题。但是有

限元法需要事先确定边坡岩土材料的本构模型及其参数,尽管本构模型一直是岩土工程研究

前沿的重要领域,但真正在工程实践中得到应用的本构模型并不多,而且由于岩土材料固有

的复杂性,影响岩土材料应力应变关系的因素很多,不太可能有一个普遍适用的本构模型。

即使在本构模型确定以后,模型参数测定还是一个大问题;若考虑材料的非线性,有限元程

序特别是三维有限元程序,其计算工作量非常大,并难以实现容错功能。虽然参数的确定还

可以采用反分析方法,但是由于岩土材料的应力应变关系的高度非线性,应用位移反分析求

岩土力学参数还是相当复杂的。

3.3基于能量原理的模型

此类模型从能量的观点建立模型,如按下式定义安全稳定系数:

式中ΔU为增稳内能,限体系的内能增量;ΔW

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