浅谈边坡稳定性分析方法

综述边坡稳定性分析方法及其研究的一些新进展,从定性、定量、非确定性、流变以及动力分析等方面进行了详细论述,指出各种方法的优缺点。     

Stability assessment of a circular earth dam

Stability of a circular earth dam is assessed for radial cracking potential and static slope stability using continuum mechanics‐based three‐dimensional numerical models. Comparisons of numerical model results for a circular water tank with vertical walls and different radii with their analytical counterparts are included to support the validity of the ideas and their implementation in the continuum mechanics‐based computer program used. Effects of sloping wall faces and Poisson's ratio on computed deformations and stresses are also included. The same numerical models are used to assess stability of a circular dam in terms of factor‐of‐safety and associated failure surface. Three‐dimensional slope stability analysis results are compared with continuum based two‐dimensional slope stability analysis results to assess the magnitude of 3D effects. Example problems are included to illustrate the use of ideas presented. Published 2013. This article is a U.S. Government work and is in the public domain in the USA.     

连续降雨作用下非饱和土边坡的稳定性分析

在边坡稳定性研究中,吸力的影响经常被忽略。基于非饱和土的渗流理论,利用数值分析方法研究了一个由于连续降雨导致的非饱和土边坡失稳的工程实例。研究结果表明:非饱和土的吸力对于维持边坡稳定具有重要影响,而吸力与降雨频率、降雨量、降雨时间、蒸发量等密切相关。对于工程实践而言,吸力的监测对于维持土坡稳定具有重要意义。     

永吉高速公路黑潭坪边坡三维稳定性研究

通过对永吉高速公路黑潭坪边坡的野外调查,详细地了解了研究区工程地质条件,探讨了边坡变形破坏机理,结合室内试验和计算反演获取岩土体强度参数,在此基础上建立三维地质模型,运用FLAC3D数值分析软件采用强度折减法对不同工况下的坡体稳定性进行详细分析并提出治理建议。研究表明:(1)边坡变形破坏是内外因素综合作用的结果,岩土体性质不良是边坡变形破坏的内在因素,坡脚便道开挖和地表水下渗是边坡变形破坏的诱导因素;(2)强度折减法应用于边坡三位稳定性分析具有较好的适用性;(3)数值模拟显示采用削坡结合锚固的综合治理措施具有明显的效果。     

观光塔边坡的稳定性分析与治理措施

分析了观光塔边坡的失稳破坏机制,并应用不确定性方法对该边坡进行了稳定性分析,结果表明,坡脚陡倾岩层是阻止该边坡继续滑移的有利因素,地下水是控制该边坡稳定的主导因素.最后,基于机制分析提出了针对性的治理措施.     

边界条件对多年冻土路基热稳定性的影响分析

多年冻土区的年平均气温是影响冻土路基边界条件的重要因素. 在附面层原理的基础上,考虑采用带有相变的控制方程和数值方法,以相同尺度的路基模型为前提,选取不同的年平均气温为影响因素,对青藏工程走廊公路路基的人为冻土上限和年平均地温进行了研究. 结果表明：公路路基下年平均地温随着年平均气温的升高而升高,人为冻土上限随着年平均气温的升高而显著下降. 在年平均气温为-7.16 ℃时,路基修筑50 a后其年平均地温为-3.61 ℃,其人为冻土上限为-0.97 m;年平均气温为-3.21 ℃的条件下,路基修筑50 a后其年平均地温仅为-0.1 ℃,其人为冻土上限也降至-13.11 m. 因此,可以看出：在未来气候持续变暖的背景下,现有处于稳定状态的冻土路基将逐渐变得不稳定.     

基于可靠度的黄土斜坡稳定性分析

以延安市宝塔区虎头峁黄土斜坡为研究对象,在野外详细调查和勘查的基础上,分析确定斜坡可靠度的随机变量为滑带土土体容重r、内聚力c和内摩擦角φ。分别用统计矩法、一次二阶矩法、几何法和蒙特卡洛模拟法计算斜坡的可靠度和破坏概率,得出安全系数为1.00~1.15,可靠度指标为0.35~0.45,破坏概率为32%~37%,说明斜坡具有较大的失稳可能性。计算过程表明,用几何法计算所得的可靠度指标精度最高,一次二阶矩法次之,统计矩法计算精度最低,蒙特卡洛模拟法可作为一种校验方法,对其他方法进行校验和对比。在不需要获取传统的定值安全系数的情况下,可用几何法计算斜坡的可靠度指标,方法较为简便。当需要同时获取安全系数时,应使用统计矩法或一次二阶矩法计算。     

Relevance vector machine applied to slope stability analysis

This paper examines the potential of relevance vector machine (RVM) in slope stability analysis. The nonlinear relationship between slope stability and its influence factors is presented by the relevance vector learning mechanism based on a kernel‐based Bayesian framework. The six input variables used for the RVM for the prediction of stability slope are density (γ), friction angle (C), friction coefficient (?), slope angle (?_r), slope height (H), and pore water pressure (r_u). Comparison of RVM with some other methods is also presented. RVM has been used to compute the error bar. The results presented in this paper clearly highlight that the RVM is a robust tool for the prediction of slope stability. The experimental results show the effectiveness of the proposed approach. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于遗传算法的边坡稳定性分析

边坡稳定性分析的关键是如何确定最危险滑动面。遗传算法是一种全局优化分析方法,克服了一般优化方法容易陷入局部最优解的缺点。由于工程实际中边坡几何形状的不规则和材料的非均匀性,真正的临界滑动面形状并不是都能用圆弧来准确描述的,研究任意型滑面情况下的稳定性很有必要。为更加合理地进行边坡的稳定性分析,利用遗传算法来搜索模拟边坡的最危险滑动面,在工程实例中进行具体应用,得到了非圆弧型滑动面,与其他软件计算结果对比,表明本文算法精度更高,适应性更广。     

3D key‐group method for slope stability analysis

Because of the simplicity and the speed of execution, methods used in static stability analyses have yet remained relevant. The key‐block method, which is the most famous of them, is used for the stability analysis of fractured rock masses. The KBM method is just based on finding key blocks, and if no such blocks are found to be unstable, it is concluded that the whole of the rock mass is stable. Literally, though groups of ‘stable’ blocks are taken together into account, in some cases, it may prove to be unstable. An iterative and progressive stability analysis of the discontinuous rock slopes can be performed using the key‐group method, in which groups of collapsible blocks are combined. This method is literally a two‐dimensional (2D) limit equilibrium approach. Because of the normally conservational results of 2D analysis, a three‐dimensional (3D) analysis seems to be necessary. In this paper, the 2D key‐group method is developed into three dimensions so that a more literal analysis of a fractured rock mass can be performed. Using Mathematica software, a computer program was prepared to implement the proposed methodology on a real case. Then, in order to assess the proposed 3D procedure, its implementation results are compared with the outcomes of the 2D key‐group method. Finally, tectonic block No.2 of Choghart open pit mine was investigated as a case study using the proposed 3D methodology. Results of the comparison revealed that the outcomes of the 3D analysis of this block conform to the reality and the results of 2D analysis. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

水库边坡稳定的可靠度分析

根据水库边坡的勘察资料,确定了边坡稳定性分析的力学模型,推导了滑面面积的计算公式,采用不平衡推力传递法进行了边坡稳定的定值法分析和可靠度分析。可靠度分析中,分别讨论了滑面强度参数及几何参数的变异性对边坡稳定性的影响。计算结果表明,不考虑参数变异性的定值法分析结果所得边坡的安全系数过高,偏于危险。水库边坡的可靠度分析结果表明：滑面几何参数的变异性对边坡稳定的可靠指标或失效概率影响很大。因此,对于岩质边坡的稳定性分析,不仅要重视研究滑面强度参数的变异性,也要重视研究滑面几何参数的变异性。     

基于边坡单元的公路沿线滑坡危险度概率分析

公路沿线发生的滑坡、泥石流等自然灾害是造成交通停滞的主要原因。对公路沿线边坡进行稳定性评价及滑坡灾害分析对于公路管理和灾害防治具有重要意义。为了能对大范围边坡应用三维力学模型进行稳定性评价,研究中将较大研究区域划分为多个边坡单元（slope unit）,并介绍了边坡单元划分方法。对每个边坡单元,采用随机生成许多假想滑动面并通过一个基于GIS的边坡稳定性三维分析模型计算其安全系数的方法,找出具有最小安全系数的危险滑动面,同时求出在试算过程中安全系数小于某临界值（通常设为1.0）的结果出现的比率,作为该边坡单元的滑坡发生概率,以此作为指标对研究区域进行危险度评价。通过对日本49号国道沿线边坡中的应用对该方法的实用性进行了验证。     

模糊数学在边坡稳定分析中的应用

边坡稳定性分析是一个非常复杂的不确定问题,其不确定性主要有两种：随机不确定和模糊不确定。实践证明,模糊不确定是比随机不确定更为深刻的不确定性。综述了模糊数学在边坡稳定性分析中的应用,重点阐述了模糊综合评判、模糊参数非概率稳定性分析和模糊随机可靠度的原理、特点及研究现状。针对模糊理论和边坡稳定自身的特点及其研究现状,对模糊数学在边坡稳定性分析应用中存在的问题及未来的发展方向进行了分析,以期为相关研究提供有益借鉴。     

砾岩边坡稳定性分析与防治工程

沪蓉国道主干线宜昌至恩施段高速公路,是国家“五纵七横“交通网的重要组成部分,其砾岩边坡稳定性分析与防治工程是重要的研究课题。本文以砾岩岩体结构面模拟研究,岩体力学参数估算为基础,结合砾岩特征及边坡地质环境条件,提出砾岩边坡稳定性评价的地质模型,并采用数值模拟与计算,得出砾岩边坡稳定性分析的确切结果。砾岩边坡岩土工程加固设计是关系到该高速公路安全、经济、适用的重要内容,紧密结合砾岩边坡的地质环境和砾岩岩体特征,采用信息化设计,运用生态化设计理念,充分发挥岩土工程技术优势,保护环境,提出合理的岩土工程加固设计方案。本研究成果对砾岩边坡防治工程提出了系统的研究思路,对沪蓉国道主干线宜昌至恩施段高速公路砾岩边坡的设计与施工具重要意义。     

圆弧条分法边坡稳定计算参数的重要性分析

采用圆弧条分法计算得到对边坡率，抗剪强度指标，重度，地震力，地下水位，坡顶荷载等7种因素变异下的边坡稳定安全系数。通过正交试验分析得到边坡稳定计数参数的重要性规律。     

Lateral strength and critical depth in infinite slope stability analysis

Infinite slope (IS) method is the simplest limit equilibrium method for slope stability analysis. It gives reliable results for slides where the longitudinal dimension prevails on the depth of the landslide. Usually results are conservative since ignoring the effects of the strength along lateral bounds. Here, starting from the assumption of considering the effects of the shear strength along lateral bounds by a rectangular cross section, a new expression of the safety factor is investigated, based first on an elliptical and then on a parabolic cross section of the landslide mass. The safety factor evaluated in this way can be quite different from those returned by the classic formula of IS model, in particular when the width of the landslide is narrow with respect to its depth and the ratio between the width and the depth of the landslide is lower than 5. An interesting implication of the proposed model is that if cohesion differs from zero, there is a ‘critical depth’, where the safety factor has a minimum value. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

含软弱夹层边坡的三维稳定性极限分析

边坡的三维稳定性分析比其二维平面应变模型在理论上更能反映边坡的实际情况。为研究软弱夹层对边坡稳定性的影响,引入三维圆锥体平动破坏机构和牛角状螺旋圆锥体转动破坏机构,建立三维转动-平动组合破坏机构,并通过平面插入的方法实现破坏机构沿边坡的纵向拓展以便用于任意长度的边坡稳定性分析。结合算例分析,通过与弹塑性有限元数值模拟结果进行对比,验证了本文方法的有效性。分析表明,组合破坏机构能够很好的用于含软弱夹层边坡的稳定性分析并为实际工程提供一个简单有效的设计方法。     

边坡稳定性评价的模糊层次分析方法

针对常用边坡稳定性分析方法的复杂性和局限性,将层次分析法和模糊数学理论结合起来,建立了边坡稳定性评价的模糊层次分析模型,同时应用该评价模型对清江隔河岩水电站厂房高边坡进行了分析评价。结果表明,使用该模型可以使边坡稳定性评价更全面、更科学、更符合实际,该方法简便可行,结论可靠,具有一定的优越性,为决策者提供了有力的参考和支持。     

路堑高边坡动态监测与分析

边坡稳定是一个复杂的、多参数岩土力学问题,对其现场监测是保证工程安全的重要措施之一。结合工程实际,在对路堑边坡表面、地下变形以及支挡结构物受力状态监测所获取的信息进行综合分析的基础上,对边坡施工及运营期的安全性进行了分析研究,指出了影响边坡稳定的各种因素,可为类似工程的设计及施工提供借鉴。     

基于变分法的均质土坡稳定性分析

在平面应变条件下,从考虑强度折减的滑动土体极限平衡方程出发,推导出一般情况下均质土坡稳定分析的泛函极值等周模型。依据泛函取极值时必须满足的欧拉方程,通过坐标变换对变分问题求解,得到滑裂面函数及其上分布的法向应力函数。对于给定的边界条件及横截条件,土坡稳定问题转化为求解以两个拉格朗日乘子、安全系数和滑裂面一个端点的x坐标为4个未知量的函数极值问题,可以通过数值计算得到最小安全系数及所对应的最危险滑裂面。考虑坡顶拉裂缝,通过算例分析了不同的滑裂面位置及对应的安全系数。通过对ACADS边坡考题算例分析,在不考虑坡顶开裂的条件下,采用该方法的分析结果与依据极限平衡法得到的各裁判答案非常接近,在考虑坡顶开裂时,安全系数略有减小。