边坡稳定性分析方法研究

游锦奎 杨漂漂

摘要：本文针对边坡的稳定性方面开展研究，内容包括基于仿真软件的边坡稳定性分析方法及不足、基于定量的边坡稳定性分析方法及不足等内容，为相关行业提供理论指导。

关键词：边坡;防护;治理;措施

我国是一个地质灾害频发的国家，大部分地质灾害和路基损坏都是由边坡产品的不稳定性造成的。关于边坡产品可分为崩坡产品、残坡产品和冲积边坡产品，相关研究概述了边坡产品的材料组成、力学性能以及边坡产品引起的常见路基病害。建立了填筑路基边坡积的数值模型，利用Flac3D数值计算研究了边坡稳定性。分析了各种因素对边坡稳定性的影响，提出了与稳定性关系的影响因素。本在在此基础上，进一步详细分析边坡防护的相关内容。

1基于仿真软件的边坡稳定性分析方法及不足

基于仿真软件Geo-Slop，边坡稳定性分析方法主要有这四：Morgenstern-Price 法、Janbu 法和 Bishop 法。

Morgenstern-Price 法：事先假设土体由若干子条块土体组成，并假设相邻两土条的法向条间力与切向条间力存在一定的水平方向的函数关系，继而可使用条分法对每一子条块土体进行受力分析。针对是人为假设的土体极限平衡状态，其不足之处为：不能提供边坡位移信息，且需要事先假定若干个滑动面。

Janbu 法：首先对土体进行条分处理，事先确定滑裂面的位置并假设滑裂面的安全系数相同，土条上所有垂直荷载的合力作用线和滑裂面的交点与滑裂面的法向反力作用于同一点，进而用该方法求得安全系数和应力分布曲线。其缺点为不易收敛，特别是条数超过 20 时，得到的结果几乎没有收敛。

Bishop 法：类似于平面应变问题，基于圆弧滑动法和库伦强度理论。先假定稳定系数 K，然后反算稳定系 数计算值 F，重复计算至 K 与 F 之间的相对误差。这种方法的缺陷为没有考虑土条之间的作用力，并且与水平力间的夹角为 0，忽略成对条间力产生的力矩。

2基于定量的边坡稳定性分析方法及不足

极限平衡法属于定量法，是从力学出发，通过安全系数来衡量，安全系数为土体由于内摩擦角、含水率等因素而产生的抗滑力与土体自身产生沿斜坡向下的滑动力之比。有限元法是通过将滑动面的土体微元化，考虑其分块的静力平衡原理分析斜坡在各种破坏模式下的受力状态，以及斜坡体上的抗滑力和下滑力之间的定量关系来评价斜坡的稳定性。最终分析结果还与选取的模型有关，为选取最优模型，该分析方法需要多个模型进行比较。不足之处为，对于有限元法，只能局限于土坡稳定的判断，缺少对失稳条件的分析;该方法适用特定的斜坡，大范围进行计算工程量大。

3确定锚固角

针对降雨引起的滑坡，提出了采用锚固系统设计排水机制的设想。室内试验证明排水-锚固组合结构是可行的。建立了有限元数值分析模型。描述了降雨过程中边坡土的强度和渗透系数等参数。数值分析表明，渗流场和安全系数在不同条件下会发生变化。排水-锚固复合系统可降低浸润线，提高安全系数。降雨后，安全系数可以迅速恢复。因此，它具有缓冲和反弹效果。研究发现，锚固角对防治效果有显著影响，并有一个最佳范围。

4边坡防护生态方法

从2000年起，人们开始利用生态保护来加固岩石边坡。这些生态保护方法不仅可以减少混凝土的用量，还可以恢复退化的边坡生态系统。随着基础设施的快速发展，许多生态保护材料应运而生。但是，这些材料存在价格昂贵、早期强度弱、遇雨容易滑动或腐蚀等缺陷。也有研究试图将水泥作为一种新型生态保护材料的粘合剂，并通过实验室试验和现场试验来验证这种材料的可行性和可靠性。在现有研究和试验结果的基础上，提出了这种新材料的配方，既能满足边坡植被的生存要求，又能降低成本，增强生态保护初期的强度[1]。

5边坡防护光纤光栅传感方法

建筑工程中以宜万铁路何家坪段五花关隧道洞口边坡防护监测工程为例，通过对柔性护坡系统部件的机械传动机理和失效模式的分析，提出了一种基于光纤光栅传感技术的铁路边坡防护预警报警系统。与传统的监控技术相比，这种设计的监控系统具有可靠性高、成本低、安装方便、维护少等优点。该预警报警系统能有效增强铁路边坡防护防灾减灾的防护功能[2]。

6未来研究方向

边坡防护的设计、施工和运行经验以及科学调查的结果为证实水工建筑物边坡中防护和土壤地基上波浪作用的数值和特征提供了足够的数据。进一步科学研究和设计的主要任务应该是开发新的、更经济的护岸类型，详细阐述建造护坡的技術，并为这种耗费劳力的工作引进广泛的机械化。

参考文献：

[1]Chong Jiang，Zhichao Zhang，Jiali He. Nonlinear analysis of combined loaded rigid piles in cohesionless soil slope[J]. Computers and Geotechnics，2020，117.

[2]Hua Liu，Fujun Niu，Yonghong Niu，Jian Xu，Tiehang Wang. Effect of structures and sunny?“shady slopes on thermal characteristics of subgrade along the Harbin?”Dalian Passenger Dedicated Line in Northeast China[J]. ，2016，123.