边坡稳定性研究

边坡稳定性分析方法的研究现状与展望靳付成边坡稳定性分析中的问题主要有:安全系数的定义、滑裂面的确定和载荷的处理。另外，水对边坡岩体稳定性的影响也是多方面的。大量工程实践证明，大多数边坡岩体的破坏和滑动都与水的作用有关。在某些地区的冰霜解冻和降雨季节，滑坡事故较多，这就足以说明水是影响边坡岩体稳定性的重要因素。岩体中的水大部分来自大气降水，因此，在低纬度湿热地带，因大气降水频繁，地下水补给丰富，水对边坡岩体稳定性的影响就比干旱地区更为严重。对于致密性好、透水性差且完整性好的岩体而言，水的作用不是特别明显。但是对于含有大量裂隙或大的结构面的岩体来说，水对岩体整体强度的影响效果就要显著得多，降水主要在地质灾害形成过程的两个方面起到影响：一是促进了滑移面的形成。雨水一旦降到斜坡表面，便沿着孔隙、裂缝下渗，一部分储藏在孔隙、裂缝中，另一部分则继续渗透到软弱结构面上富集起来，并对这个面上的岩土进行侵蚀、软化，降低其强度，最后形成比较明显的软弱滑层。二是对地质灾害的诱发作用。当处于极限平衡状态的斜坡，再一次接受雨水时，一部分雨水渗透到可能的滑移面上对其软化，使其强度进一步降低；而另一部分雨水继续停留在土石孔隙、裂隙中，增加岩土体的重力，包括静水压力和动水压力，当岩土的重量增加到大于下伏软弱结构面的抗剪能力时，便产生滑动，形成地质灾害。水对边坡的机理下图是统计的滑坡发生当日降水量的每小时最大雨强和连续数小时的平均雨强与滑坡发生概率分布图（图3.10）。通过该图看出当数小时连续降雨且平均雨强处于[0,40]范围内时，发生滑坡的概率比其它情况下明显要大，达到了52%；而每小时最大雨强与滑坡发生次数之间的关系没有平均雨强明显，在整个分布轴上滑坡发生概率大于15%的最大雨强有三个分布区间，分别是[0,50]、[350,400]和[400,∞]。因此，滑坡的发生往往与长时间的持续降雨有密切的关系，而短时间大的降雨虽然也有可能促使滑坡的发生，但是二者关系不是很紧密。边坡稳定性评价方法综述：1极限平衡理论2塑性极限分析和模糊极值理论3有限单元法4蒙特卡洛法。由此样本,可以进行统计特征计算和分布拟合检验,最后求解安全指标可靠度B和失效概率Pf。根据蒙特卡洛法的基本原理及方法可以编制边坡的稳定性可靠度分析程序,程序中可考虑自重、地下水、外荷载、卸荷裂隙及地震作用等荷载的各种组合情况。在数据文件中输入各随机变量的均值与变异系数,程序的最终输出为边坡的失效概率值。在具体计算时,每抽样一次求得边坡的安全系数K,且对K进行安全判别,每抽样结束后累计K小于1的次数,根据贝努利定理,其值与总抽样次数的比值作为失效概率的近似值。此程序可考虑粘聚力、内摩擦角、地震荷载、卸荷裂隙、地下水深等随机变量。中南大学硕士论文：有限元法对边坡稳定性分析雨水的作用：重点边坡的计算分析岩质边坡的影响因素很多,也很复杂,主要包括以下几个方面:(l)边坡岩体构成及其力学性质,比如,岩土体的分层状况、岩体中节理、断层和软弱夹层的分布情况等。(2)边坡的几何形状。边坡几何尺寸包括边坡高度、坡面角和边坡边界尺寸以及坡面后方坡体的几何形状,即坡体的不连续面与开挖面的坡度及方向之间的几何关系。(3)边坡外部荷载。包括地震力、爆破、重力场、渗流场、地质构造应力等。在对岩质边坡的稳定性分析中,如要全面细致的考虑所有的边坡影响因素,几乎是不可能的,只有对某些因素加以简化处理。在本文中,由于地下水水位较低,渗透系数很小,对边坡的影响不明显,故对地下水的影响只考虑其对岩石强度的降低作用;根据地质调查报告,边坡所在地区的地震基本烈度为VI度,文中不再考虑地震的影响。文中对边坡岩体中的节理、断层和软弱夹层以及工程开挖和施工爆破对边坡稳定的影响进行了研究。为简化计算,将边坡视为非线性平面应变问题来处理。整个计算由改编的有限元程序来实现。计算中采用的加载方式为:边坡未开挖前处于初始应力状态,并假定初始应力仅由岩体自重应力组成。对于程序计算结果的后处理主要借助了Teeplotg.o和Surfer7.0等相关专业软件。边坡稳定性影响因素敏感性灰色关联分析（1）形成矩阵以边坡稳定性各影响因素(粘聚力、内摩擦角、容重、边坡角、边坡高度等)为比较列X,X=[X1,X2,…,Xm]T,相应的边坡安全系数作为参考列Y,Y=[Y1,Y2,…,Ym]T,其中,列X、Y的每个因素都有若干个取值,Xi=[Xi(1),Xi(2),…,Xi(n)],Yi=[Yi(1),Yi(2),…,Yi(n)],列出X、Y的矩阵形式:（2）矩阵无量纲化基于ν-SVR算法的边坡稳定性预测余志雄，周创兵，李俊平，史超影响边坡稳定性的因素较多，定量的因素有岩石重度γ、粘聚力c、内摩擦角ϕ、边坡角fϕ、边坡高度H、孔隙压力比ur、地震烈度q等。定性的信息有岩性、破坏模式、岩土体结构类型、节理、节理面与边坡角的关系、地下水、岩体质量类别等[6，15]。影响边坡稳定性的指标有安全系数F、边坡稳定性状态等[6]。基于RS理论的岩质路堑边坡稳定性研究建模的步骤与方法一般模型以剖面图形式表示最为普遍,当然,如能以三维立体图的形式出现,那就更为形象与直观。一般实际操作步骤和方法如下:¹首先要做出一张带工程轮廓线的剖面图,并标出原始地形线和开挖线。º画出岩组,按硬性岩组和软弱岩组、产状,准确地在剖面图上画出来,对软弱岩组有特别标志;这样,就能清楚地看到软、硬岩的分布。将结构面,尤其是软弱结构面(同样用特殊图例)、按产状如实地画在图上。有时常常遇到一组软弱结构面的分布,按比例间距(统计规律)将它们画出,这时更关注“神似”,不拘泥形似,而且也形似不了。如果几组结构面的给合地岩体起到重要作用那就把组合交线画在图上,但一定用特有图例,以示区别与识别。¼关于地下水和地应力的表示,最佳方式是作出随深度的渗透压力(水压)和地应力值的变化曲线。如果参数值不太明朗,就大体给出一个数量级的数值,并在相关说明中加以解释。对于地下水,如在地下水不太丰富地区,只考虑水对岩体的软化,将水的作用放到岩体有关力学参数中加以考虑。附一张岩体力学参数表。一旦建模后,为使设计人员对模型有深切的理解,工程地质人员有必要作启示性与实质性的说明,在说明中应包括:a.突出岩体软弱岩组和软弱结构面的性状、地位与作用。b.阐明软弱结构面的功能,即在边坡岩体变形或失稳中的作用。c.预测可能的变形机制和变形破坏方式。d.预测边坡岩体的稳定状态。e.指出岩体加固或弱化的方向等。综上所述,地质工程模型建立的过程,亦是条件研究、条件与工程关系分析以及科学抽象与分析的过程。条件或因素研究是基础,因而有必要就条件或因素进行深入探讨与分析,以使建模更加科学与准确。但,由于边坡的工程条件及地质条件十分复杂,很多因素很难定量化,造成量化建模的复杂性和困难性,故常常出现模型的多样性或随机性,正因如此才造成“模型”与后续评价脱节,设计及施工中使用困难。所以,非常有必要探讨量化建模之路。岩体结构的边坡稳定性效应：①结构面地质特性②结构面的力学性质与力学效应。地下水与大气降水。地下水在岩体中的作用。岩体中水具有两种作用:一是降低岩体强度,尤其是软弱结构面的抗剪强度;二是改变坡体的应力状态,增加水压力(包括动、静二部分)。就滑面和分割面而言,前者降低了滑面的有效法向应力,也即增加了下滑力,后者降低了抗滑力,从而边坡稳定状态恶化。工程因素对边坡稳定性的影响主要表现有如下方面:一是临空卸荷效应;二是坡形效应;三是坡角、坡高效应;四是开挖方式效应;五是综合损伤效应。岩质边坡开挖一般采取爆破开挖,但爆破方式不同、开挖顺序不同对边坡影响也不同。爆破对边坡稳定性的影响主要表现在:爆破动力对边坡稳定性的作用,爆破产生的冲击应力对边坡产生冲击和剪切作用,引起边坡岩体强度衰减,导致边坡失稳;爆破对边坡岩体的松动破坏作用。由于爆破作用,使岩体中原有的节理、裂隙产生张开作用,并产生新的裂隙,使岩体产生松动,破坏其原有的完整性,最终导致边坡失稳。长期的过程实践表明,常规爆破方法对边坡稳定性影响最大,微差爆破、预裂爆破、光面爆破和麻面爆破对边坡影响相对较小。1坡结构系数(SSC)岩体结构面和结构面的组合以及与边坡面的组合关系是边坡岩体变形破坏的最主要因素,主要表现为结构面或结构面间交线的倾向、倾角与边坡面倾向、倾角的相互关系。根据R提出的SMR分类系统中有关指标的修正(见表5一7),综合确定路堑岩体边坡结构的系数为:60321sssssc式中S1映与结构面(线)的走向关系;S2映结构面(线)倾角的影响;S3映边坡角与结构面倾角的相互关系。2坡高系数(SHC)Hh33.8+0.57=SHC0H为边坡高度,h。为边坡岩体的自稳高度。h。边坡岩体的内摩擦角和内聚力密切相关。3结构面类型修正系数入在边坡岩体稳定性分析中,断层、泥化夹层、层理及节理等各类结构面对边坡岩体稳定性的工程意义及其影响权值一般情况下是不同的,因此在计算分析中的取值应有所区别。本文建议以下取值原则:断层、夹泥层,1;层面9.08.0节理面7.0。