淺談黃土邊坡穩定性分析及防治技術研究現狀

王婷茹

摘要：本文通過對近年來黃土邊坡穩定性分析方法和防治技術研究現狀進行分析總結，得出目前對黃土邊坡穩定性分析和防治技術的局限性，以及今后的發展方向。

Abstract： Based on the analysis and summary of the research status of the stability analysis method and prevention and control technology of loess slope in recent years， this paper obtains the limitation of the current stability analysis and prevention technology of loess slope， and the development direction in the future.

關鍵詞：黃土邊坡;穩定性分析;防治技術

Key words： loess slope;the analysis of stability;prevention technology

中圖分類號：TU444? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）34-0214-02

0? 引言

黃土邊坡是指在黃土地區由自然重力或人工作用下形成的具有一定坡度的臨空面[1]。近年來，隨著中國“一帶一路”建設方針的引領，西北地區各大城市開始不斷開展地鐵、鐵路、公路以及各建筑等基礎設施建設工作，而黃土在我國的分布遍及甘、陜、晉的大部分地區以及豫、寧、冀等部分地區，此外，新疆和魯、遼等地也有局部分布，因此施工中經常能遇到的是黃土邊坡問題。

黃土邊坡目前是各類建設工程的主要結構型式之一。但由于黃土本身的特性較為復雜，使得邊坡穩定性問題目前仍處于探索研究階段。本文根據黃土邊坡工程的建設中經常能遇到各種由于土體特性而產生的工程問題，進行總結分類，比較目前在建設過程中針對黃土邊坡穩定性進行的分析方法，分析目前較為合理的防治措施現狀，為進一步的黃土穩定性研究提出理論依據。

1? 國內外研究開發現狀

隨著科技信息的發展，利用各種數值模擬軟件和數值分析方法對邊坡的穩定性進行研究已經是一種趨勢，而邊坡防治技術也在不斷改進。

1.1 邊坡穩定性數值分析研究現狀

極限平衡法最初由瑞典學者K.E.Pettersson和S.Hultin提出，并首次應用于分析邊坡穩定性。在此之后，瑞典學者W.Fellerius初步探索了最危險滑裂面的變化規律，得出瑞典條分法的雛形。上世紀30、40年代，國外學者對于邊坡穩定性的研究，主要集中在最初的瑞典圓弧法的基礎上，對其進行了不斷的修改和補充，并進一步對其計算方法進行了修正，這使得瑞典圓弧法能夠更加實際、更加真實地解決實際問題[3]，也為后面的學者開展邊坡穩定性研究提供了數據基礎。隨著有限元計算模型的建立以及計算機技術的推廣應用，一種新型的邊坡穩定方法應運而生，這就是數值分析法。1966年，美國學者Clough和 Woodward成功的應用有限元法完成了首例土坡穩定性問題的分析，標志著有限元法在邊坡穩定性問題中正式得到應用。

利用數值分析方法對邊坡穩定性進行分析，首先需要根據邊坡的參數建立數學模型，模型的建立又基于不同的算法，如有限單元法（Finite Element Method）、邊界元法（Boundary Element Method）、離散元法（Distinet Element Method）、拉格朗日差分法（Fast Lagrangian Analysis of Continua）、不連續焚形分析法（Discontinuous Deformation Analysis）等[4-5]。這些計算方法的參數側重點有所不同，因此應用于不同環境下的邊坡穩定計算，如邊界元法常用于地下洞室穩定性的評價;離散元法作為一種動態方法，能解決滑坡非均質、大變形以及非連續問題[6]-[7]。為解決由于邊坡的復雜性和不確定性問題，專家學者們還提出了各種非確定性方法，例如模糊數學法[8-9]、可靠度評價法[10]等。

國內學者近年來在黃土邊坡穩定性數值分析應用方面也有很多突破，通過對大量文獻的閱讀對比分析后得出，發展方向依然集中于數值分析的計算方法和模擬軟件應用方面，主要表現為利用不同的數值模擬軟件，結合不同的數值計算方法，對黃土邊坡穩定進行定量分析，得出邊界條件。

近年來常用的模擬軟件和計算方法如圖1所示。

1.2 黃土邊坡防治技術研究現狀

只針對黃土邊坡防治技的研究，國外資料較少，生態學家Donald（2007）提出過利用植物本身的特點，再結合建筑物構建一種生態式邊坡防護。此方法也為后來的黃土邊坡防護提供了一種思路。

我國黃土面積較廣，因此黃土邊坡一直是國內學者研究的重點，由于黃土的受力、變形破壞具有很多不確定性，因此目前沒有一種較為認可的普遍方法。根據黃土的濕陷性，防治措施的研究也集中于兩方面，即防水和換填土。

對大量文獻的研究后，發現應用較廣的方法主要有漿砌護面方法、錨索、抗滑樁、地表排水溝和植物護坡聯合使用的防治措施。國內學者針對不同區域黃土邊坡問題，采用上述措施后結果顯示邊坡穩定性系數顯著提高。充分證明此類方法是最直接有效的，另外，部分學者也將換填土及防水治理方法相結合，制定高危型黃土邊坡的治理措施，也取得了較好的結果，如崔麗鵬等通過研究山西省煤礦區邊坡參數（坡高、坡率）和邊坡穩定性（穩定系數）的相關性，建立了煤礦區黃土邊坡防治的上限方程，根據上限方程建立“削坡+空心六棱磚+植物防護+截排水”組合的多種防治技術[11]。

2? 存在的問題

綜上所述，大部分學者開展的黃土邊坡穩定性數值分析都是針對某一區域開展的研究，而黃土又是一種特殊性材料，存在相當廣泛。就我國地質情況來說，各個地區地質地貌、氣候條件等自然因素都不相同，每種方法都有其適用范圍。因此對不同類型的邊坡，無法用統一的分析方法針對黃土的結構性、濕陷性等特點，系統性提出解決方案。另外在分析力學參數對邊坡穩定性的影響時，假定土體為均質、各向同性的同一種土，而實際上同一土層也具有很大的不均勻性、差異性。

①邊坡穩定性分析的數值分析方法是建立在單一模型基礎之上，應用較多的方法是有限元法，有限元法作為一種數值分析方法，基本思想是根據解給定的泊松方程化為求解泛函的極值問題。而有限元法之所以能應用在廣泛的邊坡穩定性分析的原因是由于其中有流體力學加權數的考慮。如果將黃土邊坡的變化過程單一用流體力學的理論去解釋，很明顯是不妥的，無法考慮現實情況中的具體問題。因此此方面的研究在一定程度上存在片面性。

②黃土濕陷性的機理是由于粘性顆粒含量較少，針對濕陷性機理的研究目前較少。黃土邊坡的失穩事故80%都與黃土的濕陷性有關。在邊坡防治技術中強調的是防水與加固，深層次的問題就是杜絕黃土的濕陷性造成的危害。而目前的研究還未建立成熟的黃土濕陷性數值模型，無法準確評估濕陷性的影響。

③我國地理條件復雜，黃土分布面積較廣。同一種地區也有不同種類的黃土結構。目前的學者研究都是針對某一地區的黃土邊坡進行穩定性評價，相互之間不能進行橫向對比，無法形成較為統一的研究標準，因此也在一定程度上限制了黃土邊坡穩定性分析和防治技術的理論發展。

3? 結論

結合目前研究現狀，在已有的研究基礎上，對于黃土邊坡穩定性數值分析和防治技術研究上從以下方面發展的趨勢較為明顯：

①未來邊坡穩定性評估的一個方向是系統性研究邊坡穩定性。針對不同黃土邊坡類型開展系統性的研究，如以黃土濕陷性的結構體系分類，開展自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土的邊坡穩定性分析，弱化地域差異，強調黃土的特性特征。

②隨著計算機技術的不斷發展，數值模擬軟件的應用逐漸成熟，利用計算機形成智能評價系統，是未來研究邊坡穩定性的一個趨勢。

③利用黃土微觀結構理論，建立黃土濕陷性機理模型，將成為研究黃土邊坡穩定性的一個發展方向。黃土的微觀分析目前已經有大量學者在進行試驗驗證階段，能夠建立統一的黃土濕陷性機理模型，那么對今后的黃土邊坡穩定性數值分析將提供重要的理論基礎。

參考文獻：

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