邊坡穩定性分析方法研究

游錦奎 楊漂漂

摘要：本文針對邊坡的穩定性方面開展研究，內容包括基于仿真軟件的邊坡穩定性分析方法及不足、基于定量的邊坡穩定性分析方法及不足等內容，為相關行業提供理論指導。

關鍵詞：邊坡;防護;治理;措施

我國是一個地質災害頻發的國家，大部分地質災害和路基損壞都是由邊坡產品的不穩定性造成的。關于邊坡產品可分為崩坡產品、殘坡產品和沖積邊坡產品，相關研究概述了邊坡產品的材料組成、力學性能以及邊坡產品引起的常見路基病害。建立了填筑路基邊坡積的數值模型，利用Flac3D數值計算研究了邊坡穩定性。分析了各種因素對邊坡穩定性的影響，提出了與穩定性關系的影響因素。本在在此基礎上，進一步詳細分析邊坡防護的相關內容。

1基于仿真軟件的邊坡穩定性分析方法及不足

基于仿真軟件Geo-Slop，邊坡穩定性分析方法主要有這四：Morgenstern-Price 法、Janbu 法和 Bishop 法。

Morgenstern-Price 法：事先假設土體由若干子條塊土體組成，并假設相鄰兩土條的法向條間力與切向條間力存在一定的水平方向的函數關系，繼而可使用條分法對每一子條塊土體進行受力分析。針對是人為假設的土體極限平衡狀態，其不足之處為：不能提供邊坡位移信息，且需要事先假定若干個滑動面。

Janbu 法：首先對土體進行條分處理，事先確定滑裂面的位置并假設滑裂面的安全系數相同，土條上所有垂直荷載的合力作用線和滑裂面的交點與滑裂面的法向反力作用于同一點，進而用該方法求得安全系數和應力分布曲線。其缺點為不易收斂，特別是條數超過 20 時，得到的結果幾乎沒有收斂。

Bishop 法：類似于平面應變問題，基于圓弧滑動法和庫倫強度理論。先假定穩定系數 K，然后反算穩定系 數計算值 F，重復計算至 K 與 F 之間的相對誤差。這種方法的缺陷為沒有考慮土條之間的作用力，并且與水平力間的夾角為 0，忽略成對條間力產生的力矩。

2基于定量的邊坡穩定性分析方法及不足

極限平衡法屬于定量法，是從力學出發，通過安全系數來衡量，安全系數為土體由于內摩擦角、含水率等因素而產生的抗滑力與土體自身產生沿斜坡向下的滑動力之比。有限元法是通過將滑動面的土體微元化，考慮其分塊的靜力平衡原理分析斜坡在各種破壞模式下的受力狀態，以及斜坡體上的抗滑力和下滑力之間的定量關系來評價斜坡的穩定性。最終分析結果還與選取的模型有關，為選取最優模型，該分析方法需要多個模型進行比較。不足之處為，對于有限元法，只能局限于土坡穩定的判斷，缺少對失穩條件的分析;該方法適用特定的斜坡，大范圍進行計算工程量大。

3確定錨固角

針對降雨引起的滑坡，提出了采用錨固系統設計排水機制的設想。室內試驗證明排水-錨固組合結構是可行的。建立了有限元數值分析模型。描述了降雨過程中邊坡土的強度和滲透系數等參數。數值分析表明，滲流場和安全系數在不同條件下會發生變化。排水-錨固復合系統可降低浸潤線，提高安全系數。降雨后，安全系數可以迅速恢復。因此，它具有緩沖和反彈效果。研究發現，錨固角對防治效果有顯著影響，并有一個最佳范圍。

4邊坡防護生態方法

從2000年起，人們開始利用生態保護來加固巖石邊坡。這些生態保護方法不僅可以減少混凝土的用量，還可以恢復退化的邊坡生態系統。隨著基礎設施的快速發展，許多生態保護材料應運而生。但是，這些材料存在價格昂貴、早期強度弱、遇雨容易滑動或腐蝕等缺陷。也有研究試圖將水泥作為一種新型生態保護材料的粘合劑，并通過實驗室試驗和現場試驗來驗證這種材料的可行性和可靠性。在現有研究和試驗結果的基礎上，提出了這種新材料的配方，既能滿足邊坡植被的生存要求，又能降低成本，增強生態保護初期的強度[1]。

5邊坡防護光纖光柵傳感方法

建筑工程中以宜萬鐵路何家坪段五花關隧道洞口邊坡防護監測工程為例，通過對柔性護坡系統部件的機械傳動機理和失效模式的分析，提出了一種基于光纖光柵傳感技術的鐵路邊坡防護預警報警系統。與傳統的監控技術相比，這種設計的監控系統具有可靠性高、成本低、安裝方便、維護少等優點。該預警報警系統能有效增強鐵路邊坡防護防災減災的防護功能[2]。

6未來研究方向

邊坡防護的設計、施工和運行經驗以及科學調查的結果為證實水工建筑物邊坡中防護和土壤地基上波浪作用的數值和特征提供了足夠的數據。進一步科學研究和設計的主要任務應該是開發新的、更經濟的護岸類型，詳細闡述建造護坡的技術，并為這種耗費勞力的工作引進廣泛的機械化。

參考文獻：

[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.