于勇刚

一、前言

边坡稳定性问题一直就是边坡研究一个重点课题，边坡研究发展主要是依赖于土力学和岩石力学的发展，边坡的破坏不仅会直接摧毁工程建设本身，而且也会对工程和人类环境带来间接的影响和经济损失[1]。因此，如何经济、安全可靠地设计合理的边坡工程或分析评价天然边坡的稳定性具有重大的实际意义。不同的边坡工程常常存在于不同的工程地质环境中，不同的边坡稳定性分析方法又各具特点，并且有各自的适用条件。本文就各种边坡稳定性分析方法的主要特征及其优缺点作些简要分析。

二、定性分析法

该法是基于通过地质勘察资料研究边坡稳定性的影响因素（如地质与水文条件及人类活动等），分析边坡体的成因、演变史等，从而获得可能失稳破坏方式与力学机理，是工程实践中大多采用方法[2]。

1、自然（成因）历史分析法

该方法主要根据边坡发育的地质环境、边坡发育历史中的各种变形破坏迹象及其基本规律和稳定性影响因素等的分析，追溯边坡演变的全过程，对边坡稳定性的总体状况、趋势和区域性特征作出评价和预测，对已发生滑坡的边坡，判断其能否复活或转化。它主要用于天然斜坡的稳定性评价。

2、边坡工程类比法及分析数据库和专家系统

边坡工程类比法实质上就是利用已有的自然边坡或人工边坡的稳定性状况及其影响因素、有关设计等方面的经验，并把这些经验应用到类似的所要研究边坡的稳定性分析和设计中去的一种方法。通过这些分析，来类比分析和判断研究对象的稳定性状况、发展趋势、加固处理设计等。在工程实践中，既可以进行自然边坡间的类比，也可以进行人工边坡之间的类比，还可以在自然边坡和人工边坡之间进行类比。可以说它是目前应用最广泛的一种边坡稳定性分析方法。

边坡工程分析数据库和专家系统就是在边坡工程类比法的基础上收集已有的多个自然斜坡、人工边坡实例的计算机软件。它按照一定的格式，把各个边坡实例的发育地点、地质特征（工程地质图、钻孔柱状图、岩土力学参数等）、变形破坏影响因素、形式、过程、加固设计，以及边坡的坡形、坡高、坡角等收录进来，并有机地组织在一起。

边坡稳定分析设计专家系统就是进行边坡工程稳定性分析与设计的智能化计算机程序。它把某一位或多位边坡工程专家的知识、工程经验、理论分析、数值分析、物理模拟、现场监测等行之有效的知识和方法有机地组织起来，建成一个边坡工程知识库，结合相关学科不同专家的知识进行推理和决策，对所研究的对象（边坡）进行稳定性评价。

3、图解法

（1）投影图法

该法就是利用赤平极射投影的原理，通过作图来直观地表示出边坡变形破坏的边界条件，分析不连续面的组合关系，可能失稳岩土体形态及其滑动方向等，进而评价边坡的稳定性，并为力学计算提供信息。

（2）诺模图法

该法就是利用一定的诺模图或关系曲线来表征与边坡稳定有关参数间的关系，并由此求出边坡稳定安全系数，或根据要求的安全系数及一些参数来反分析其它参数（φ、C、结构面倾角、坡角、坡高等）的方法。

4、SMR法

SMR法是Roman.M在RMR岩体质量评价方法的基础上，综合考虑边坡工程中不连续面产状与坡面间的组合关系，提出了边坡岩体质量计算公式。利用SMR方法来评价边坡岩体质量的稳定性，方便快捷，且能够综合反映各种因素对边坡稳定性的影响。但该方法存在一些不足，如它没能考虑边坡坡高等因素，对大型的岩质边坡的整体稳定性的状况还不能够作出有效的分析。

三、定量分析法

该法是采用土力学、岩体力学及理论力学的理论与方法，基于经典的数学物理方程与计算机技术求解稳定安全系数、计算滑坡结构体内的应力应变关系分析边坡稳定性。

1、有限差分法和有限体积法

FDM是一种传统的数值分析法，其基本思想就是用差分网格离散求解域，用差分公式将问题的控制方程转化为差分方程，然后结合初始及边界条件，求解线性代数方程组。FVM是最流行数值分析法，它广泛用于岩土问题中，如边坡稳定性，地下工程开挖、水-应力耦合或者热-水-应力耦合，岩体特性等。它类似于有限元法，是有限差分法与有限元法的桥梁。但二者不足的地方就是大部分模型都不宜处理破碎、复杂边界条件和材料的不均匀性的问题。因此它不宜分析边坡稳定性。

2、有限元法

其基本思想就是视岩体为连续力学介质，通过离散化，建立近似函数把有界区域内的无限问题简化为有限问题，并通过求解联立方程，对工程问题进行应力与变形分析。其突出优点是适用性强；计算滑动面上应力较真实；可考虑边坡岩体非线性、非均质和复杂边界等问题；可得出边坡应力应变场和位移场；可避免将坡体视为刚体、过于简化边界条件的缺点；能直观地模拟边坡变形破坏过程；通过对大量方案的比较分析，可迅速得出计算结果，便于方案优化。其不足之处是：数据准备工作量大且计算繁复、计算效率低、计算结果不收敛，原始数据易出错，不能保证某些物理量在整个区域内的连续性。目前用于边坡稳定性分析的有限元通常用有限元圆弧搜索法和强度折减有限元法。

3、快速Lagrangian分析（FLAC）法

为了克服有限元等数值分析法不能求解岩土大变形问题的缺陷，人们根据显式有限差分原理，提出了FLAC数值分析方法。该方法较有限元方法能更好地考虑岩土体的不连续性和大变形特征，求解速度较快。其缺点是同有限元方法一样，计算边界、单元网格的划分带有很大的随意性。

4、边界元（BEM）法

与有限元方法不同，它只对研究区的边界进行离散，因而它要求的数据输入量较少。该方法对处理无限域和半无限域问题较为理想。它要求事先知道求解问题的控制微分方程的基本解，在处理材料的非线性、不均匀性、模拟分步开挖等方面还远不如有限元法，它同样不能求解大变形问题。因而，边界元法目前在边坡岩体稳定性分析中的应用远不如在地下洞室中应用广泛。

5、离散元（DEM）法

它是一种动态的数值分析方法，可以用来模拟边坡岩体的非均质、不连续和大变形等特点，因而，也就成为目前较为流行的一种岩土体稳定性分析数值方法。该法对块状结构、层状破裂或一般碎裂结构岩体比较适合。

6、块体理论（BT）

利用拓扑学和群论的原理，以赤平投影和解析计算为基础，来分析三維不连续岩体稳定性。块体理论的缺点是它通常只考虑不连续面的抗剪强度，不考虑其变形，不计力矩的作用，且通常假定其无限长，这些都在一定的程度上与实际情况不符。块体理论在块体的划分方面，还存在一定的随意性，也不能很好地解决大变形问题。

7、无界元法（IDEM）

主要解决有限元在计算时难以确定的计算范围及边界条件，可作为有限元法的推广。基于一些形函数和位移插值函数，能反映无穷远处的边界条件，广泛应用于求解动力及不连续问题等。

四、现场监测分析法

通过现场监测所获得的信息如位移、位移速度、应力、声发射率、氡气、α、脉冲频率、地下水等有关特征，来对边坡岩土体稳定性作出评价和预测。由于现场监测结果直观可靠，因而利用监测结果对边坡过程的稳定性进行分析，已成为目前边坡工程中稳定性评价极其重要的一种方法。

参看文献：

[1]黄昌乾，丁恩保.边坡工程常用稳定性分析方法.1997.3

[2]丁参军，张林洪，于国荣等.边坡稳定性分析方法研究现状与趋势.2011.8