高等岩石力学岩石边坡工程
中国岩石高边坡工程及其研究
中国岩石高边坡工程及其研究
一、中国岩石高边坡工程背景
中国山区地形复杂，岩石边坡又称山坡，是指在高度超过3m的坡度上，使用岩石材料所建造的边坡或斜坡。
岩石作为比较硬结物，具有较高
的抗冲击强度、抗压强度、抗拉强度等特点，可以用来建设稳定、坚固的
边坡。
岩石边坡的技术性能特点和加固边坡的效率，大大提高了边坡建设
的经济性和安全性。
中国岩石高边坡工程的技术特点，是建设时采用焊接和粘结的技术，
这样可以使工程中的材料成为一个整体，既不会受到冲击力的影响，也不
会因为重力而变形。
岩石边坡平整，可以提高边坡表面的抗冲击性能和抗
拉性能，有利于防止土石滑动。
二、中国岩石高边坡工程研究
1、材料耐久性研究
在中国岩石高边坡工程中，土壤材料的耐久性研究是最重要的，因为
它们能够确定边坡的质量，决定边坡的稳定性和安全性。
耐久性研究要求
在各种温度、湿度和湿润环境下实施，以确保材料的可靠性和稳定性。
2、边坡稳定性研究
稳定性研究是指对边坡形态、结构、地质、地貌等因素进行全面研究，并采用测量、分析和求解等方法，考察边坡特征，评估边坡稳定性。
岩石力学边坡
a
b
c
d
图1-1
2007-06-12
e
f
斜坡块体运动主要类型示意图
蔡路军 5
a.山崩（崩塌）；b.滑坡；c.错落；d.倾倒；e.坍塌；f.岩体深层蠕变
武汉科技大学理学院工程力学系
滑坡动态图
2007-06-12
武汉科技大学理学院工程力学系
蔡路军
6
青 海 化 隆 至 循 化 公 路 危 岩 体
WUST
同江至三亚高速公路福建八尺门互通3#滑坡全貌
2007-06-12 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 33
WUST
京珠高速公路粤北段K108滑坡
2007-06-12 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 34
WUST
京珠高速公路粤北段K152滑坡
2007-06-12 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 35
2007-06-12 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 20
WUST
二郎山隧道西引道滑坡张裂缝
2007-06-12 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 21
WUST
云南元磨高速公路砂泥岩高边坡滑坡
2007-06-12 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 22
WUST
云南元磨高速公路K259三箐公隧道进口滑坡
2007-06-12 武汉科技大学理学院台湾某地的边坡整治效果图
2007-06-12 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 55
水利水电工程－小湾水电站右岸局部边坡
2007-06-12 武汉科技大学理学院工程力学系 蔡路军 56
水利水电工程－三峡工程局部边坡
WUST
黄河李家峡水电站2#滑坡
7岩石力学-岩石边坡工程资料
得岩质边坡和土质边坡的力学性能很不 相同，其边坡破坏模式的差别也十分显
分 著。
类
15
岩石力学
16
岩石力学
7.2 边坡的破坏形式和影响因素
17
岩石力学
一、边坡岩体的变形特征
岩石边坡的变形以坡体未出现贯通性 的破坏面为特点，但在边坡体的局部区 域，特别在坡面附近可能出现一定程度 的破裂与错动。
边坡的变形主要表现为松动和蠕动。
蠕 动 变 形
24
岩石力学
二、边坡岩体的破坏模式
（一）、崩塌 崩塌－－高陡的边坡岩体突然发生倾倒崩落， 岩块滚落堆积于坡脚的现象。 山崩--大规模的岩体崩塌，可达数千万甚至 上亿立方米。 坠石--小规模的崩塌，一般仅数立方米或数 十立方米。 坚硬岩体中发生的崩塌也称岩崩，土体中发 生的则称土崩。崩塌下来的岩块碎石大小混杂 堆积于坡脚，称为崩积物。
39
岩石力学
7.3 边坡稳定性分析计算
40
岩石力学
一、稳定性分析方法综述
（一）、边坡稳定性分析方法分类 目前用于边坡稳定性分析的方法大体上可 分为定性分析方法和定量分析方法两大类。 定性分析方法：工程类比法、赤平极射投 影法、实体比例投影法、摩擦圆法等； 定量分析方法：极限平衡法、数值分析法 (有限元，边界元，离散元等)及可靠性分析 方法(蒙特卡洛法和随机有限元法等)。
S C tg
S C ( u)tg
式中，C、C′分别为滑动面的粘结力
和有效粘结力；Φ 、Φ ′分别为滑动面 的内摩擦角和有效内摩擦角；u为滑动面 孔隙水压力。
46
岩石力学
一、稳定性分析方法综述
2、稳定系数F(安全系数)的定义为沿最危 险破坏面作用的最大抗滑力(或力矩)与下滑 力(或力矩)的比值。即
第6课 岩石边坡工程
第6章岩石边坡工程§6.1概述边坡按成因可分为自然边坡和人工边坡。
天然的山坡和谷坡是自然边坡，此类边坡是在地壳隆起或下陷过程中逐渐形成的。
通常发生较大规模破坏是自然边坡。
人工边坡是由于人类活动形成的边坡，其中挖方形成的边坡称为开方边坡，填方形成的称为构筑边坡，后者有时也称为坝坡。
人工边坡的几何参数可以人为控制。
边坡按组成物质可分为岩质边坡和土质边坡。
岩坡失稳与土坡失稳的主要区别在于土坡中可能滑动面的位置并不明显，而岩坡中的滑动面则往往较为明确，无需像土坡那样通过大量试算才能确定。
岩坡中结构面的规模、性质及其组合方式在很大程度上决定着岩坡失稳时的破坏形式；结构面的产状或性质稍有改变，岩坡的稳定性将会受到显著影响。
因此，要正确解决岩坡稳定性问题，首先需搞清结构面的性质、作用、组合情况以及结构面的发育情况等，在此基础上不仅要对破坏方式做出判断，而且对其破坏机制也必须进行分析，这是保证岩坡稳定性分析结果正确性的关键。
典型的边坡如图6-1所示。
边坡与坡顶面相交的部位称为坡肩；与坡底面相交的部位坡趾或坡脚；坡面与水平面的夹角称为坡面角或坡倾角；坡肩与坡脚间的高差称为坡高。
图6-1 边坡示意图边坡稳定问题是工程建设中经常遇到的问题，例如水库的岸坡、渠道边坡、隧洞进出口边坡、拱坝坝肩边坡以及公路或铁路的路堑边坡等，都涉及到稳定性问题。
边坡的失稳，轻则影响工程质量与施工进度；重则造成人员伤亡与国民经济的重大损失。
因此，不论土木工程还是水利水电工程，边坡的稳定问题经常成为需要重点考虑的问题。
§6.2岩石边坡破坏6.2.1 岩石边坡的破坏类型岩坡的破坏类型从形态上可分为崩塌和滑坡。
所谓崩塌是指块状岩体与岩坡分离，向前翻滚而下。
其特点是，在崩塌过程中，岩体中无明显滑移面。
崩塌一般发生在既高又陡的岩坡前缘地段，这时大块的岩体与岩坡分离而向前倾倒，如图6-2(a)所示；或者，坡顶岩体由于某种原因脱落翻滚而在坡脚下堆积，如图6-2(b)和(c)所示。
岩石力学基本教程 教学配套课件 侯公羽 第8章 岩石力学在边坡工程中的应用
6/4
尚辅教学配套课件
图8.4 坚硬岩石组成的边破前缘 卸荷裂隙导致崩塌示意图
1—灰岩；2—砂页岩；3—石英岩
6/4
图8.5 软硬岩性互层的陡坡 局部崩塌示意图
1—砂岩；2—页岩
尚辅教学配套课件
构造节理和成岩节理对崩塌的形成影响很大。 崩塌的形成又与地形直接相关。 风化作用也对崩塌的形成有一定影响。因为风化作用能使边 坡前缘各种成因的裂隙加深加宽，对崩塌的发生起催化作用。此 外，在干旱、半干旱气候区，由于物理风化强烈，导致岩石机械 破碎而发生崩塌；高寒山区的冰劈作用也有利于崩塌的形成。 在上述诸条件制约下，崩塌的发生还与短时的裂隙水压力以 及地震或爆破震动等触发因素有密切关系。尤其是强烈的地震， 常可引起大规模崩塌，造成严重灾祸。 湖北省远安县境内的盐池河磷矿灾难性山崩，是崩塌形成诸 条件制约的典型实例。该磷矿位于一峡谷中。岩层为上震旦统灯 影组(Zbdn)厚层块状白云岩及上震旦统陡山沱组(Zbd)含磷矿层 的薄至中厚层白云岩、白云质泥岩及砂质页岩。岩层中发育有两 组垂直节理，使山顶部的灯影组厚层白云岩三面临空。地下采矿 平巷使地表沿两组垂直节理追踪发展张裂缝。1980年6月8~10日 连续两天大雨的触发，使山体顶部前缘厚层白云岩沿层面滑出形 成崩塌，体积约100万m3，造成生命财产的严重损失(图8.6)。
岩体力学在边坡工程中的应用
第八章 岩体力学在边坡工程中的应用（一）岩质边坡的应力分布特征由有限元法分析的结果知，形成边坡后，岩体中的应力有如下变化特性：1.由于应力重新分布，边坡周围的主应力迹线发生明显偏转，其总的特征为愈靠近临空面，最大主应力（1σ）愈接近平行临空面。
2.坡脚附近最大主应力（相当于临空面的切向应力）显著增高，且愈近表面愈高；最小主应力则显著降低，于表面处降为零，甚至转为拉应力。
3.坡缘（坡面与坡顶的交线）附近，在一定的条件下，坡面的径向应力和坡顶的切向应力可转化为拉应力，形成张力带。
4.坡体内最大剪应力迹线由原来的直线变为近似圆弧形，弧的凹面朝向临空方向。
5.坡面处于单向应力状态（不考虑坡面走向方向的2σ）向内渐变为两向（若考虑2σ则是三向）应力状态。
另外，应注意到，以上特征只能使用于均质各向同性的岩体中，如果边坡内存在大的断层或层状岩体，则应力分布必有较大的差异。
影响应力分布的主要因素有：原岩应力状态、岩坡形态、岩体的变形特征和结构特征等。
其中，以原岩应力状态的影响最为显著。
（二）岩质边坡的变形和破坏特征岩质边坡中未出现贯通性破裂面之前，坡体的变化特征属变形特征；出现贯通性破裂面后的坡体特征属破坏特征。
其发展过程是：坡面及附近岩体松动（又称松弛张裂）－岩体蠕动－加速蠕动－破坏。
其中，前三步的特征均属变形特征，最后一步的特征才是破坏特征。
1.变形特征在边坡形成的初始阶段，由于卸荷作用，岩体内的应力重新分布，使边坡表面及其附近岩体发生松动，形成表面张开裂隙，包括：回弹裂隙，坡面、坡顶张裂带裂隙，坡脚应力集中带的张开裂隙。
岩坡发生松动后，降低了岩体的强度，在外力（主要是自重）作用下，岩体向自由面方向缓慢变形，称之为岩坡的蠕动。
如果坡体中的应力小于岩体的长期强度，坡体的蠕动逐渐减速，最后趋于稳定；反之，坡体蠕动加速，最终导致破坏。
2.破坏特征由于边坡的破坏有各种各样的原因，而产生破坏后的形态和作用也极不一致，因而岩坡破坏形式的分类也是各种各样的。
岩体力学-第五章 岩石边坡.PPT
Zw
V
Z
张裂缝在坡顶 W ( H Z )( H Z ) cot p 2 2 1 Z2 2 = H 1 2 cot p cot f 2 H 张裂缝在坡面 1 2 W H Z cot 2 （ p tan f － tan p ) 2
地质年代和相应的地层单位表 使用范围 国际性 全国性或大区域性 地质年代单位 代(纪，世) 世 (期 ) 年代地层单位 界(系，统) 统(阶，带)
地方性
时
群(组，段，层 )
地质年代表
代 ERA 新生代 (Kz) Cenozoic 纪 PERIOD 世 EPOCH 第四纪(Q) Quaternary 第三纪(R) Tertiary 白垩纪(K) Cretaceous 中生代(Mz) Mesozoic 侏罗纪(J) Jurassic 三叠纪(T) Triassic 二叠纪(P) Permian 石炭纪(C) Carboniferous
i
楔体破坏分析
RA sin( RA cos(
2
) RB sin(
2
) ) W cos i
2 sin tan 0 Fw tan i sin 2
) RB cos(
2
2
RB
W cos i
RA
W sin i
W
i
RA sin( RA cos(
本章主要讲 岩石边坡
潜在边坡问题评价（边坡岩体稳定性的初步评价）
边坡岩体变形特征：松动和蠕动 1.松动：边坡形成初始阶段，坡体表面往往出现一系列与坡面 平行陡倾角张开裂隙，称为松动，是一种斜坡卸荷回弹的过程和现 象实践中把发育有松动裂隙的坡体部位，称为边坡松动带。是边坡 变行和破坏的初始表现。 2.蠕动：边坡在自重应力为主的坡体应力长期作用下，向临空方向 缓慢而持续的变形，称为蠕动。 分为 表层蠕动：对于破碎的岩质边坡和土质边坡是一种典型的蠕动 深层蠕动:包括软弱基蠕动和坡体蠕动
岩体力学在边坡工程中的应用(之一)
第十五讲第十七章岩体工程与基础工程第一节岩体力学在边坡工程中的应用（之一）一、内容提要：本讲主要讲述岩质边坡应力分布特征；边坡岩体的变形和破坏以及影响边坡稳定性的工程地质因素二、重点难点：边坡应力分布特征、边坡变形和破坏斜坡系指地壳表部一切具有侧向临空面的地质体。
它包括自然斜坡和人工边坡两种。
前者是在一定地质环境中，在各种地质营力作用下形成和演化的自然历史过程的产物，如山坡、海岸、河岸等。
后者则是由于人类某种工程、经济目的而开挖的，往往在自然斜坡基础上形成，其特点是具有较规则的几何形态，如路堑、露天矿坑边帮、运河(渠道)边坡等。
斜坡具有坡体、坡高、坡角、坡肩、坡面、坡脚、坡顶面、坡底面等各项要素(图17-1-1)。
斜坡在各种内、外地质营力作用下，不断地改变着坡高和坡角，使坡体内应力分布发生变化。
当组成坡体的岩土体强度不能适应此应力分布时，就产生了斜坡的变形破坏作用。
尤其是大规模的工程建设，使自然斜坡发生急剧变化，斜坡的稳定程度也变化极大，往往酿成灾害。
斜坡的变形与破坏，实质上是由斜坡岩土体内应力与其强度这一对矛盾的发展演化所决定的。
由于斜坡变形破坏，给人类和工程建设带来的危害在国内外不乏其例。
在我国，由于特殊的自然地理和地质条件所制约，斜坡地质灾害分布广泛，活动强烈，危害严重。
由于斜坡变形破坏对人类工程、经济活动和生命财产的危害较大，所以它是工程地质学研究的主要课题之一，也是环境地质学和灾害地质学研究的重要内容。
【例题1】决定斜坡的变形与破坏的主要因素是（）。
A.斜坡类型B.斜坡要素C.斜坡种类D.斜坡岩土体内应力与强度答案:D【例题2】下列不属于斜坡要素的是（）。
A. 坡高B.坡顶C.坡角D.坡腿答案:D一、岩质边坡应力分布特征斜坡的变形与破坏，取决于坡体中的应力分布和岩体的强度特征，了解坡体中应力分布特征，对认识斜坡变形与破坏机理很有必要；对正确评价斜坡的稳定性，制定合理的设计和整治方案有指导意义。
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2 (ctg1
ctg2 )
11
高等岩石力学
二、边坡工程对露天矿建设的影响
对于一个深400m的大型露天矿，如 果从坡角35°增加到36°，每公里长 的坡段可减少剥离量415万m3，节约的 剥岩费上亿元。
加陡边坡成为减少废石开挖量和运输 量、提高矿山经济效益的关键问题。
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高等岩石力学
三、边坡的分类
成 物 质
得岩质边坡和土质边坡的力学性能很不 相同，其边坡破坏模式的差别也十分显
分 著。
类
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高等岩石力学
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高等岩石力学
7.2 边坡的破坏形式和影响因素
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高等岩石力学
一、边坡岩体的变形特征
边坡坡脚部位的岩体被冲刷侵蚀掉 松 或人工开挖，使边坡岩体失去约束， 动 应力重新调整分布，从而使岸坡岩体 变 发生向临空面方向的回弹变形及产生 形 近平行于边坡的拉张裂隙，一般称作
要 素
与坡顶面相交
的部位称。
坡脚：边坡
与坡底面相交
的部位。
坡面角：坡面与水平面的夹角。 坡高：坡肩与坡脚间的高差。
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高等岩石力学
二、边坡工程对露天矿建设的影响
采矿工程完成的挖方量约占人类各种挖方 量总和的五分之四。
设采深为H、采场 长为L，坡角为α。
若α从α1增加至α2， 减少剥岩量：
Q
1 2
LH
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高等岩石力学
二、边坡岩体的破坏模式
（二）、滑坡 滑坡是边坡岩体主要在重力作用下沿贯通的 剪切破坏面发生滑动破坏的现象。 滑坡通常以深层破坏形式出现，其滑动面往 往深入坡体内部，甚至延伸到坡脚以下。 根据滑面的形状，滑坡形式可区分为平面剪 切滑动和旋转剪切滑动。
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Hale Waihona Puke 高等岩石力学二、边坡岩体的破坏模式
水厂铁矿整个露天采场上口尺寸3600m×(400-1680)m ，露天 底尺寸180m×60 m，采场边坡最高标高为+310m，最低开采标 高-350m，采场封闭圈标高+80m，采场总体边坡角41°-46°，
台阶坡面角65°。
4
高等岩石力学
5
高速高公等岩路石滑力坡学
漫湾水电工程的滑坡
6
高等岩石力学
二、边坡岩体的破坏模式
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高等岩石力学
二、边坡岩体的破坏模式
2、旋转剪切滑动 旋转剪切滑动的滑面通常成弧形状，均质 岩体易产生近圆弧形滑面，当岩土非常软弱 (土边坡)、或岩体节理 异常发育、或已破碎 (废石堆)，破坏也常 常表现为圆弧状滑动。
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高等岩石力学
二、边坡岩体的破坏模式
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高等岩石力学
三峡船闸岩石边坡
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高等岩石力学
西藏易贡巨型山体滑坡
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高等岩石力学
一、基本概念
露天矿边坡：露天矿开挖形成的斜坡构成 的采矿区的边界。
（最终帮边坡、工作帮边坡和台阶边坡）；
路堤边坡：铁路、公路建筑施工中形成的 路堤斜坡。
路堑边坡：开挖路堑所形成的斜坡称为。
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高等岩石力学
一、基本概念
边
坡
坡肩：边坡
l、平面剪切滑动 平面滑动的特点是块体沿着平面滑移，它 的产生是由于这一平面上的抗剪力与边坡形状 不相适应。这种滑动往往发生在地质软弱面的 走向平行于坡面、产状向坡外倾斜的地方。 根据滑面的空间几何组成，平面滑动存在 简单平面剪切滑动、阶梯式滑坡、三维楔体滑 坡和多滑块滑动等几种破坏模式。
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高等岩石力学
边坡卸荷裂隙。
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高等岩石力学
一、边坡岩体的变形特征
（二）、蠕动
边坡岩体在自重应力等应力的长期作
蠕 动
用下，向临空方向缓慢而持续的变形， 称为边坡蠕动。
变 蠕动形成机制：
形 1、岩土的粒间滑动(塑性变形)；
2、沿岩石裂纹微错；
3、岩体中一系列裂隙扩展所致。
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高等岩石力学
二、边坡岩体的破坏模式
（一）、崩塌 崩塌－－高陡的边坡岩体突然发生倾倒崩落， 岩块滚落堆积于坡脚的现象。 山崩--大规模的岩体崩塌，可达数千万甚至 上亿立方米。 坠石--小规模的崩塌，一般仅数立方米或数 十立方米。 坚硬岩体中发生的崩塌也称岩崩，土体中发 生的则称土崩。崩塌下来的岩块碎石大小混杂 堆积于坡脚，称为崩积物。
三、边坡稳定性的影响因素
影响边坡稳定性的因素有内在因素与外在 因素两个方面。
内在因素有组成边坡岩土体的性质、地质 构造、岩体结构、地应力等。它们常常起 着主要的控制作用。
外在因素有地表水和地下水的作用、地震、 风化作用、人工挖掘、爆破以及工程荷载 等。其中地表水和地下水是影响边坡稳定 最重要、最活跃的外在因素，其他大多起 着触发作用。
坡 挖方形成的边坡称为开挖边坡，填
按 方形成的边坡称为填筑边坡，水力水
成 因 分
电工程中还称为坝坡，这类边坡的几 何参数可以人为控制。
类
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高等岩石力学
三、边坡的分类
边 土质边坡和岩质边坡
坡 土体和岩石的物质构成并无本质的差
按 别，差别在于结构，它们的工程地质和
组 水文地质特征及力学特征差异显著，使
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高等岩石力学
一、稳定性分析方法综述
（二）、极限平衡法基本原理 极限平衡法是依据边坡上的滑体或滑体分 块的力学平衡原理(即静力平衡原理)，分析 边坡各种破坏模式下的受力状态，以及边坡 滑体上的抗滑力和下滑力之间的关系，来评 价边坡的稳定性。 极限平衡法是边坡稳定性分析计算的最主 要方法，也是工程实践中应用最多的一种方 法。
高等岩石力学
Adwanced Rock Mechanics
辽宁科技大学
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高等岩石力学
第七章 岩石边坡工程
2
高等岩石力学
7.1 边坡工程的影响与分类
3
高等岩石力学
一、基本概念
首都钢铁公司水厂铁矿边坡
水厂铁矿是一座大型变质岩型磁铁矿床，位于河北省迁安市， 西至北京200km，西南至唐山80km，东南至迁安市20km。
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高等岩石力学
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高等岩石力学
7.3 边坡稳定性分析计算
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高等岩石力学
一、稳定性分析方法综述
（一）、边坡稳定性分析方法分类 目前用于边坡稳定性分析的方法大体上可 分为定性分析方法和定量分析方法两大类。 定性分析方法：工程类比法、赤平极射投 影法、实体比例投影法、摩擦圆法等； 定量分析方法：极限平衡法、数值分析法 (有限元，边界元，离散元等)及可靠性分析 方法(蒙特卡洛法和随机有限元法等)。
自然边坡：天然的山坡和谷坡。
边 自然边坡是在地壳隆起或下陷过程中逐
坡 渐形成的，这类运动今天可能还在继续。
按 成 因
然而，只要边坡位于侵蚀基准面以上，不 论成因如何，它们就处于受剥蚀的环境之
分 中，开始了风化、解体以至滑塌的过程，
类 较大规模的破坏就是自然滑坡。
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高等岩石力学
三、边坡的分类
边 人工边坡：人工建设形成的。