岩石边坡稳定性分析方法_贾东远
岩石边坡稳定性分析方法
岩⽯边坡稳定性分析⽅法⽂章编号:1001-831X(2004)02-0250-06岩⽯边坡稳定性分析⽅法X贾东远1,2,阴可1,李艳华3(1.重庆⼤学⼟⽊⼯程学院,重庆400045;2.秦皇岛市建筑设计院,河北秦皇岛066001;3.河北农经学院⼯业⼯程系,河北廊坊065000)摘要:通过综述岩⽯边坡稳定性分析⽅法及其研究的⼀些新近展,并具体从极限平衡法、数值计算⽅法、流变分析、动⼒分析等⽅⾯进⾏详细论述,对岩⽯边坡稳定性分析中涉及到的岩体参数取值、计算模型、各种⽅法的优缺点等⽅⾯进⾏了探讨,最后提出对岩⽯边坡稳定性分析的建议。
关键词:岩⽯边坡;稳定性;极限平衡;数值计算中图分类号:TU457⽂献标识码:A前⾔岩⽯边坡稳定性分析⼀直是岩⼟⼯程中重要的研究内容。
在我国基本建设中,特别是三峡⼯程及西部⼤开发,出现了许多岩⽯边坡⼯程,如三峡船闸⾼边坡、链⼦崖危岩体以及由于移民迁建⽤地、城市建设⽤地形成的边坡等等。
在解决这些复杂的岩⽯边坡问题的过程中,⼤⼤促进了岩⽯边坡稳定性分析⽅法的发展。
随着⼈们对岩⽯边坡认识的不断深⼊以及计算机技术的发展,岩⽯边坡稳定性分析⽅法近年来发展很快,取得了⼀系列研究成果,现分别对其中主要的研究⽅向和成果作简要介绍并分析各⾃特点和适⽤条件,为岩⽯边坡稳定性分析的⼯程应⽤和理论研究提供参考意见。
1岩体参数及计算模型极限平衡、数值计算等计算⽅法在岩⽯边坡稳定性分析中得到⼴泛应⽤,其中如何选择计算所需的⼯程岩体⼒学参数成为关键的问题。
对于重⼤⼯程,可通过现场⼤型岩体原位试验取得岩体⼒学参数,但由于时间和资⾦限制,原位试验不可能⼤量进⾏,因⽽该⽅法仍有⼀定的局限性。
另外,选取岩性特别均匀的试样⼏乎是不可能的,多数情况下,是⽤经验公式来确定岩体抗剪强度参数。
但是,经验公式是以⼀定数量的室内和现场实验资料为依据,通过回归分析求出的,⽽未能把较多的地质描述引⼊其中。
各个经验公式计算同⼀岩体的参数时,普遍存在因经验程度不同⽽确定出的抗剪强度相差较⼤。
浅谈岩质边坡稳定性分析方法
浅谈岩质边坡稳定性分析方法1.前言在铁路、交通、水利水电、矿山等基本建设工程领域，存在大量的高陡岩质边坡[1]。
确保这些岩质边坡在施工和运行期内的稳定，对于保证这些基本建设工程的顺利开展和充分发挥功能，具有至关重要的作用。
岩质边坡稳定性评价应在初步分析的基础上，对边坡的失稳模式做出判别，再选用适当的计算方法，如极限平衡法、有限元分析法等进行稳定性定量计算，提出加固方案，并建立监测系统，通过信息的反馈修改该方案，具体的边坡稳定性评价流程见图1。
图1 边坡稳定性评价流程目前用于边坡稳定性分析的方法繁多，甚至让人眼花缭乱，而每一种分析方法又有各自的适用条件和特点，对处于不同工程地质环境的岩质边坡，采取何种分析方法才能客观、合理、有效地评价边坡的稳定性，是一个需慎重选择的问题。
2.定性分析法定性分析法主要是对影响边坡稳定的各种因素、失稳的力学机制、可能的变形破坏方式、边坡的成因及演化历史进行分析，从而给出被评价边坡的稳定性情况及其可能发展趋势的定性说明。
定性分析方法[2-3]对边坡的稳定性能快速作出评价和预测，缺点是经验性强，没有数量界限。
2.1 SMR评价方法Romana 于1985 年提出了SMR 法，该方法把SMR评分值作为边坡稳定判据，SMR 评分值可通过下式计算：SMR=RMR-F1F2F3+ F4 （1）式中：F1为与边坡和节理走向平行度有关的系数；F2为与节理面倾角有关的系数；F3为描述边坡角和结构面倾角间关系的系数；F4取决于开挖方法的调查因子。
SMR 方法最大的特点是充分考虑了岩体结构特征对边坡稳定的评价分类。
2.2 CSMR评价法由于SMR 法未考虑边坡高度以及不同的控制结构面条件对稳定性评价的影响，故我国学者提出了CSMR评价方法。
该法计算公式为：CSMR = ξRMR - λ F1F2F3+ F4 （2）式中：F1为与边坡和节理走向平行度有关的系数；F2为与节理面倾角有关的系数；F3为描述边坡角和结构面倾角间关系的系数；F4取决于开挖方法的调查因子；ξ为高度修正系数，λ为结构面性质折减系数。
岩土工程中的边坡稳定性分析与控制
岩土工程中的边坡稳定性分析与控制岩土工程中的边坡稳定性是一个至关重要的问题，因为边坡不稳定会导致严重的灾害和损失。
因此，在进行岩土工程设计和施工时，必须对边坡稳定性进行全面的分析与控制。
本文将从边坡的稳定性分析方法、常见的边坡稳定性问题以及边坡稳定性的控制措施等方面进行探讨。
一、边坡稳定性分析方法1. 地质勘察和试验：在进行边坡稳定性分析前，必须对边坡的地质情况进行详细的勘察和试验。
通过地质勘察和试验，可以确定边坡的地质构造、岩土层次、岩性、结构面等重要参数，提供基础数据进行稳定性分析。
2. 边坡稳定性分析软件：随着计算机技术的发展，已经有许多边坡稳定性分析软件可以用于进行分析。
常见的软件包括GEO-SLOPE、FLAC、PLAXIS等，这些软件可以通过有限元法、有限差分法等数值方法对边坡稳定性进行模拟和计算，提供边坡的稳定性指标，帮助工程师做出正确的决策。
二、常见的边坡稳定性问题1. 自然边坡稳定性问题：自然边坡是指没有进行人为开挖或加固处理的边坡。
自然边坡的稳定性主要受到地形、地质构造和水文条件等因素的影响。
常见的自然边坡稳定性问题包括滑坡、崩塌和地面沉降等。
2. 人工开挖边坡稳定性问题：人工开挖边坡指的是通过爆破或机械开挖等方式对土石进行开挖形成的边坡。
在开挖过程中，地应力分布发生改变，导致边坡的稳定性发生变化。
常见的人工开挖边坡稳定性问题包括边坡坡度过陡、地下水位下降引起的干燥裂缝、坡脚冲刷等。
三、边坡稳定性的控制措施1. 加固措施：在设计和施工中，可以采取不同的加固措施来提高边坡的稳定性。
常见的加固措施包括土工格栅、防护网、地锚等。
这些措施可以有效地抵抗边坡的滑动、倒塌和冲刷等问题。
2. 排水措施：水是导致边坡不稳定的主要因素之一，因此，进行合理的排水措施对于边坡稳定性非常重要。
常见的排水措施包括采取排水管、开凿排水沟等方式，在边坡中排除地下水，减少水的渗透和积聚。
3. 监测与预警：在进行岩土工程施工过程中，应建立起边坡稳定性的监测与预警体系。
岩土工程中的边坡稳定性分析与加固
岩土工程中的边坡稳定性分析与加固边坡稳定性一直是岩土工程中的一个重要问题，合理的边坡设计和加固措施对于保障工程安全至关重要。
本文将从边坡的稳定性分析入手，探讨不同的边坡加固方法，并介绍岩土工程中常用的边坡稳定性分析方法。
1. 边坡稳定性分析边坡稳定性分析是指对边坡进行力学分析，确定边坡的稳定状况，并判断是否需要加固。
稳定性分析常用的方法主要有平衡法、显式有限差分法和数值模拟法。
平衡法是最常用的稳定性分析方法之一，它基于边坡在静力平衡状态下的力学原理，对边坡进行切片分析，计算作用在各切片上的力。
通过计算各切片力的合力和合力作用点的位置，可以判断边坡的稳定性。
显式有限差分法是一种数值计算方法，通过将边坡划分为有限个网格，利用差分公式求解网格上任意点的位移和应力分布。
该方法适用于复杂的地质条件和边坡几何形状。
数值模拟法则是最近几年边坡稳定性分析中的新兴方法，它基于有限元理论和强度剪胀理论，将边坡土体划分为有限个单元，通过求解单元节点的位移和应力场，得出边坡的稳定性。
2. 边坡加固方法边坡加固是指采取措施增加边坡的稳定性，常用的加固方法有引导分区加固、表面加固和支护加固。
引导分区加固是通过设置边坡的划分带，采取不同的加固措施对不同的划分带进行处理。
划分带的设置可以根据边坡的地质情况和力学性质来确定，不同划分带可以采用不同的加固措施，如土钉墙、喷射混凝土等。
表面加固是指在边坡的表面进行加固，常用的表面加固措施有地锚、护坡、防护网等。
地锚是一种通过拉索固定在地面深处的加固措施，它可以使整个边坡得到加固。
护坡则是通过在边坡表面铺设特殊的护坡材料，来增加边坡的稳定性和防止土体的侵蚀。
支护加固是指通过设置支护结构来增加边坡的稳定性，常用的支护结构有挡土墙和喷射混凝土墙。
挡土墙是通过设置墙体来抵抗边坡土体的侵蚀和滑动力，而喷射混凝土墙则是通过将混凝土喷射到边坡上形成墙体，从而增加边坡的稳定性。
除了以上常用的边坡加固方法，还有一些新兴的技术在岩土工程中被广泛应用。
如何进行岩石工程和边坡稳定性分析
如何进行岩石工程和边坡稳定性分析岩石工程和边坡稳定性分析是土木工程中重要的技术领域，它们关乎工程施工的安全性和可行性。
在进行岩石工程和边坡稳定性分析时，需要综合考虑多种因素，包括岩石力学性质、岩层地质特征、地震动力学等，从而确定合理的设计方案，确保工程的可持续发展和安全运行。
首先，在进行岩石工程和边坡稳定性分析之前，我们需要对工程区域进行详细的地质调查和岩石勘探。
这些调查和勘探工作有助于我们了解地质构造、岩层分布、岩体强度等信息，为后续的分析和设计提供基础数据。
同时，还需要进行地震波动性分析，评估地震对岩石工程稳定性的影响。
其次，岩石工程的稳定性分析包括两个方面：一是岩石体的固结性和稳定性，二是岩石与周围地质环境的相互作用。
固结性分析主要考虑岩石的应力-应变关系、变形特征以及破裂机制。
稳定性分析则包括岩体的内外稳定性，如滑坡、倾倒和崩塌等失稳现象的评估和预测。
这需要运用力学原理和岩石力学参数来建立相应的模型，并进行数值计算和有限元分析。
岩石力学参数的确定是进行岩石工程和边坡稳定性分析的关键之一。
通过室内实验、现场测试或经验公式等手段，我们可以获取岩石的抗压强度、抗剪强度、岩石裂隙参数等重要参数。
这些参数的准确性直接影响到分析和设计结果的可靠性。
因此，在进行工程设计时，需要科学合理地选择和确定这些参数，并在实践中不断修正和优化。
除了岩石力学参数，地震动力学也是影响岩石工程和边坡稳定性的重要因素之一。
地震动力学分析通过考虑地震作用下的岩石变形和破坏过程，评估工程的耐震性和安全性。
这需要建立合适的地震动力学模型，并进行动力响应谱分析、时程分析等计算，同时还需要对地震动力学参数进行准确的获取和调整。
合理地考虑地震作用对岩石工程稳定性的影响，是保证工程抗震能力的重要一环。
最后，岩石工程和边坡稳定性分析的结果需要通过合适的评估指标来进行综合评价。
常见的评价指标包括安全系数、变形量、位移速度等。
这些指标的选择和评估标准需要结合具体的工程特点和设计要求确定，并在实践中进行验证。
边坡岩体稳定性分析的计算方法
边坡岩体稳定性分析的计算方法边坡岩体稳定性分析是地质工程设计工作中十分重要的一部分，是评价和研究边坡岩体稳定性的重要方法之一。
随着地质工程的发展，计算机技术的发展和应用，计算边坡岩体稳定性的方法也在不断发展和完善。
本文介绍了边坡岩体稳定性分析的计算方法，以及计算边坡岩体稳定性的重要步骤和要素。
二、边坡岩体稳定性的计算方法1.计算要求计算边坡岩体稳定性的要求是首先进行岩体的力学性质分析，确定岩体的抗剪强度和抗压强度，以及岩体的尺寸、形状、排列结构和构造；随后确定边坡的几何形状参数和水文地质因素，以及重力作用体系的参数；最后，按照边坡分析方法进行计算，确定边坡岩体的稳定系数。
2.计算过程（1）岩体力学性质分析。
首先分析岩体的抗剪强度和抗压强度，其次施加水平和垂直运动，确定岩体的变形特性；（2）边坡几何形状分析。
确定边坡的几何形状参数，包括坡度、坡面宽度、坡面长度等，同时确定水文地质因素，如雨水、渗水、地下水等；（3）重力作用体系分析。
确定边坡岩体的重力作用体系，包括自重、滑移压力、地下水压力、渗水压力等；（4）运用边坡分析方法计算边坡岩体的稳定性。
可以采用等效滑动面法、艾里克斯准则、薛定谔方程等方法，计算边坡岩体的稳定性。
三、边坡岩体稳定性分析的要素1.岩体力学特性岩体的抗剪强度和抗压强度是影响边坡岩体稳定性的主要因素之一。
岩体的抗剪强度可以通过抗拉强度、抗折强度等相关试验来测定，而抗压强度可以通过抗压强度试验、岩石试验等来确定。
2.边坡几何参数边坡几何参数是指边坡的坡度、坡面宽度、坡面长度等参数，这些参数是影响边坡岩体稳定性的重要因素。
一般来说，边坡坡度越陡，边坡稳定性越低；坡面宽度、坡面长度越小，边坡稳定性越低。
3.水文地质条件水文地质条件是指边坡周围的雨水、渗水、地下水等情况，这些条件也是影响边坡岩体稳定性的重要因素。
一般来说，边坡周围有大量雨水、地下水时，边坡稳定性就会变差。
4.重力作用体系重力作用体系是指边坡岩体受到的重力、滑移压力、地下水压力、渗水压力等因素的综合作用，这也是影响边坡岩体稳定性的重要因素。
浅谈岩质边坡稳定性分析方法
浅谈岩质边坡稳定性分析方法摘要：通过阅读各种相关文献，本文系统总结了岩质边坡稳定性分析近几年来所取得的成就，并对岩质边坡稳定性各种分析方法及边坡加固技术进行了简要评述，还对岩体结构面网络模拟研究现状进行了研究阐述，方便在以后的工作研究当中引用参考学习。
关键词：岩质边坡；边坡稳定性分析；边坡加固；岩体结构面网络模拟1引言通过阅读各种相关文献，系统总结了岩质边坡稳定性分析近几年来所取得的成就，并对岩质边坡稳定性各种分析方法及边坡加固技术进行了简要评述，还对岩体结构面网络模拟研究现状进行了研究阐述。
2岩质边坡概念2.1岩石边坡特性岩坡中岩体结构复杂。
断层、节理、裂隙互相切割，块体极不规则。
岩坡稳定性的影响因素众多。
同岩体的结构、重度和强度、边坡坡度、高度、岩坡表面和顶部所受荷载、边坡的渗水性能、地下水位的高低等有关。
结构面对岩坡的稳定性具有控制性作用。
从破坏形态上来看，可分为岩石崩塌和滑坡两种。
图1（a）倾倒破坏；（b）软硬互层岩体局部崩塌和坠落破坏；（c）崩塌破坏国际工程地质协会（IAEG）滑坡委员会建议采用瓦思斯的滑坡分类作为国际标准方案。
分类综合考虑了斜坡的物质组成和运动方式。
按运动方式划分：崩落（塌）（faIls）倾倒（topples）滑动（落）（slides）侧向扩离（lateral spreads）流动（flows）3岩质边坡稳定性分析方法3.1 50年代以前的古典土力学方法二次世界大战前后，边坡问题的研究尚属土力学的研究范畴，边坡稳定性分析方法主要借鉴土力学的研究成果：1916年由Prantle提出，Taylor（1922）发展的园弧滑动法。
1955年的Bishop条分法。
1954年的Janbu条分法。
70年代的王复来分析方法等形成极限平衡理论。
以刚塑性体模型基础上的破坏理论，是古典土力学解决土质边坡稳定性的核心。
3.2 50年代后期的地质历史分析法简单均质弹性、弹塑性理论为基础的半经验半理论边坡分析方法用于岩质边坡的稳定性，计算结果与工程实际有较大差异。
岩石边坡稳定性分析方法
中图分类号 ： Ｔ Ｕ ４ ５ ７
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ６ — ４ ３ １ １ （ ２ ０ １ ４ ）பைடு நூலகம்１ ７ — ０ ０ ８ ５ — ０ ２
边界 的条件都相 应简化 ， 会 使分析 结果 不准 确 ， 因此在 对 １ 岩石边坡稳定性分析中的注意事项 要 同时采用两种或两种 以上 在岩石边坡稳定性分析中 ， 不能单纯的使用一 种分析 岩 石边坡稳定性进行 分析 时 ， 这样才能保证对岩石边坡稳定性 的全面分析 。 法， 这样 会导致岩 石边坡稳定性 分析 不够 全面 ， 如极 限平 的分析方法 ， ２ 岩石边坡稳定性分 析方法 衡法 ， 虽然简单易行 ， 但是将滑动体看作刚体 的话 ， 是使得 ２ ． １数值 分析 法 岩 石边坡 的地质 环境 极其 的复 杂 ， 所处位 置的岩体还伴 有不均 匀 以及 不连 续性 ， 使 得 作者简 介 ： 蔡伟（ １ ９ ８ ２ 一） ， 男， 河南 夏邑人 ， 本科 ， 高级主 管 ， 工 程 而 且 ， 师， 主 要从 事 岩 土 工 程 勘 察 及 安 全评 价 方面 的研 究 。 岩 石边坡位置 的岩体 不一 ， 造成 岩石边坡 的工程面 临着 巨
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文章编号:1001-831X(2004)02-0250-06岩石边坡稳定性分析方法贾东远1,2,阴 可1,李艳华3(1.重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2.秦皇岛市建筑设计院,河北秦皇岛 066001;3.河北农经学院工业工程系,河北廊坊 065000)摘 要:通过综述岩石边坡稳定性分析方法及其研究的一些新近展,并具体从极限平衡法、数值计算方法、流变分析、动力分析等方面进行详细论述,对岩石边坡稳定性分析中涉及到的岩体参数取值、计算模型、各种方法的优缺点等方面进行了探讨,最后提出对岩石边坡稳定性分析的建议。
关键词:岩石边坡;稳定性;极限平衡;数值计算中图分类号:TU457 文献标识码:A前言岩石边坡稳定性分析一直是岩土工程中重要的研究内容。
在我国基本建设中,特别是三峡工程及西部大开发,出现了许多岩石边坡工程,如三峡船闸高边坡、链子崖危岩体以及由于移民迁建用地、城市建设用地形成的边坡等等。
在解决这些复杂的岩石边坡问题的过程中,大大促进了岩石边坡稳定性分析方法的发展。
随着人们对岩石边坡认识的不断深入以及计算机技术的发展,岩石边坡稳定性分析方法近年来发展很快,取得了一系列研究成果,现分别对其中主要的研究方向和成果作简要介绍并分析各自特点和适用条件,为岩石边坡稳定性分析的工程应用和理论研究提供参考意见。
1 岩体参数及计算模型极限平衡、数值计算等计算方法在岩石边坡稳定性分析中得到广泛应用,其中如何选择计算所需的工程岩体力学参数成为关键的问题。
对于重大工程,可通过现场大型岩体原位试验取得岩体力学参数,但由于时间和资金限制,原位试验不可能大量进行,因而该方法仍有一定的局限性。
另外,选取岩性特别均匀的试样几乎是不可能的,多数情况下,是用经验公式来确定岩体抗剪强度参数。
但是,经验公式是以一定数量的室内和现场实验资料为依据,通过回归分析求出的,而未能把较多的地质描述引入其中。
各个经验公式计算同一岩体的参数时,普遍存在因经验程度不同而确定出的抗剪强度相差较大。
由于这些原因,许多文献提出了用其它方法来确定岩体的抗剪强度参数[1-4]。
其中张全恒(1992)[1]讨论了确定岩体结构面抗剪强度参数常规方法存在的问题,提出了经验公式和实验相结合的试件法;何满潮(2001)[2]根据工程岩体的连续性理论,提出了根据室内完整岩块试验参数,结合野外工程岩体结构特点进行计算机数值模拟试验,从而确定工程岩体力学参数的方法;周维垣(1992)[3]提出确定节理岩体力学参数的计算机模拟试验法,该方法基于节理裂隙岩体的野外勘察资料,建立岩体损伤断裂模型,在计算机上模拟试验过程,获得所需数据;杨强等(2002)[4]在样本有限的情况下,采用可靠度理论,求出某保证率下的岩体抗剪强度值。
岩体作为复杂的地质体,其力学特性是多种因素共同作用的结果,如形成过程、地质环境和工程环境等。
为了能将所有控制因素作为一个整体来考虑,而不仅局限于定量因素,许多文献利用人工第24卷 第2期2004年6月 地 下 空 间UNDERGROUND SPACEVol.24 No.2Jun.2004收稿日期:2003-12-11(修改稿)作者简介:贾东远(1975-),男,河北唐山人,硕士,主要从事岩土工程设计、检测方面的工作。
神经网络来确定岩体的抗剪强度参数[5],[6]。
若采用了此种方法来解决工程岩体的抗剪强度参数选取的非确定性问题,须先建立了选取工程岩体抗剪强度参数的人工神经网络模型,然后通过大量工程测试资料进行训练和学习,最后得出一些有意义的结论。
随着人工智能和专家系统技术的发展,在整理现有大量实测资料的基础上,建立一个具有专家丰富经验和大量数据资料的用于岩体力学参数选取的专家系统是完全可能也是十分必要的。
节理岩体的强度、变形和稳定性主要受结构面控制,必须根据工程实际情况,合理的选用参数,正确建立计算模型。
数值方法中通常将岩体节理当作一种介质,单独设立单元加以考虑,最为典型的是Goodman节理单元,这种单元在工程中被广泛应用,并在实践中不断得到完善、修改和发展。
当实际工程中节理大量存在时,采用节理单元较为困难,甚至有时不可能,这时采用基于均匀化思想的节理岩体复合模型,为节理密集时的数值分析提供了方便。
其基本思想是将存在大量节理的岩体等效为一种宏观复合材料,这包括给出了单向节理岩体的复合本构模型,进行了实验验证,建立节理岩体的本构方程,进行了有限元仿真分析,计及了节理岩体宽度、刚度及走向等对岩体结构力学特性的影响,或运用物理模拟实验和数值方法对节理岩体的破坏机理损伤演化方程等展开了多方面的研究[7]-[11]。
目前这方面的研究成果很多,但形成理论体系得到公认并在实际工程中应用的还不多,仍需进一步深入细致地研究,以建立更科学实用的节理岩体本构模型。
2 边坡稳定性分析方法目前岩石边坡的稳定性分析方法中主要有两大类方法。
第一类方法是在边坡滑面确定的情况下,根据滑裂面上的抗滑力和下滑力直接计算边坡安全系数。
滑裂面上的力可以由滑体的静力平衡条件求解,这类方法包括极限平衡法、关键块理论等。
第二类方法首先采用数值分析方法(如有限元、离散元、块体元和DDA等)确定边坡的位移场和应力场,再采用超载法、强度储备法等使边坡达到极限状态,从而间接地得到安全系数。
这种方法不仅考虑了滑移体力的平衡,而且考虑了位移协调条件和岩体本构关系等。
现将这几种主要岩石边坡稳定性分析方法概述如下。
2.1 极限平衡法目前许多边坡稳定分析方法都是建立在极限平衡理论之上,而且大都采用刚体极限平衡法,这些方法简单易行。
其基本出发点是把岩块作为一个刚体,为方便计算作了一些假定,不考虑岩体的应力应变关系,因而这种建立在刚体极限平衡理论上的稳定分析方法无法考虑边坡的变形与应力分布。
当然,国内外学者针对极限平衡法进行了大量的研究,如H.Kumsar等(2000)[12]介绍了静力和动力荷载条件下楔体滑坡模型试验研究情况,在极限平衡分析方法中考虑了动力的作用,并且在严格的试验条件和实际工程中得到验证;杨松林(1999)[13]针对传统竖直条分法和萨尔玛法应用于岩石边坡稳定性分析的缺点,提出了适用范围更广的广义条分法,广义条分法考虑了条块间分界面的应力变形关系,采用条块间分界面的应力变形本构关系代替传统的两类条分法对条块分界面上力的大小、方向或作用点的人为假定,这一做法更加符合岩土工程的实际情况,并采用优化搜索的方法给出了相对最危险的潜在滑动面及其安全系数;D. Stark等(1998)[14]将二维极限平衡法推广到三维,使之更能反映实际边坡的状况;李冬田(2001)[15]提出一种三维的岩石边坡极限平衡法,即应用岩石边坡多层DE M几何模型,参照简化Bishop法的假定,进行边坡稳定性分析的层分析方法,进而提出了抗滑系数谱的概念,以反映碎裂岩体稳定因素的不均匀性。
2.2 数值计算方法运用数值方法进行岩石边坡的稳定性分析有许多优点。
由于岩石边坡工程所处的边界条件和地质环境一般比较复杂,加之岩体的不连续性、不均匀性、各向异性等特性,造成边坡工程问题十分复杂,而数值分析方法可以方便地处理这些问题。
数值分析法可以根据岩体的破坏准则,确定边坡的塑性区、拉裂和压碎区,可以分析边坡渐进破坏过程和确定边坡起始破坏部位,可以得到岩石边坡的应力场、应变场和位移场,可以分析边坡工程的分步开挖、边坡岩体与加固结构的相互作用,可以考虑地下水渗流、爆破和地震等因素对边坡稳定性的影响等。
此外,用离散单元法可以仿真边坡整体滑移过程,这对于预测边坡的破坏规模和方向具有重要意义。
随着计算机技术的飞速发展,数值方法发展很快,在岩石边坡稳定性分析中正发挥着越来越重要的作用。
国内岩石力学与工程界在将数值方法应用于2512004年第2期 贾东远等:岩石边坡稳定性分析方法岩石边坡稳定分析方面进行了大量实践,取得了一系列重要成果。
张永兴、阴可(1999)[16]采用有限元模拟了三峡船闸开挖的情况;潘亨水(1998)[17]结合具体工程实例,探索了强度储备法在岩石边坡中稳定性分析中的具体应用;寇小东(2001)[18]应用显式有限差分法(FLAC 3D)计算三峡船闸高边坡开挖过程的应力变形和稳定性;孙亚东(2002)[19]采用当前国际上发展的一种最新数值分析方法 非连续变形分析(DDA),结合一典型算例对该方法进行验证,对倾倒的破坏机理进行分析研究;冯子良等(2000)在三维弹塑性有限元计算基础上引入动态规划理论来分析复杂受力状态下岩体的总体稳定性,确定各个剖面的滑面形状,从而判断总体空间问题;栾茂田等(2000)[20]提出了非连续变形计算力学模型(DDC MM)的基本原理,并将其应用于一个典型岩石边坡的稳定性分析。
另外,随着数值分析方法的不断发展,出现了不同数值分析方法的结合使用,如有限元、边界元、无限元、离散元与块体元等的相互结合;数值解与解析解的相互结合,这些方法的相互结合使用能充分发挥各自的特性,解决复杂的岩体边坡问题。
如任清文等(2001)[21]采用块体单元法进行边坡稳定性分析,此法兼有极限平衡法和有限元法的优点,既满足全部平衡条件,又在一定程度上考虑了材料的变形;张季如(2002)[22]对边坡开挖作非线性有限元分析,获得边坡变形的大小和分布、塑性区的扩展状态、滑移面的形成、发展直至整体破坏的演变过程,并以此确定合理的滑移面位置,最后采用极限平衡法计算边坡的安全系数。
当前,有限元法已经成为最流行的数值计算方法之一,成为岩石边坡稳定性分析的主要计算工具,现在已经有许多常规标准的算法,并且开发了许多商业软件和专业程序。
用有限元法分析边坡稳定性的步骤通常是首先计算出边坡内每一单元的应力,然后根据整个滑裂面的抗剪强度与实际产生的剪应力之比来求得安全系数。
Duncan (1996)[23]指出边坡安全系数可以定义为使边坡刚好达到临界破坏状态时,对岩土体剪切强度进行折减的程度,这种强度折减技术特别适合用有限元方法来实现。
随着计算机技术的发展,尤其是岩土材料的弹塑性有限元计算技术的发展,出现了许多适合于岩土材料的大型通用有限元软件,其前后处理的功能越来越强大,为利用有限元进行边坡稳定性分析创造了条件[24]-[28]。
由于用折减系数等方法所计算的边坡安全系数的大小与所采用的屈服准则有关,而许多大型有限元程序(如ANSYS、MARK、PATRAN、DE NG)只给出了广义米赛斯屈服准则,赵尚毅(2002)[28]对几种常用的屈服准则进行了比较,导出了各种准则互相代换的关系。
随着计算机和有限元技术发展,强度折减有限元方法正成为边坡稳定性分析研究的新趋势。
有限元法可以比较准确地分析岩石边坡中应力应变的分布,并根据强度准则计算安全系数。