边坡稳定性评价概述培训讲义

边坡工程(2)-边坡稳定性评价分析概述内容题纲1、是什么？2、为什么？3、怎么做？方法比较安全系数2.1概述边坡由于坡表面倾斜，在坡体本身重力及其他外力作用下，整个坡体有从高处向低处滑动的趋势，同时，由于坡体土(岩)自身具有一定的强度和人为的工程措施，它会产生阻止坡体下滑的抵抗力。一般来说，如果边坡土(岩)体内部某一个面上的滑动力超过了土(岩)体抵抗滑动的能力，边坡将产生滑动，即失去稳定；如果滑动力小于抵抗力，则认为边坡是稳定的。近年来，随着经济的日益发展，在诸如水电、露天采矿、能源及交通等地质工程活动领域出现了越来越多的高陡边坡；边坡往往成为制约工程是否经济合理乃至成败的重要因素。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，其重大的意义越发显得突出。边坡稳定性分析方法的使用：不同的边坡工程常常赋存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，有一定的适用条件。因而，如何根据具体的边坡工程地质条件，合理有效地选用与之相适应的边坡稳定性分析方法，是值得深思的问题。《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002第规定：下列建筑边坡应进行稳定性评价：1、选作建筑场地的自然斜坡；2、由于开挖或填筑形成并需要进行稳定性验算的边坡；3、施工期出现不利工况的边坡；4、使用条件发生变化的边坡。2.1.1边坡稳定性评价方法边坡稳定性评价方法大致可以分为两大类，即定性分析方法和定量分析方法。此外，近年来，人们在前面两种分析方法的基础上，又引进了一些新的学科、理论等，逐渐发展起来一些新的边坡稳定性分析方法，如可靠性分析法、模糊分级评判法、系统工程地质分析法、灰色系统理论分析法等，这里暂且称之为非确定性分析方法。另外，还有地质力学模型等物理模型方法和现场监测分析方法等。评价方法定量分析定性分析自然(成因)历史分析法工程类比法边坡稳定性分析数据库和专家系统图解法：赤平极射投影、实体比例投影、摩擦圆法极限平衡分析法数值分析方法模型模拟试验法等。

2.1.1.1定性分析方法

定性分析方法主要是通过工程地质勘察，对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制等的分析，对己变形地质体的成因及其演化史进行分析，从而给出被评价边坡一个稳定性状况及其可能发展趋势的定性的说明和解释。

优点:能综合考虑影响边坡稳定性的多种因素，快速地对边坡的稳定状况及其发展趋势作出评价。常用的方法主要有下面几种。(1)自然(成因)历史分析法(2)工程类比法(3)边坡稳定性分析数据库和专家系统(4)图解法

(1)自然(成因)历史分析法该方法土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，对己发生滑坡的边坡，判断其能否复活。主要用于天然斜坡的稳定性评价。(2)工程类比法利用己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。需要对己有的边坡和目前的研究对象进行广泛的调查分析，全面研究工程地质因素等的相似性和差异性，分析影响边坡变形破坏的各主导因素及发展阶段的相似性和差异性，分析它们可能的变形破坏机制、方式等的相似性和差异性，兼顾工程的等级、类别等的特殊要求。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。因而，可以说它是目前应用最广泛的一种边坡稳定性分析方法。

2.3边坡稳定性分析数据库和专家系统(1)边坡工程数据库收集己有的多个自然斜坡、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。建立边坡工程数据库的目的仍然土要是进行工程类比、信息交流。它可以直接根据不同设计阶段的要求和相关的类比依据，方便快捷地从中查得相似程度最高的实例进行类比，从而能更好地指导实践、节约费用。我国在“八五“国家科技攻关期间，己初步建立了“水电工程高边坡数据库”。（2）专家系统就是一种按某学科及相关学科专家的水平进行推理和解决问题、并能说明其缘由的计算机程序。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，然后利用智能化的推理机(一个控制整个系统的计算机程序)来模拟并再现人(专家)脑的思维(推理与决策)过程，吸收其合理的知识结构，寻求优化的技术路径，同时，它又能建立计算机模型，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。利用良好的边坡工程与家系统，运用与家的知识水平，模拟其思维方式和决策过程，以提高设计人员的决策水平，并最大限度地降低费用、节省时间，达到更加优化的目的和效果。

2.4图解法图解法可以分为诺模图法和赤平投影图法。

诺模图法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(v，c，结构面倾角，坡角，坡高等)的方法。它实际上是数理分析方法的一种简化方法，如Taylor图解等。目前主要用于土质或全强风化的具弧形破坏面的边坡稳定性分析。

投影图法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。常用的有赤平极射投影图法、实体比例投影图法等。它目前主要用于岩质边坡岩体的稳定性分析。3定量分析法严格地讲，边坡稳定性分析还远远没有走到完全定量这一步，它只能算是一种半定量的分析方法。常用的边坡稳定性分析方法土要有下述几种：（1）极限平衡分析法（2）数值分析方法3.1极限平衡法块体极限平衡法是当前国内外应用最广的边坡稳定分析方法。它是传统边坡稳定分析方法的代表。块体极限平衡法首先假定滑移面已知、同时假定滑动体为刚体，即忽略滑动体的变形对稳定性的影响，在以上假定条件下对边坡进行静力平衡计算，从而求出边坡稳定安全系数.块体极限平衡法的具体作法可概括如下：首先，确定滑动面的位置和形状。由于滑动面是假定的，故任何形状的面都可以充当，当然实际的滑动面将取决于结构面的分布、组合关系及其所具有的剪切强度。大量的实践证明，均质土坡的破坏面都接近于圆弧形，岩体中存在软弱结构面时，边坡岩体常沿某个软弱结构面或某几个软弱结构面的组合面滑动，因此，根据具体情况假定的滑动面与实际情况是很接近的。其次，确定极限抗滑力和滑动力，并计算其稳定性系数。所谓稳定性系数即指可能滑动面上可供利用的抗滑力与滑动力的比值。由于滑动面是预先假定的，因此就可能不止一个，这样就要分别试算出每个可能滑动面所对应的稳定性系数，取其中最小者作为最危险滑动面。最后以安全系数为标准评价边坡的稳定性。当滑移面为一简单平面时，静力平衡计算可采用解析法计算，因而可获得解析解。著名的库仑公式就是一例，一直沿用至今。当滑移面为圆弧、对数螺线、折线或任意曲线时，无法获得解析解，通常要采用条分法求解。此时坡体为一静不定问题，通过对某些未知量作假定，使方程式的数目与未知数数目相等从而使问题成为静定，这种方法十分简便，而且计算结果能满足工程要求而被广为应用。

目前工程中常用的条分法有：Fellenius法（Ｗ.Fellenius，1963）、Bishop法（Ａ.Ｗ.Bishop，1955）、Janbu法（N.Janbu，1954，1973）。Morgestern-Price法、（Morgestern-Price，1965）、Spencer法（Spencer，1973）、Sarma法（Sarma，1979）、传递系数法等由于假设条件与应用的方程不同，条分法分为非严格条分法与严格条分法.在非严格条分法中，通常只满足一个平衡条件，而不管另一个平衡条件。在土条的平衡中只满足力的平衡，而不满足力矩平衡，在总体平衡中只满足力的平衡或者力矩平衡。可见，非严格条分法的计算结果是有一定误差的。非严格条分法有两个末知数(安全系数和条间力的作用方向)。但只有一个方程.因而尚需作一个假定。非严格条分法通常是假定条间力的方向，由于假定不同而形成各种方法，有瑞典法、简化Bishop法、简化Janbu法、陆军工程师团法、罗厄法、Sarma法、不平衡推力法(传递系数法)等。严格条分法满足所有的力平衡条件，它有三个末知数(安全系数、条间力作用方向和作用点)和两个方程，因而也要做一个假定。如果假定合理，其解答十分接近准确解。由于所用的假设不同.有Morgenstern-Price法、Spencer法、Janbu法等.块体极限平衡法的优点：方便简单，适用于研究多变的水压力及不连续的岩体和土体。主要缺点：不能反映岩土体内部真实的应力应变关系，所求稳定性参数是滑动面上的平均值，带有一定的假定性。因此难以分析岩土体从变形到破坏的发生发展全过程，也难以考虑累进性破坏对岩土体稳定性的影响。数值分析方法是目前岩土力学计算中使用最普遍的分析方法。有限元(FEM)法边界元(BEM)法快速Lagrangian分析(FLAC)法离散元(DEM)法块体理论(BI）与不连续变形分析(DDA)无界元(TDEM）法3.2数值分析方法4非确定性分析方法

4.1可靠性分析法边坡稳定性分析中传统上采用一种“确定性的”方法,即将安全系数定义为作用在滑弧上的抗滑力矩与滑动力矩的比值。但事实上,计算所涉及的许多参数是可变的,即具有不确定性的特征,这些不确定性在岩土工程中普遍存在。该方法的原理是首先通过现场调查，以获得影响边坡稳性影响因素的多个样本，然后进行统计分析，求出它们各自的概率分布及其特征参数，再利用某种可靠性分析方法，如MonteCarlo法、可靠指标法、统计矩法、随机有限元法等来求解边坡岩体的破坏概率即可靠度。只要我们求出的可靠度足够大，也即破坏概率足够小，小到人们可以接受的程度，就认为边坡工程的设计是可靠的。4.2绪模糊分锣级评判法方法影响边核坡稳定针性的诸勿因素除搅了具有浙前述的随机软不确栋定性外，还医具有一质定的模糊局不确凉定性。采艇用模茄糊分伤级评帖判或霜模糊掉聚类汁方法订对边谊坡的萝稳定啦性作锹出分障级评卫判；其具体宝做法通常是毛先找出屡影响边铃坡稳定悠性的各乞个因素和，并赋膀子它们豪不同的成权值，届然后根阻据最大刻隶属度存原则来四判定边诉坡的稳玻定性。牢实践证贵明，模捕糊分级攀评判方赴法为多变饿量、多奔因素影娇响的边畜坡稳定属性分析涉提供了听一种行边之有效卸的手段。这喂一方播法土需要应蝇用于吗大型厦边坡产的整扑体稳发定性亲评价够。目前润，除召了以称上两件种常梳用的怕非确肝定性奋分析评方法臂外，慰系统狼工程龄分析棒方法拳、灰番色系读统理膝论方峰法、北突变鬼理论杏方法挽、神雾经元基方法茅、损绪伤断芳裂力痕学理疯论、渴分叉揪与混扫沌理昼论等犯也在阁边坡后稳定棕性方绕向上连得到搏了不腾同程为度的远应用夜，为股边坡芦稳定僵性分猴析及想预测抛提供黑了新济的途叛径。5物眯理模掘型方原法物理小模型普方法阵是一融种发洽展较竭早、登应用遗广泛艺、形剖象直驼观的俗边坡适稳定体性分死析方遍法。桑它主捎要包胁括光弹蜡模型次、底凡摩擦路试验残、地斧质力辈学模延型试况验、鸽离心责模型毕试验等。这些定方法工通常迎能够性形象相地模置拟边桨坡岩唇土体塌中的长应力另大小贩及其牛分布内，边具坡岩可土体校的变挎形破香坏机侄制及肉其发伙展过食程、依加固休措施才的加纺固效蒜果等伸。离心舒模型足试验是以离不心机作穿为加载宫工具，狂把1/能n缩诉尺的模湿型放在蔽以n比g离心显加速度设运转的帖离心机慎中进行萝试验，逝测量其池中的应核力、变角形，观屑察模型雷的变形乒破坏发蜂展过程沈及加同兴措施的足加同效蒸果。由跑于离心教力与重暗力保持蹲等效，砌且加速尾度不会容改变材喜料的性眨质，从燃而使模衰型与原政型的应游力应变屠相等、仪变形相井似、破登坏机理刊相同，茄能够再遵现原型浆的特性露。该方付法可以如在同一恼模型上忽，完成冤弹性、洒弹塑性疫乃至破凯坏失稳揪各个阶节段(整完个过程片)的模携拟，展嚼示边坡伏岩土体漏变形破茫坏的机厕制与过层程，且捏可以测得量全过演程的应汤力和位修移，还石可求得存超载安虾全系数钢等。与其悬他模元拟方集法相船比，胆离心鼠模型挥要求孔模型竟材料缴具有咐弹模慌、容沈重多蔽样，晚且要箱求模盒型与膀原型赢材料希的本跑构关拥系完墓全相郑似，雅对模阿型尺锯寸的自大小助和精某度要载求较葛高，堵测量快方法捕及其吸技术猎要求渗严格钟，费外用较树高等爸。6钳现场泼监测响分析炮法岩石危流变杨力学殃认为匹岩体化的变李形破牙坏是合一个秋过程致。岩国质边由坡工宽程由艇稳定承状态巧向不受稳定趟状态价的突参变也邀必然辉具有慎某种贡前兆雾。捕夫捉这恭些前树兆信属息并倍对其惩进行继分析乞和解屋释，波将可狂更好怪地认凳识边宫坡岩尤土体染变形乖的发孔展过豪程和崇失稳段的征侧兆及交其判挺据。阻人们疲在生主产实咸践的挎过程斜中旱自己认堆识到订这个弹问题拿，并沈对之拜越来迈越重蝴视。芳在发诉展其帆它边撞坡稳坡定性风分析签理论漏与方部法的帝同时抬，又亭开展具了现产场监乌测技江术方摩法、惩监测焰结果怠分析在方法掩等的您研究葱，力钉图通过羽现场沾监测休所获临得的猴信息掉如位义移、缠位移堆速度尊、应熄力、劫声发欢射率押、氡岁气、去脉冲木频率誉、地纪下水用等有穴关特威征，调来对膜边坡恰岩土丙体稳良定性玩作出薄评价扭和预饱测，为加同两处理设消计提供羡服务，霞同时，原又能对和加同措粉施的加警同效果恳进行检萌验，为乡丰施工的泳安全保捐护等提悠供信息梁。由于现篮场监测费结果直月观可靠扣，因而怕利用监茂测结果赌对边坡携过程的衫稳定性裕进行分涝析，己扎成为目查前边坡僵工程中课稳定性稿评价极墨其重要山的一种愿方法。以上壮简要饿介绍渔了目誓前土彻要的践边坡酱稳定慢性分检析方押法。各种掘方法诸的原拍理不喝同，牢作出登的分欲析结嗓果表梳示方堪式不方一，姿各有殖其优赵缺点栏。建立于嫩复杂地话质体中假的边坡熄工程，授有极其指复杂多素变的特药性，同倚时又有液较强的治隐蔽性避。因而购，在实惩际工程装中，应镜根据边绘坡工程联的具体吓特点及删使用目采的，最伸好能同时利煮用多种事分析方并法进行止综合分核析验证，力求白得出一纸个更加专客观、脸可靠、迎合理的往评价结肉果。边坡真稳定占性计郊算方已法选辨择:根据边奴坡类型勺和可能城的破坏万形式，据可按下震列原则誉确定：1、邀土质或边坡李和较矛大规膨模的证碎裂滋结构淋岩质霉边坡索宜采凑用圆弧滑赔动法计算；2、谋对可丘能产兵生平余面滑贞动的日边坡穿宜采暂用平面滑即动法进行计抢算；3、对旨可能产会生折线哥滑动的忧边坡宜轮采用折线滑铃动法进行计贩算；4、甚对结慨构复永杂的慈岩质学边坡储，可吼配合买采用赤平极让射投影喝法和实袋体比例深投影法分析；5、雄当边体坡破筝坏机泄制复初杂时挽，宜仙结合数值分申析法进行分似析。GB未50打33便0-足20潜02搂有关专规定斩:边坡稳酷定性评熄价应在敏充分查挺明工程川地质条体件的基卸础上，父根据边渴坡岩土污类型和缠结构，综合婶采用工程蜂地质逼类比编法和呆刚体茂极限摧平衡震计算远法进干行。在进伏行边百坡稳错定性衡计算嫁之前鹅，应泻根据尝边坡痒水文氧地质盛、工娱程地桨质、驻岩体竹结构元特征瓶以及波已经卵出现临的变悲形破哨坏迹割象，陕对边筹坡的轮可能范破坏始形式甘和边往坡稳所定性狭状态您做出定性判奸断，确定穗边坡破德坏的边渔界范围管、边坡失破坏的爸地质模阁型，对艘边坡破痒坏趋势只作出判俭断。边坡稳博定性系具数和安居全系数安全尸系数纷：简单地骂说就是蜂允许的链稳定性油系数值椅，安全押系数的业大小是晶根据各测种影响价因素人览为规定贩的；稳定障性系拾数：反映滑沸动面上喝抗滑力筒与滑动贿力的比荷例关系党，用以阶说明边喘坡岩体滤的稳定贝程度。安全滔系数夫的选改取是否合影理，直华接影响控到工程宴的安全饶和造价茧。它必威须大于希1才能乌保证边干坡安全绪，但