论文的国内外研究基础

论文的国内外研究基础近年来，国内外在边坡研究领域已取得了较为丰富的研究成果，在边坡稳定性的分析、评价和预测，以及边坡防治方面不仅建立了坚实的理论基础，而且在前人的研究基础上也在不断突破。起初，边坡研究方法中主要是以定性研究为主，为了克服定性研究无法分辨主次因素的局限性，逐步向定量研究发展。目前，边坡研究的主要手段，是根据野外勘察所取得实地数据资料，并且结合建立模型模拟边坡发展轨迹计算的方法来进行佐证，工程地质力学理论以及岩土体结构控制理论等也在前人的研究基础上相继建立。但是就目前实际来看，对高边坡稳定性的评价、预测以及防治边坡失稳仍存在相当大的困难。从二十世纪七十年代开始，数值计算理论和计算机科学技术常常出现在滑坡稳定性研究中，但是在计算过程中由于选用的试验参数和构筑的边坡失稳模型精度不同，气象水文、地形地貌、地壳变动等地质环境条件和人类工程活动诱发的边坡失稳具有复杂性、随机性、突发性等特点，在现阶段，难以利用传统的边坡研究方法和理论依据在预测、预防边坡失稳等突发性灾害方面取得较好的效果。自二十世纪八十年代以来，非线性学科研究不断进步，不断发展，很多学者在非线性学科理论研究的基础上利用神经网络的研究方法模拟地质发展演化过程，推理计算边坡失稳模式，进而可以相对准确的预测、预报及分析评价滑坡灾害。2国外研究现状国外关于边坡稳定性的研究起步较早。早在20世纪50年代开始，国外一系列大型边坡滑坡、失稳、崩塌等事故的发生，使诸多国外学者认识到传统边坡破坏力学机理研究的不足，进而推动了边坡稳定性分析与处治的研究进展。国外早期对边坡稳定性的研究，多以长期观测的数据资料为研究基础，然后开展定性的描述分析，主要可用作天然边坡的稳定状况、发展趋势的定性评价分析。自50年代开始，国外学者逐步认识到边坡稳定性的研究，必须将地质分析与力学机制分析相结合应用，以实现对边坡稳定性的定量评价[1-6]。在此期间，国外学者主要应用极限平衡法。此后，Bishop（1955）、Janbu（1973）等人，还对极限平衡法进行了相关的改进应用。例如，Bishop重新定义了安全系数为整个边坡滑裂面的抗剪强度与实际的比值，使得极限平衡法的物理意义应用更加明确，且能获得更加精确的安全系数。而Janbu改进后的方法应用，综合考虑了边坡滑体的自身强度，使得稳定性分析更加合理，且可分析处理更具复杂结构面的边坡结构。进入21世纪以后，国外学者关于边坡稳定性的研究方法、地质分析方法、边坡失稳预测方法等方面，都取得了长足的进步。例如，Muhsiung（2015）[7]利用极限平衡法和强度折减法，对某深基坑工程的边坡稳定性进行了分析评价；Criffiths（2017）[8]采用有限元分析软件，建立了某高边坡工程开挖施工的三维模型，并进行了边坡稳定性分析；Singly等人（2013）[9]在研究中，利用反速法实现了对某路段岩质边坡失稳的预测与稳定性评价；Mohammed（2013）[10]采用有限元分析软件和数学分析法，对南非某露天矿边坡的稳定性进行了分析评价；Paredes等人（2012）[11]采用数值模拟技术与极限平衡法，对某严重风化的土质边坡的稳定性进行分析评价，并采取了适宜的加固处治措施，结果表明处治后的高边坡稳定性得到了明显提升；Lee（2012）[12]利用雷达技术，实现了对有滑坡危险的高边坡的监测控制；SahaAK（2012）[13]利用区域地质资料结合卫星数据并在现场验证分析的基础上，融合GIS技术，将该区滑坡灾害划分为很低、低、中等、高和很高五个等级；Saro等人（2013）[14]利用GIS的空间分析与管理技术，集合卫星图像解译数据，分析了Yongin地区滑坡易发性指标等等。Razdolsky（2017）[15]基于RBF神经网络和灰色模拟理论，对某高边坡稳定性进行了分析评价；Brideau等人（2016）[16]基于自组神经网络和遗传算法，对某尾矿高边坡的稳定性进行分析。2国内研究现状相比国外，国内对高边坡稳定性的研究起步较晚。目前，尽管我国已有众多道路高边坡的施工项目，取得了较多的工程经验，但对于高速公路新建及改扩建工程，涉及高边坡稳定性的动态监控与施工处置措施还不够完善。因此，在进行修建高速公路路段新建和原有道路进行改扩建时，有必要对原始边坡的开挖过程以及改扩建后的边坡稳定性进行全面的动态评价和监控，这样才能够达到有效降低边坡失稳和确保边坡施工稳定，减少滑坡等自然灾害发生的概率的目的，进而大幅有效地提升道路的通行服务能力，并为后续高等级城市道路新建及改扩建提供实践指导作用。在具体研究理论方面，我国对边坡稳定性的研究起始于70年代末期。在当时，国家相继组织了“道路边坡工程研究”、“高边坡综合治理措施研究”、“边坡稳定性分析综合智能集成研究”、“高边坡破坏机理实验”等国家重点科技攻关专题，在实践解决各地工程难题的同时，也同步提升了我国高边坡工程的科研水平。在研究方法应用方面，国内诸多学者也纷纷采用各种新方法以解决边坡稳定性问题。例如，叶万军等人（2015）[17]结合阶梯状黄土高边坡的特点，利用有限元分析软件对该类型高边坡进行了建模分析，并进行了模拟评价；江成鑫（2016）[18]以山西某矿山高边坡为实际研究案例，通过室内试验以及FEFLOW有限元软件进行数值模拟，以分析评价该高边坡在不同工况下的稳定性；黄玮等人（2015）[19]基于模糊数学理论，对黄土高边坡稳定性分为五个评定级别，并结合延安某黄土高边坡实例，利用模糊识别模型和极限平衡法对其稳定性进行分析评价；李宁等人（2018）[20]分析了现有边坡稳定性分析方法的局限性，并在此基础上提出了极限平衡算法的改进优化思路；丁参军等人（2018）[21]分析了目前国内边坡稳定性分析方法的发展动态，探讨了各种方法的适用性及优缺点，并提出了稳定性分析方法的未来发展趋势；郭宁（2015）[22]基于MIDAS有限元分析软件，对某岩质边坡进行了三维建模和有限元分析，并深入研究了针对性的工程治理对策；邓硕（2017）[23]基于FLAC3D分析软件，对某露天矿山高边坡在不同工况条件下的边坡稳定性进行了分析与评价，并提出了该高边坡加固治理的综合方案；韩光（2016）[24]基于层次分析法和模糊数学原理，对某露天矿岩质高边坡的稳定性进行评价，探讨了影响该高边坡的主要影响因素，并从技术、经济等多角度出发，提出了边坡安全控制的技术措施；黄塑（2019）[25]基于FLAC3D分析软件对某矿山边坡的稳定性进行了评价分析，并提出了综合性处治方案；刘亚升（2018）[26]基于数值分析软件，建立某公路边坡的三维模型，并模拟分析了不同工况下的移动云图与应力云图，提出了该边坡加固设计的方案。以下是几种国内近年来较为常用的边坡稳定性分析方法。（1）工程地质分析法该方法是以长期观测的数据资料为研究基础，开展边坡稳定性的定性描述分析。利用测绘、槽探、钻探等工勘手段实地综合调查工程地质条件，分析已存在的边坡失稳原因、诱发因素、发展趋势等问题，利用各种室内外试验方法获取相关数据，根据相关数据再分析所研究边坡在地形地貌、地质岩性等条件上与已发生失稳边坡的进行对比，确定其相似性与差异性[27]。（2）极限平衡分析法极限平衡分析法是出现的比较早的定量分析方法。在该方法应用中，可通过研究分析假定存在一条有利于边坡体滑动的潜在滑动面，并且建立这些条块间的抗剪力平衡方程，利用条块方程计算出边坡相应的安全系数，得到其中最危险的滑动面[28]。该方法在应用时，通过分析岩体和土体稳定性时假定某一滑动面，沿滑动面选取典型岩土体进行采样，根据取样参数为滑体各条块计算出在极限平衡时，能够使得滑体脱离坡体沿滑动面滑动的岩土抗滑力或抗剪强度。（3）数值分析法近年来，伴随着计算机技术学科快速发展，以往在边坡稳定性数值模拟中人力计算无法做到的高精度、多因素耦合，现在利用计算机都可以得到实现。常见的数值分析法，主要包括了有限单元、快速拉格朗日、离散元这三种分析方法。①有限单元法有限单元法是一种成熟的数值分析方法，它通过模拟边坡的坡体结构面，并综合考核各种地质因素，从而计算得出边坡在各种工况下的应力场及位移场，从而便于分析边坡的力学机理与稳定性。目前，常用于边坡稳定性分析的三维模拟软件，如FLAC3D、ANSYS、MIDAS/GTS等，其核心的方法应用就是有限单元法[29]。②快速拉格朗日法利用快速拉格朗日法可以把连续不断的统一介质转化为不连续的、离散的、独立的节点，把介质的动态演化过程转化为节点运动过程，并且还能够将现实物质自开始表现出屈服特性，逐步向塑性流动变化，再向软化转化，一直到发生变形的整个变化过程实现模拟；该方法是建立在几何学的非线性和材料的非线性的理论基础上[30]。在土石坝、边坡、隧道围岩等工程中常常需要进行稳定性评价与支护工程设计等，快速拉格朗日法也可以应用在上述工程问题中。每一种处理岩土工程问题的方法都会有优点，也会存在缺点，快速拉格朗日法也是如此。比如，快速拉格朗日法的网格可以根据对应变量而适时改变，这种特点较为适合应用在模拟非线性问题上，但是在处理线性问题上就会具有较大的局限性。③离散元法该方法是利用分解的块体进行有目的性的排列组合，每一种组合的计算结果均对应一种平衡或不平衡状态，当某一种结果中每一块体出现平衡状态时，则该计算结束[31]。离散单元法与快速拉格朗日法较为相似，都是较为适合解决非线性、大变形的问题，用来分析破碎较严重的岩质边坡的变形破坏过程是离散单元法的最大特点。利用离散单元法解决实际边坡问题，尤其是分析过程中出现的数值意义的研究，我国近年来取得了较为显著的进步，其中朱永生、胥良、曹琰波等学者的著作具有一定的代表性。（4）非确定性分析方法由于各种各样的因素共同影响边坡稳定性，大量不受控制的不确定因素存在稳定性分析过程中，随着学科的不断发展，人们对边坡失稳中不确定因素越来越重视。利用多学科交叉的理论基础，边坡失稳非确定性分析方法逐步在实际工程中广泛应用。下面介绍几种常用的分析方法：①可靠性分析法该方法主要是结合边坡工程的特点，在假定模型参数不断变化的基础上，对边坡的坡体结构可靠性进行综合分析。目前，可靠性分析方法在实际过程中局限性较大，不能作为主要手段，只能作为次要的辅助方法来印证其他方法的准确性。在需要大量的计算数据时，统计这些数据本身就受到很大的限制，不易统计全面，并且计算系统复杂，各个因素的概率大小也无法准确的建立模型，如何准确的、合理的选取相关数字特征也还在研究，所以目前该方法的应用还处于探索阶段[32]。②模糊数学分析法影响边坡稳定性的因素众多，边坡对这些因素的敏感性，根据不同的敏感性对应不同的权重，同时赋予这些敏感性因素相应的权重值。然后建立模糊矩阵，在矩阵中进行计算，每个结果可以显示出该因素的影响大小，按照最大隶属原则用模糊评价方法从大到小依次选择[33]。根据模糊数学分析法的特点，如果边坡稳定性受到不同变量和不同因素的影响，运用该方法则可以取得较好的效果。③灰色系统预测法在某一事物受到的各种各样影响因素中，若这