摘要：以某基坑工程为研究背景，该项目基坑一段开挖土质边坡处于较长时期的水土条件变化的环境中，由于EPC（设计采购施工总承包）项目的设计与施工一体性，针对环境变化时土体相关力学性质所具有的随机性，本文以Sarma法作为稳定系数的求解方法，结合蒙特卡罗（Monte-Carlo）模拟过程，消除原设计采用确定性参数进行可靠性分析带来的安全隐患，并据此提出加固改进措施，实现了边坡在地下室侧壁回填前长期稳定的施工安全管理目标。
关键词：Sarma法，蒙特卡罗模拟，边坡可靠度，施工安全
一、研究背景
工程项目建设中涉及到很多边坡工程，经济、合理、可靠地分析边坡成为其设计与施工的重要内容，边坡稳定性分析的目的是确定边坡的稳定状态，根据其分析结果进而决定是否对边坡进行加固或治理，工程上采用了一系列的先进分析方法，Sarma法作为土力学的经典方法及蒙特卡罗作为概率分析的经典方法也得到一些应用[1-11]。根据以往实际工程经验
将随机试验的失败率作为边坡的破坏概率（或失效概率）。本项目为EPC模式，设计与施工为一体，基坑西侧土质边坡防护，原设计方案为自然放坡，但由于基坑工程与地下室施工横跨冬季和梅雨季，施工周期较长，土体性质存在随机变化的特征，安全是施工管理的重点，必须要考虑边坡的破坏概率问题。
原设计中潜在滑动面已通过计算得到（如图1），滑体划分为12小块，各块节点坐标和水位坐标已知。
二、Sarma法计算稳定系数
Sarma法的基本原理如下：边坡破坏的滑体要做完整的刚体运动，得沿一个理想的平面或弧面滑动，否则，滑体必须先划分破裂成多个可以相对滑动的块体，它才可能发生滑动，按照土力学的观点，滑体既要克服主滑面的抗剪强度，还要克服滑体本身的强度。
任取潜在滑动边坡的第条块，对其进行几何分析和力学分析如下图所示：
Sarma法基本假定：在给定地震力作用下，当边坡坡体达到极限平衡状态时，每一条块体应满足平衡方程以及其侧滑面和底滑面满足莫尔-库仑理论。
根据以上条件建立数学模型，对于无外力作用于边坡的坡脚和后缘的情况，即齐次边界条件：
三、Monte-Carlo法与Sarma结合
Monte-Carlo法又称为随机模拟法或统计试验法，在边坡工程可靠性分析方面也可以使用，其基本思想是：对已知状态变量的概率分布，根据边坡的极限状态条件
四、本工程土质边坡分析
通过蒙特卡洛方法调用边坡计算程序，对该边坡进行了稳定性分析，计算程序（MATLAB）如下：
1.slope.m
sarma法计算边坡稳定系数程序。输入参数：重度，抗剪强度指标和坐标值等。输出：稳定系数。
2.Monte.m
蒙特卡罗方法计算边坡失效概率。输入：随机变量均值方差，模拟次数。并调用slope.m，计算稳定系数，并记录失效次数。输出：所有Fs值，失效概率。
首先按照固定其余变量使单一变量变化的科学检验法，考察边坡受动水静水作用下会引起土体性质变化，具体来说在饱和区和非饱和区的重度不一样，下面籍此边坡来考察稳定系数与土体重度的关系，如图6所示：
由上图可知，稳定系数受土体重度变化的影响不大，尽管每个土条的重量增大，会导致下滑力的增大，但是抗滑力也会随之增大，因为滑动面法向压力也会增大，因此对于在水的影响下饱和区和非饱和区定义不同的土体重度对于安全系数的影响是非常小的，因而在一般的边坡分析计算时土体重度可以统一取值。
所有变量按照正态分布的原则输入，进行综合抗剪分析得到如下结论：
五、总结
Sarma方法是一种较普遍适用的边坡稳定系数计算方法，考虑边坡问题随机因素的影响，不能单纯从一个稳定系数得出边坡的安全状态，经过统计学分析，运用蒙特卡罗方法与之结合，本工程案例中，据此给出决策的参考意见，有一定实际意义。
参考文献
[1]姚爱军，薛延河.复杂边坡稳定性评价方法与工程实践[M].北京：科学出版社.2008
[2]徐钟济.蒙特卡罗方法[M].上海：上海科学技术出版社.1985
[3]何满潮. 萨尔码方法及其应用[J].长春地质学院学报.1986,第1期,65~72
[4]苏永华等. 边坡稳定性分析的Sarma模式及其可靠度计算方法[J].水利学报，2006，37（4）：457～463.
[5]符贵军等.Sarma法的改进及在边坡稳定性研究中的应用[J].兰州理工大学学报，2017，43（6）：113~119.
[6]周志军等.基于改进Sarma法的岩质边坡稳定性分析[J].交通运输工程学报，2013，13（1）：15~19.
[7]张飞等.Sarma法在白云鄂博铁矿边坡稳定性分析中的应用[J].有色金属,2012,64（4）：74-78
[8]江学平,于远忠. Sarma法在三峡黄腊石滑坡稳定性研究中的应用[J].四川建筑,2008,28(1)：111-112
[9]苏永华等.边坡稳定性分析的Sarma模式及可靠度计算方法[J].水利学报,2006,37(4):457-463
[10]郑文,艾熙昭.Sarma法中非饱和计算功能的实现探讨及应用评价[J].价值工程,2014,33(28):74-76.
[11]张露.基于蒙特卡罗法的边坡可靠度分析[J].价值工程,2018,37(10):225-227.
论文作者:陈卫忠
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第10期
论文发表时间:2019/10/29
标签：系数论文; 稳定论文; 工程论文; 稳定性论文; 蒙特论文; 方法论文; 概率论文; 《建筑实践》2019年第10期论文;