绵阳市水利规划设计研究院 四川绵阳 621000
摘要：从实质角度分析，边坡稳定的影响因素众多，比如人类活动、气候条件等等，对此需要多加分析与研究，并从定性与定量两个角度出发，对边坡稳定分析方法加以概述。故此本文多方面的分析了边坡稳定分析方法，并对其工程应用提出了建议。
关键词：边坡稳定；分析方法；工程应用
众所周知，边坡稳定性是岩土边坡的重要研究课题，涉及到的领域众多，包括水利水电、矿山、港口等等，其中因为岩土边坡表面发生倾斜，并且受到自身重量与其它外力因素的影响，形成了从高到底的一种滑动趋势，如果某一面的滑动力超过了结构体抵抗滑动的能力，则会出现滑坡现象。所以需要对边坡的变形与发展规律加以分析，做好边坡稳定性评价，提出有效的对策，提高经济效益。
1、边坡稳定影响因素
1.1 内部因素
（1）边坡结构特性
从整体角度分析，边坡的稳定性往往取决于自身的结构稳定性，其中在岩土体的结构中所包括的颗粒、孔隙、排列等均具有重大影响意义，此外，在边坡稳定性的分析过程中，其结构面是较为主要的影响因素，主要是因为结构面强度过低，会在一定程度上增大岩土体的变形性能，导致岩土体呈现出不均匀性。有非常多的实例证明，多个结构面组合边界的剪切滑移等是造成边坡失去稳定性的主要原因。
（2）水的作用
毋庸置疑，水是最为常见的液体，对岩土的变形过程造成影响，甚至还会导致岩土体发生破坏，根据不完全统计分析，有80%以上的边坡失去稳定来源于水，其中水的物理作用，比如像润滑、软化等会产生强化作用，还有便是水的化学作用，比如像离子交换作用、溶解作用等等，当然水的力学效应同样会产生影响，比如孔隙静水压力或者动水压力等。
1.2 外在因素
（1）人类活动
在当前社会的快速发展下，人类活动导致边坡稳定性受到影响，尤其是修建公路、铁路等工程，在一定程度上会对边坡自身的稳定性造成影响，甚至还在一定程度上改变了边坡的形状、高度等。从某个角度分析，边坡越高或者越陡，植物破坏越严重，边坡失稳现象更为常见。
（2）气候条件
气候条件对边坡稳定所造成的影响是无法避免的，在本文中所提出的气候条件主要是指降雨、降雪等，除此之外，尤其是季节性降雨会对地下水位的变化造成影响，比如高渗区靠近开挖坡面，往往会因为附加水压力的影响而导致边坡发生破坏。植物根系不仅可以吸附地下水，也可以实现边坡的干燥，提高边坡的稳定，但是很多情况下，对于生长在裂隙之中的树根同样会导致边坡局部崩塌现象的发生。
2、边坡稳定分析方法
从理论上分析，极限平衡分析法是根据静力平衡原理分析边坡各种破坏模式下的受力状态，以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，是现阶段工程上运用最为广泛的计算方法。其中常用的方法包括以下几种：
2.1 瑞典圆弧法
瑞典法主要是将滑裂面作为圆弧滑裂面，假定滑面上土体为刚塑性，并取其作为脱离体进行受力分析。该方法首先由瑞典彼得森（Petterson，K.E，1915）提出，称瑞典圆弧法，是最为经典的计算方法之一。计算公式为：
圆弧法计算示意图
①土的抗剪强度为
。因此，抗剪强度
与土体参数φ（内摩擦角）和c（粘聚力）相关。对于一般粘性土，滑动面上的抗剪强度又与各点的法向压力相关，
不易直接确定，因此费伦纽斯等人提出将滑动土体分成若干竖直的土条，并忽略土条之间的作用力，计算公式为
，当有渗流发生时，公式分子中的Wi需扣除土条底部的孔隙水压力ui，式中的强度指标采用有效强度指标。这就是费伦纽斯、太沙基等人提出而被广泛应用的简单圆弧条分法计算公式。该公式被列入了《碾压式土石坝设计规范SL274》《堤防工程设计规范GB50286》《建筑基坑支护技术规程JGJ120》等规范。由于简单圆弧条分法忽略了土条间力的作用力，计算的安全系数偏低，偏于保守。
条分法法计算示意图
②当对于饱和粘性土而言，在不排水条件下 
=0，则上式便简化为
，该式称整体圆弧法。该算式计算简便，适用于饱和软粘土等φ值很小的土坡，对于一般粘性土坡计算安全系数较小，误差较大。
2.2简化Bishop法
基于瑞典圆弧法没有考虑土条条间作用力的缺点，毕肖普等人对其进行了改进，分析中合理考虑土条间的作用力，并满足静力平衡条件，以合理的确定Ni的数值。相对于其它分析方式，这是一种较为严格的条分法，这种方法仅是忽略了土条间的竖向剪力，根据整体的力矩平衡条件下进一步满足了水平推力的基本平衡条件，精度上相比瑞典圆弧法有所提高。简化Bishop法计算公式为 
，当有渗流发生时，公式分子中的Wi需扣除土条底部的孔隙水压力ui，式中的强度指标采用有效强度指标。在圆弧滑动面计算方法中，该方法的计算结果比较准确，计算方法比较简单，是当前应用较为常用的方法之一，该法已被列入《建筑边坡工程技术规范GB50330》《碾压式土石坝设计规范SL274》《堤防工程设计规范GB50286》等规范。
2.3摩根斯坦-普赖斯法
摩根斯坦-普赖斯法在分析任意滑动面的基础上，导出了满足力及力矩平衡的微分方程式，并假定两相邻土条法向条间力和切向条间力之间存在一个对水平方向坐标的函数关系，根据整个滑动土体的边界条件求出问题的解。该计算方法已列入《碾压式土石坝设计规范SL274》《建筑边坡工程技术规范GB50330》等规范，主要用于非圆弧滑动的分析计算，对于有软弱夹层、薄斜墙、薄心墙坝的坝坡稳定及任何坝型规范推荐使用该方法。摩根斯坦-普赖斯法是极限平衡法中最佳的计算方法之一，但缺点是必须要使用计算机。
2.4传递系数法
在上个世纪末端不平衡推力传递法诞生，并且也逐渐成为了计算边坡稳定安全系数的关键所在，在近几年的发展下逐渐列入了各项规范。其中在与其它的方法相比较，传递系数法的稳定安全系数比较大，并且主要分为两种解法，分别是隐式与显式，但是从整体角度分析，这两种解法之间存在一定的误差，存在一定的缺陷，需要加以分析与研究。另外在对光滑连续滑面的的分析时，隐式解法可以无条件使用，但是却受到多方面的限制，尤其是需要消除尖角效应。传递系数法是非圆弧滑动的计算方法之一，该计算方法已列入《碾压式土石坝设计规范SL274》《建筑边坡工程技术规范GB50330》等规范。
3、工程案例分析
本次通过对某工程实例，采用瑞典圆弧法和简化Bishop法进行对比分析。
某土堤建于泥岩层上，堤身为粘土填筑，高12m，堤顶宽度5m，临水侧坡比为1:2.25，背水侧坡比1:2，设计洪水位低于堤顶2m。
堤身土体物理力学指标采用地质提供的建议值，如下表：
背水坡最危险滑弧图（设计洪水位稳定渗流）
从滑弧图可见，滑弧形态正常，两种计算的最危险滑弧比较接近，从寻找最危险滑弧的角度来说，两种方法相当。从计算结果可以看出，利用瑞典圆弧法的安全系数要比简化Bishop法小，差值约8%。简化Bishop法的理论相比更完善，计算结果更贴近实际情况，建议采用简化Bishop法，特别是有渗流作用的情况下，不建议采取瑞典法，避免出现较大的失误。
结语
总而言之，边坡稳定是当前值得关注的内容之一，且作为一项复杂的工程，自身的不确定性与离散性会对其造成影响，现阶段，不仅要对边坡稳定的影响因素加以分析，并且也需要从现实出发，从理论入手，对诸多边坡温稳定分析方法加以研究，尤其在工程应用的过程中，需要根据工程的实际情况针对性的选择稳定分析方式，这样才能提高计算的准确性，并且也可以增强工程的有效发展。
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论文作者:蒋宜,冯帅
论文发表刊物:《基层建设》2018年第10期
论文发表时间:2018/6/11
标签：圆弧论文; 稳定论文; 瑞典论文; 工程论文; 方法论文; 岩土论文; 稳定性论文; 《基层建设》2018年第10期论文;