边坡稳定性分析

第一章绪论1．1引言边坡是自然或人工形成的斜坡，是人类工程活动中最基本的地质环境之一，也是工程建设中最常见的工程形式。

随着我国基础设施建设的蓬勃发展，在建筑、交通水利、矿山等方面都涉及到很多边坡稳定问题。

边坡的失稳轻则影响工程质量与施工进度，重则造成人员伤亡与国民经济的重大损失。

因此，边坡的勘察监测、边坡的稳定性分析、边坡的治理，是降低降低灾害的有效途径，是地质和岩土工程界重点研究的问题。

随着城市化进程的加速和城市人口的膨胀，越来越多的建筑物需要被建造，城市的用地也越来越珍贵。

特别是对于长沙这样多丘陵的城市来说，建筑边坡成为了不可避免的工程。

1.2边坡破坏类型边坡的破坏类型从运动形式上主要分为崩塌型和滑坡型。

崩塌破坏是指块状岩体与岩坡分离，向前翻滚而下。

一般情况岩质边坡易形成崩塌破坏，且在崩塌过程中岩体无明显滑移面。

崩塌破坏一般发生在既高又陡的岩石边坡前缘地段，破坏时大块岩体由于重力或其他力学作用下与岩坡分离而倾倒向前。

崩塌经常发生在坡顶裂隙发育的地方。

主要原因有：风化等作用减弱了节理面的黏聚力，或者是雨水进入裂隙产生水压力，或者是气温变化、冻融松动岩石，或者是植物根系生长造成膨胀压力，以及地震、雷击等外力作用（图1-1）。

滑坡是指岩土体在重力作用下，沿坡内软弱面产生的整体滑动。

与崩塌相比滑坡通常以深层破坏形式出现，其滑动面往往深入坡体内部，甚至可以延伸到坡脚以下。

其滑动速度虽比崩塌缓慢，但是不同的滑坡滑动速度相差很大，这主要取决于滑动面本身的物理力学性质。

当滑动面通过塑性较强的岩土体时，其滑动速度一般比较缓慢；相反，当滑动面通过脆性岩石，且滑动面本身具有一定的抗剪强度，在构成滑面之前可承受较高的下滑力，那么一旦形成滑面即将下滑时，抗剪强度急剧下降，滑动往往是突发而迅速的。

滑坡根据滑动模式和滑动面的纵断面形态可以分为平面滑动、圆弧滑动、楔形滑动以及复合形。

当滑动面倾向与边坡面倾向基本一致，并且存在走向与边坡垂直或接近垂直的切割面，滑动面的倾角小于坡角且大于其摩擦角时有可能发生平面滑动。

边坡稳定性分析方法至今为止，广大学者针对边坡稳定性的分析方法主要包括以下两个方面。

(一)定性分析方法此方法的研究对象主要包括边坡稳定性的影响因素、边坡失稳破坏时的力学作用、边坡的工程价值等，以及结合边坡的形成历史，从定性的角度解释和说明了边坡的发展方向及稳定性情况。

该方法的优势在于充分地分析了影响边坡稳定性中各个因素的相互作用关系，能够快速地评价边坡的自稳能力。

具体包括以下几个方面：(1)自然历史分析法自然历史分析法主要是通过分析边坡发育历史进程中的各种自然影响因素，包括边坡自身的变形情况、发育程度以及边坡分布区域的地貌特征、岩层性质、构造活动等，进而评价边坡的总体情况和稳定性特征，同时也可以预测将来可能导致边坡变形和失稳的触发因素。

该方法对边坡稳定性所做出的评价是从边坡的自然演化方面入手的。

(2)工程地质类比法工程地质类比法首先需要对边坡概况进行充分了解，包括组成边坡的岩体岩性、产状和结构面特征。

然后将目前已知的边坡稳定性情况和需要研究的边坡进行对比，记录两者之间的相似性与差异性，以此分析出所要研究边坡的稳定性情况和破坏模式。

为了能够准确地类比分析，就需要对现有边坡的环境地质条件进行全面的调查记录，并建立数据库。

该方法能够大致判断出研究对象的稳定性发展状况和趋势。

(3)图解法图解法通过在示意图上表示出边坡本身各类参数的组合关系来对边坡的稳定情况、破坏特征、破坏因素以及未来的发展方向进行分析。

常用的图解法包括极射赤平投影、边坡等比例投影等。

该方法的优势在于可以直观地表示影响边坡稳定性的因素。

(二)定量分析方法此方法主要通过数值法和极限平衡法等数学手段，依靠计算软件，更加精确地给出满足实际情况的边坡稳定性分析结果。

(1)极限平衡法主要是按照摩尔-库伦强度准则，通过分析作用在土体上的静力平衡条件来判断边坡的稳定性情况，最常见的极限平衡法是条分法，该方法经过100多年的发展，已经成为目前工程实践中使用最为广泛的一种方法。

边坡稳定性分析
1、边坡稳定性分析之前，应根据岩土工程地质条件对边坡的可能破坏方式及相应破坏方向、破坏范围、影响范围等作出判断。

判断边坡的可能破坏方式时应同时考虑到受岩土体强度控制的破坏和受结构面控制的破坏。

2、边坡抗滑移稳定性计算可采用刚体极限平衡法。

对结构复杂的岩质边坡，可结合采用极射赤平投影法和实体比例投影法；当边坡破坏机制复杂时，可采用数值极限分析法。

3、计算沿结构面滑动的稳定性时，应根据结构面形态采用平面或折线形滑面。

计算土质边坡、极软岩边坡、破碎或极破碎岩质边坡的稳定性时，可采用圆弧形滑面。

4、采用刚体极限平衡法计算边坡抗滑稳定性时，可根据滑面形态按本规范附录A选择具体计算方法。

5、边坡稳定性计算时，对基本烈度为7度及7度以上地区的永久性边坡应进行地震工况下边坡稳定性校核。

6、塌滑区内无重要建(构)筑物的边坡采用刚体极限平衡法和静力数值计算法计算稳定性时，滑体、条块或单元的地震作用可简化为一个作用于滑体、条块或单元重心处、指向坡外(滑动方向)的水平静力，其值应按下列公式计算：
Q e＝αw G (5.2.6-1)
Q ei＝αw G i (5.2.6-2)
式中：Q e、Q ei——滑体、第i计算条块或单元单位宽度地震力(kN/m)；
G、G i——滑体、第i计算条块或单元单位宽度自重[含坡顶建(构)筑物作用](k N/m)；
αw——边坡综合水平地震系数，由所在地区地震基本烈度按表5.2.6确定。

表5.2.6 水平地震系数
7、当边坡可能存在多个滑动面时，对各个可能的滑动面均应进行稳定性计算。

边坡稳定性分析方法及其适用条件边坡稳定性是指边坡在外力作用下保持不倒塌或滑动的能力，边坡稳定性分析方法一般可以分为经验法、力学方法和数值模拟方法三类。

不同方法适用于不同类型的边坡，且各方法在分析准确性、工程实施条件、运算速度以及数据要求等方面有所不同。

1.经验法：经验法是基于大量实际工程经验和观测总结出的简化计算方法，适用于边坡规模较小、地质条件比较简单的情况。

根据边坡的高度、坡度、土质等因素，通过经验公式计算出边坡的稳定性系数，从而判断边坡的稳定性。

2.力学方法：力学方法是通过岩土力学原理和边坡土体的力学性质来分析边坡稳定性。

力学方法主要应用于边坡高度较大、复杂地质条件的情况。

常用的力学方法包括平衡法、极限平衡法、有限元法等。

-平衡法：平衡法是基于边坡的平衡条件进行分析的方法，通过计算剪力平衡方程来确定边坡的稳定性。

平衡法适用于坡度较小、土体不饱和、坡面无裂缝等条件下的边坡稳定性分析。

-极限平衡法：极限平衡法是在平衡法的基础上引入抗剪参数的概念，通过计算抗剪参数的极限值来判断边坡的稳定性。

极限平衡法适用于任意坡度、土体饱和或部分饱和的边坡稳定性分析。

-有限元法：有限元法是一种基于连续介质力学和离散化原理的数值分析方法，将边坡土体划分成网格，通过求解有限元方程来计算边坡的应力和变形，并进而判断边坡的稳定性。

有限元法适用于复杂地质条件和复杂边坡形状的稳定性分析。

3.数值模拟方法：数值模拟方法是通过数值计算和模拟来分析边坡稳定性，主要利用计算机和专业软件进行模拟计算。

数值模拟方法通常适用于复杂地质条件、复杂边坡形状、非线性、动力等问题的研究。

常用的数值模拟方法包括有限差分法、边界元法、粒子法等。

总体来说，经验法适用于边坡规模较小、较简单的情况；力学方法适用于边坡规模较大、地质条件复杂的情况；数值模拟方法适用于复杂的边坡形状和非线性、动力问题。

在实际工程中，边坡稳定性分析通常采用多种方法相结合的方式，综合考虑不同方法的分析结果，从而提高分析的准确性。

边坡稳定性分析的方法
边坡稳定性分析的方法主要包括以下几种：
1. 静态稳定分析：静态稳定分析是最常用的分析方法，通过建立边坡的力学模型，计算坡面上各种力的平衡关系，判断边坡的稳定性。

常用的静态分析方法包括切片法、广义平衡法和极限平衡法等。

2. 动力稳定分析：动力稳定分析考虑了水流、地震和其他动力荷载对边坡稳定性的影响。

常用的动力分析方法包括响应谱法、时程分析法和频率分析法等。

3. 水力稳定分析：水力稳定分析主要关注边坡受水力作用时的稳定性。

常用的水力稳定分析方法包括考虑渗流的有效应力法、Darcy定律法和杨-阿基米德稳定理论等。

4. 弹性稳定分析：弹性稳定分析是一种边坡在小变形下的稳定性分析方法。

常用的弹性分析方法包括有限元分析和边坡材料的拉伸压缩试验等。

5. 强度剩余系数法：强度剩余系数法是基于边坡的强度特性和稳定性要求进行分析的方法。

通过计算边坡的抗滑安全系数和剩余强度系数，评估边坡的稳定性。

6. 现场监测法：现场监测法是通过对边坡进行实时监测，分析边坡的变形、位移和应力等参数，评估边坡的稳定性，并进行必要的修复和加固。

常用的现场监
测方法包括测量、遥感技术和数值模拟等。

综合采用多种方法进行边坡稳定性分析可以得到更准确的结果。

在实际工程中，通常会根据具体情况选择适合的分析方法进行分析和评估。

第二节边坡稳定性分析方法力学验算法和工程地质法是路基边坡稳定性分析和验算方法常用的两种方法。

1．力学验算法(1)数解法假定几个不同的滑动面，按力学平衡原理对每个滑动面进行验算，从中找出最危险滑动面，按此最危险滑动面的稳定程度来判断边坡的稳定性。

此方法计算较精确，但计算繁琐。

(2)图解或表解法在图解和计算的基础上，经过分析研究，制定图表，供边坡稳定性验算时采用。

以简化计算工作。

2．工程地质法根据稳定的自然山坡或已有的人工边坡进行土类及其状态的分析研究，通过工程地质条件相对比，拟定出与路基边坡条件相类似的稳定值的参考数据，作为确定路基边坡值的依据。

一般土质边坡的设计常用力学验算法进行验算，用工程地质法进行校核；岩石或碎石土类边坡则主要采用工程地质法进行设计。

3．力学验算法的基本假定滑动土楔体是均质各向同性、滑动面通过坡脚、不考虑滑动土体内部的应力分布及各土条(指条分法)之间相互作用力的影响。

一、直线滑动面法松散的砂类土路基边坡，渗水性强，粘性差，边坡稳定主要靠其内摩擦力。

失稳土体的滑动面近似直线状态，故直线滑动面法适用于砂类土：如图2-2-4所示，验算时，先通过坡脚或变坡点假设一直线滑动面，将路提斜上方分割出下滑土楔体ABD，沿假设的滑动面AD滑动，其稳定系数K按下式计算(按边坡纵向单位长度计)：验算的边坡是否稳定，取决于最小稳定系数Kmin的值。

当Kmin＝1.0时，边坡处于极限平衡状态。

由于计算的假定，计算参数(r，Ψ，c)的取值都与实际情况存在一定的差异，为了保证边坡有足够的稳定性，通常以最小稳定系数Kmin≥1.25来判别边坡的稳定性。

但Kmin过大，则设计偏于保守，在工程上不经济。

当路堤填料为纯净的粗砂、中砂、砾石、碎石时，其粘聚力很小，可忽略不计，则式（2-2-3）变为：式(2-2-3)也适用于均质砂类土路堑边坡的稳定性验算。

二、圆弧滑动面法用粘性土填筑的路堤，边坡滑坍时的破裂面形状为一曲面，为简化计算，通常近似地假设为一圆弧状滑动面。

边坡稳定性分析方法和适用条件一、经验法：经验法是指根据实际工程经验和历史数据，运用公式或经验关系对边坡稳定性进行初步评估和判断。

经验法主要适用于初步设计阶段，可以快速判断边坡的稳定性，但精度较低。

常见的经验法有切坡稳定系数法和地质力学分类法。

切坡稳定系数法是根据剪切强度理论，将边坡剪切强度与外力因素之比来进行稳定性评估的方法。

常用的切坡稳定系数有库仑切坡系数、比谢尔切坡系数和斜坡承载系数等。

地质力学分类法是将边坡划分为不同类别，根据边坡的形状、岩性、构造、地质断层等因素，选择相应的边坡稳定性参数，进行评估。

常用的分类法有英国地质力学分类法和日本地质力学分类法等。

二、解析法：解析法是指通过建立边坡稳定性的解析模型，运用解析解或解析关系对边坡进行稳定性分析。

解析法适用于边坡形状简单、边坡参数确定明确的情况。

常见的解析方法有切坡法、极限平衡法和承载力平衡法等。

切坡法是通过建立边坡剪切面的切平衡方程，求解边坡的稳定性系数。

切坡法适用于边坡形状不规则、变化较大的情况。

极限平衡法是根据极限平衡状态，建立边坡的稳定性方程，求解稳定性系数。

极限平衡法适用于边坡开挖、填筑以及高边坡等情况。

承载力平衡法是根据边坡土体的强度参数和边坡几何形状，建立力学平衡方程，求解边坡的稳定性系数。

承载力平衡法适用于复杂边坡、非均质边坡的稳定性分析。

三、数值模拟法：数值模拟法是指通过建立边坡的数值模型，利用计算机进行边坡的力学行为分析，求解边坡的稳定性。

数值模拟法适用于边坡形状复杂、地质条件复杂、边坡参数变化大的情况。

常用的数值模拟方法有有限元法、边坡稳定分析软件等。

有限元法是将边坡划分为有限个单元，建立边坡的离散模型，通过求解有限元方程，得到边坡的位移和应力分布，从而进行稳定性评估。

边坡稳定分析软件是基于数值模拟原理，将边坡稳定性分析过程进行自动化处理的软件工具。

常见的边坡稳定分析软件有GeoStudio和Plaxis等。

以上是边坡稳定性分析的几种常见方法，不同的方法适用于不同的情况，工程设计人员可以根据实际情况选择合适的方法进行分析和评估。

如何进行边坡稳定性分析和治理设计导语：边坡是指山体或路基的斜坡部分，其稳定性对于保障公共安全和预防自然灾害具有重要意义。

本文将介绍如何进行边坡稳定性分析和治理设计，以便为相关工程提供科学依据。

一、边坡稳定性分析边坡稳定性分析是衡量边坡是否具备抵抗外力和重力作用的能力的过程。

下面介绍几个常见的边坡稳定性分析方法。

1. 落石模拟法：通过模拟边坡上可能存在的落石情况，评估其对边坡稳定性的影响。

可以利用计算机软件进行模拟，根据模拟结果进行边坡设计和治理。

2. 有限元法：这是一种工程力学中经典的数值分析方法。

通过将边坡分割为离散的小单元，建立数学模型，模拟实际边坡的物理特性和受力情况，从而预测边坡的稳定性。

3. 土工试验法：通过对采集的边坡土样进行实验室试验，获取不同土体的物理力学参数，如摩擦角、内摩擦角和抗剪强度等。

这些参数可作为边坡稳定性分析的依据，进一步分析边坡的稳定性。

二、边坡治理设计边坡治理设计是指根据边坡稳定性分析的结果，制定相应的治理方案，以提高边坡的稳定性和安全性。

下面介绍常见的边坡治理设计方法。

1. 土保工程：减轻土质边坡的滑坡、塌方和泥石流等问题的治理措施。

如对边坡进行加固，采用挖槽、钢筋网片和喷锚等方法，提高土体的抗滑性能。

2. 扶坡工程：主要应用于边坡边沟的处理，通过修建围护墙、栅栏和截沟等手段，增强边沟的排水和保护作用，从而减少因坡脚冲刷引发的边坡变形。

3. 植被工程：通过种植具有较强根系的植物，如草丛、灌木和乔木等，增加边坡表面的抗蚀能力和固结性能。

植被工程是一种生态环境友好型的边坡治理手段。

4. 减负载措施：适用于边坡受到大型建筑物、岩石堆栈或河流水压等外力负载的情况。

可以通过调整建筑物的布置、排水措施和加固设计等方法，减轻边坡承载压力，提高边坡的稳定性。

结语：边坡稳定性分析和治理设计是工程建设中至关重要的环节，直接关系到公共安全和环境保护。

通过科学的分析和合理的设计，可以有效预防边坡灾害的发生，保障工程的安全运行。