关于岩土工程边坡问题的文献综述
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中国岩石高边坡工程及其研究
一、中国岩石高边坡工程背景
中国山区地形复杂,岩石边坡又称山坡,是指在高度超过3m的坡度上,使用岩石材料所建造的边坡或斜坡。
岩石作为比较硬结物,具有较高
的抗冲击强度、抗压强度、抗拉强度等特点,可以用来建设稳定、坚固的
边坡。
岩石边坡的技术性能特点和加固边坡的效率,大大提高了边坡建设
的经济性和安全性。
中国岩石高边坡工程的技术特点,是建设时采用焊接和粘结的技术,
这样可以使工程中的材料成为一个整体,既不会受到冲击力的影响,也不
会因为重力而变形。
岩石边坡平整,可以提高边坡表面的抗冲击性能和抗
拉性能,有利于防止土石滑动。
二、中国岩石高边坡工程研究
1、材料耐久性研究
在中国岩石高边坡工程中,土壤材料的耐久性研究是最重要的,因为
它们能够确定边坡的质量,决定边坡的稳定性和安全性。
耐久性研究要求
在各种温度、湿度和湿润环境下实施,以确保材料的可靠性和稳定性。
2、边坡稳定性研究
稳定性研究是指对边坡形态、结构、地质、地貌等因素进行全面研究,并采用测量、分析和求解等方法,考察边坡特征,评估边坡稳定性。
岩土工程中的边坡稳定性边坡稳定性一直是岩土工程中的重要问题之一。
边坡指的是山体或土地表面的坡度,其稳定性对于道路、铁路、建筑物、水利工程等的设计和施工具有关键的影响。
本文将探讨岩土工程中的边坡稳定性及相关因素。
1. 岩土工程中的边坡稳定性概述边坡稳定性是指边坡在重力、水力等外力作用下保持其原始形态的能力。
岩土工程中的边坡稳定性研究主要包括边坡的稳定性分析、评估和加固措施设计。
在边坡稳定性分析中,通常会考虑土壤的强度、坡度、水文条件等因素,并结合地形地貌等综合因素进行综合分析。
2. 影响边坡稳定性的因素(1)土壤的强度:土壤的强度直接影响边坡的稳定性,强度较低的土壤更容易导致边坡滑坡等灾害。
(2)坡度:较陡的坡度更容易导致边坡的失稳,因为重力作用更大。
(3)水文条件:水文条件是影响边坡稳定性的重要因素之一,包括地下水位、降雨、径流等。
(4)土体的孔隙水压力:当土壤中存在过多的孔隙水时,会增加边坡的重量和水压,导致边坡失稳。
(5)地震:地震会产生剧烈的地面摆动,进一步破坏边坡的稳定性,引发滑坡等灾害。
3. 边坡稳定性分析方法(1)常用方法:边坡稳定性分析的常用方法包括极限平衡法、有限元法和数值模拟方法等。
(2)极限平衡法:该方法基于土壤强度理论,通过计算土体切线与重力切向力的平衡来评估边坡稳定性。
(3)有限元法:该方法基于力学和数学原理,在电脑上建立数学模型,模拟边坡的力学行为。
(4)数值模拟方法:该方法通过数值计算方法,模拟边坡稳定性及其发展过程,可以更精确地分析边坡的稳定性。
4. 边坡稳定性评估和加固措施设计(1)评估:边坡稳定性评估通常包括现场调查、数据收集、分析计算和风险评估等步骤,以确定边坡是否稳定。
(2)加固措施设计:根据边坡稳定性评估结果,可以设计一系列的加固措施,包括减小坡度、加固土体、排水处理、构筑物设置等。
综上所述,岩土工程中的边坡稳定性是一个重要且复杂的问题。
了解边坡稳定性的相关因素,并采用科学的分析方法和合理的加固措施设计,可以确保边坡在工程建设中的安全稳定。
岩土边坡稳定性分析方法综述【摘要】随着城市的发展,道路的应用已经越来越广泛。
从城市到农村,可以说,道路已经更新换代了,这极大的方便了人们的出行。
但正是由于道路的发展,农村和郊区的土坡的安全状况让人担忧。
本文就主要对岩土边坡的稳定性做详细的分析讨论。
【关键词】岩土边坡,稳定性【前言】现在人们的出行旅游最重要的是自身的安全,这就使得道路的安全性有可靠的保证。
在高速公路和国道上,安全性还是非常让人放心的,但对于外出旅游和跨省长途运输的司机来说,那些道路边缘的岩石土坡的稳定性是不可预测的危险因素,威胁着他们的人生安全。
对此,我们就展开深入的探究,一起了解岩石土坡的稳定性。
1、土坡稳定性分析理论研究现状1.1、边坡稳定性分析现状边坡失稳作为普遍存在的工程问题受到国内外学者的重视。
对此课题的研究,国内外都经历了从实践积累到理论归纳,再实践,再归纳,并逐步总结提高的过程。
十九世纪末二十世纪初,随着发达国家的大规模土木工程建设,大量边坡工程问题、特别是滑坡问题随之产生,并造成了很大损失,人们开始应用材料力学和近代土力学的理论对边坡问题进行半经验、半理论的研究。
上世纪五十年代,我国学者引进了前苏联的工程地质分析的体系,继承和发展了地质历史分析法,着重研究边坡的工程地质背景和边坡类型的划分,以此进行边坡的工程地质类比分析,在滑坡的分析和研究中取得了一定的成果。
1.2、边坡稳定研究方法现状研究边坡稳定的方法主要有:“地质历史分析”方法、极限平衡法、概率分析法、极限分析法、数值计算分析方法、物理模拟法、非线性方法等。
现将主要边坡稳定性评价方法列述如下:1.2.1“地质历史分析”方法:五十年代,我国许多工程地质工作者在滑坡研究中采用了苏联的“地质历史分析”方法[4],但该方法偏重于定性描述和分析。
1.2.2极限平衡法:极限平衡法是一种定量方法,也是工程中使用最多、最成熟的方法,其理论基础为极限平衡理论。
它通过分析在临界破坏状态下,土体外力与内部强度所提供的抗力之间的平衡计算土体在自身和外荷作用下的稳定程度。
天津大学网络教育学院专科毕业论文题目:边坡稳定性分析方法综述完成期限:2015年8月24日至 2015年10月25日学习中心:新疆伊犁教学中心专业名称:学生姓名:学生学号:指导教师:曹松荣边坡稳定性分析方法综述一、引言边坡包括天然斜坡和人工开挖的边坡。
自然界中的山坡、谷壁、河岸等各种斜坡形成,是地质营力作用的结果。
人类工程活动也经常开挖出大量的人工边坡,如路堑边坡,运河渠道、船闸、溢洪道边坡,房屋基坑边坡和露天矿坑的边帮等。
边坡的形成,使岩土体内部原有应力状态发生变化,出现应力重分布,其应力状态在各种自然营力及工程影响下,随着边坡演变而又不断变化,使边坡岩土体发生不同形式的变形与破坏。
不稳定的天然斜坡和人工边坡,在岩土体重力、水及震动力以及其它因素作用下,常常发生危害性的变形与破坏,导致交通中断,江河堵塞,塘库淤填,甚至酿成巨大灾害。
在工程修建中和建成后,必须保证工程地段的边坡有足够的稳定性。
边坡的工程地质问题,就是边坡的稳定性问题。
边坡稳定性分析和边坡研究的核心,也是一个十分重要的岩土工程问题。
在公路、铁路等交通设施的建设以及露天矿井、水利水电、深基坑开挖等大型的坝体工程中,都会遇到各种各样的边坡稳定性问题。
边坡失稳轻则增加投资,延长工期,重则损毁建筑物,造成人员伤亡及财产损失等。
研究边坡稳定性的目的,在于预测边坡失稳的破坏时间、规模,以及危害程度,事先采取防治措施,减轻地质灾害,使人工边坡的设计达到安全、经济的目的。
本文从自然因素和人为因素分析了响边坡稳定性的因素,同时研究了边坡破坏机理及类型,并论述了边坡稳定三种方法,分别是定性分析法,定量分析法,不确定分析法。
最后,根据实际情况分析了边坡防护及加固措施。
二、影响边坡稳定性的因素边坡的稳定性因素是指在地质、水文、地貌、风化因素以及人类活动等的综合作用下所发生的一系列对边坡的正常运行产生影响的病害。
造成边坡裂缝,如不及时治理裂缝,雨水量沿裂缝下渗,进一步造成路基的不均匀沉陷和路基路面对应位置裂缝的发展,进而影响到边坡的稳定(如边坡塌滑、崩裂等)。
岩土工程勘察在边坡治理中的应用摘要:岩土工程勘察是指工程勘察人员通过对岩土工程条件和工程场地地质情况的调查,对拟建工程场地的自然条件和社会条件进行分析研究,预测可能产生的变形、破坏等地质灾害,为设计、施工提供可靠的依据。
关键词:岩土工程;勘察;边坡治理引言:边坡治理是指为提高边坡的稳定性而采取的各种措施,包括支护和加固。
岩土工程勘察在边坡治理中具有重要作用。
本文以某工程为例,对岩土工程勘察在边坡治理中的应用进行分析探讨,为今后边坡治理提供参考依据。
一、边坡地质条件该边坡位于某高速公路边坡,其东侧为高速公路,西侧为公路,公路边坡最大高差约50m。
边坡整体呈东西走向,长度约200m,南高北低。
边坡中部高程为1055.00m,相对高差约15m;边坡北侧高程为1036.50m,相对高差约50m;边坡中部高程为1049.00m,相对高差约25m。
本次勘察范围内的地形地貌及地层岩性总体呈向西倾斜的“S”形。
勘察期间,发现该边坡存在两个不稳定层:(1)第四系全新统冲积层(Q4ml);(2)第四系上更新统冲积层(Q3al+ pl)。
1.第四系全新统冲积层:该层主要由残坡积粉质粘土、全风化花岗岩、强风化花岗岩组成,分布于公路右侧。
上部残坡积粉质粘土具冲沟特征,局部含大量植物残体及碎石。
下部强风化花岗岩分布于公路左侧,局部见风化基岩。
主要为全风化花岗岩和强风化花岗岩。
据分析,该层土的物理力学性质较差,对边坡稳定性影响较大。
2.第四系上更新统冲积层:该层土分布于公路左侧,上部为残坡积粉质粘土,下部为全风化花岗岩。
主要由粉质粘土、碎石、全风化花岗岩组成。
根据其厚度大小和分布特征进行分析:该层土层厚约7~20m不等,主要由粉质粘土、碎石组成;该层土的物理力学性质较差,对边坡稳定性影响较大。
主要由全风化花岗岩、强风化花岗岩组成;该层土的物理力学性质较好,但工程地质性质较差。
根据该边坡地质条件分析认为:该边坡存在较大的潜在滑面(或滑带)、可能发生滑坡的潜在危险面(或潜在滑带)、可能产生滑动破坏的潜在滑面(或滑带)滑体等。
岩土工程中边坡与挡土墙的设计与加固研究摘要:边坡和挡土墙是岩土工程中常见的结构,其设计和加固涉及到多个方面的问题,如地质条件、土工性质、荷载特征等。
本文综述了边坡和挡土墙的设计原则、加固方法和常见问题,并结合实际案例进行了分析和探讨,为相关领域的研究和应用提供了一定的参考。
关键词:边坡;挡土墙;设计;加固;岩土工程一、引言岩土工程中的边坡和挡土墙是土木工程中常见的结构形式,广泛应用于高速公路、铁路、水利工程、城市建设等领域。
然而,由于地质条件、荷载特征、土工性质等因素的不同,边坡和挡土墙在使用过程中容易出现稳定性、变形、裂缝等问题,因此对其设计和加固研究具有重要意义。
本文将围绕边坡和挡土墙的设计和加固展开,首先介绍了其设计原则和常见问题,然后详细讨论了常用的加固方法,并结合实际案例进行了分析和探讨。
最后,本文对未来研究方向进行了展望。
二、设计原则和常见问题1.设计原则在进行边坡和挡土墙的设计时,需要考虑以下几个方面的问题:(1)地质条件:包括地形、地质构造、地质构造、地下水位等。
(2)荷载特征:包括土体自重、附加荷载、地震荷载等。
(3)土工性质:包括土体的强度、变形性质、渗透性等。
(4)环境因素:包括气候、水文、生态等。
在考虑以上因素的基础上,需要确定合适的边坡坡度、挡土墙高度和类型、土工材料等。
2.常见问题在边坡和挡土墙的使用过程中,常常会出现以下问题:(1)稳定性问题:包括滑坡、倒塌、失稳等。
(2)变形问题:包括沉降、膨胀、收缩等。
(3)裂缝问题:包括土体开裂、挡土墙表面开裂等。
(4)渗漏问题:包括土体渗漏、挡土墙渗漏等。
这些问题的出现主要是由于地质条件、荷载特征、土工性质等因素的影响,因此在设计和加固时需要综合考虑这些因素,采取适当的措施来保证边坡和挡土墙的稳定性和安全性。
三、加固方法1.排水加固法排水加固法是通过排水来改善土体的力学性质,减少土体内部水压力的作用,从而提高土体的稳定性和抗滑性能。
岩土边坡稳定性分析方法综述摘要:在当前的项目工程建设的时候,建筑主体结构的安全需要实施有效的分析岩土边坡的稳定性后才能够得到保证。
现阶段有非常多的分析方法可以应用在岩土边坡稳定性的分析中,所以其也有非常多的特征,所以,分析方法需要根究基本原理与适用领域来合理、科学的选择,让自然灾害所带来的危害能够有效的降低。
关键词:岩土工程;边坡;稳定性能评价;方法前言:当前自身的安全是人们出行旅游最为关键的,所以道路的安全性就有可靠的保障,在高速与国道上,最让人放心的还是安全性了,然后对于外出旅游与跨省长途运输的司机而言,无法预测出那些道路边缘的岩石土坡稳定性的危险原因,严重的影响着他们的人生安全。
所以,项目工程建设在存在很多岩土边坡的区域时,一定要重视科学的分析边坡稳定性,在项目工程整体建设工作中合理的选择和运用分析方法具备关键的意义。
项目技术人员通过全面的分析岩土边坡稳定性,对建筑项目工程单位及时拟定防治方法有利,这样滑坡等重大自然灾害的危险就能够得到有效的预防了。
1、岩土边坡稳定性的影响原因1.1岩土工程的内部因素岩土边坡土体的性质、形状、边坡的地质结构和边坡的总体形态等是影响边坡稳定性的内部原因。
土体的性质与种类是我们依据国内外岩土项目的施工经验得出的边坡稳定性的重点,其土体不一样的性质与种类,承载的也是不一样的作用,之后边坡也就不一样的破坏形式了;结构面的性状、连通性、发育程度、规模、内部填充物成分和程度等是地质构造影响岩土边坡的关键表现,因为地质不一样的构造,倾斜度也影响到不一样的边坡稳定性;边坡稳定性受到边坡整体形态严重影响,在建设项目的时候,坡顶因为受到太大的应力或者张力,相对容易发生裂缝的情况,非常不利于项目的总体形态,容易导致严重的质量安全问题。
1.2岩土项目的外部原因影响边坡稳定性的外部原因包含气候条件与震动作用等。
(1)地震的作用在施工的时候,常常需要爆破,无法忽视的原因就是爆破震动影响着边坡的稳定,相对大的爆破震动非常容易导致边坡失稳,尤其是在爆破的时候,地形构造特点没有得到充分的考虑,导致部分边坡失稳,没有依照设计施工,违规操作等,也容易关系到边坡的稳定。
岩土工程中高填方边坡的稳定性分析及治理措施摘要:随着社会的发展,对土木工程的需求越来越大,土木工程进入了一个新的发展阶段。
岩土工程作为土木工程的一个重要分支,也得到了迅速的发展。
但其施工内容非常复杂,涉及多个环节,且由于不同地区地质条件不同,可能导致施工计划不合理,为后期工程施工埋下安全隐患不利于保证岩土工程质量。
本文阐述了边坡稳定性分析的相关理论,分析了影响高土质边坡稳定性的因素以及边坡变形的原因。
结合北方地区工程建设的实际情况,选择科学合理的措施加固高填方边坡,并研究相应的高填方边坡处理措施。
关键词:岩土工程;边坡治理;高填方边坡;稳定性在岩土工程项目建设中,出现了大量的新技术、新材料、新工艺,在广泛应用中极大地促进了建筑业的发展。
岩土工程是建设工程的基本环节,施工质量直接关系到工程的整体质量和安全。
岩土工程施工过程往往涉及地下水资源配置、土壤结构优化等工作内容。
这也使得岩土工程施工与外部生态环境密切相关,可能导致高填方边坡结构失稳,埋下一系列安全隐患。
因此,岩土工程建设往往会对周边生态环境产生一定的负面影响,而且这种影响往往是持久的,影响后续岩土工程项目的质量和安全。
从这个角度来看,推动岩土工程施工方案的优化和完善,选择合理的处理措施,对维护高填方边坡的结构稳定性具有积极作用。
1边坡稳定性理论影响边坡稳定性的因素很多,不同的地层岩性会导致边坡不同的变形和破坏。
几何形状和表面形态将严重影响边坡的稳定性。
如果边坡坡度增加,坡顶和坡面的应力范围将逐渐扩大,坡脚的剪应力将相应增加。
因此,边坡的稳定性会随着边坡的增加而缓慢下降。
如果边坡出现变形问题,地质结构复杂的边坡会受到岩褶的影响,稳定性较差。
此外,水还会对边坡的岩土产生影响,导致岩体中矿物的物理和化学变化,以及岩土中矿物成分的变化,导致岩土体松动或破碎等问题。
如果岩土工程边坡受到地震和爆破振动的影响,它也会影响边坡的稳定性。
振动会瞬间改变边坡的应力场,导致土颗粒之间的结合力破坏,降低岩土的抗剪能力,引起边坡结构的变化,对边坡本身的稳定性产生严重影响。
边坡工程稳定性探讨论文边坡工程稳定性探讨论文范本1边坡工程稳定性分析1.1边坡稳定性的影响因素①地质构造。
地质构造因素主要是指边坡地段的褶皱形态、岩层产状、断层和节理裂隙的发育程度以及新构造运动的特点等。
通常在区域构造复杂、褶皱强烈、断层众多、岩体裂隙发育、新构造运动比较活跃的地区,往往岩体破碎、沟谷深切,较大规模的崩塌、滑坡极易发生。
②岩体结构。
不同结构的岩体,物理力学性质差别很大,边坡变形破坏的性质也不同。
③风化作用。
边坡岩体,长期暴露在地表,受到水文、气象变化的影响,逐渐产生物理和化学风化作用,出现各种不良现象。
当边坡岩体遭受风化作用后,边坡的稳定性大大降低。
④地下水。
处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用,使坡体的有效重力减轻;水流冲刷岩坡,可使坡脚出现临空面,上部岩体失去支撑,导致边坡失稳。
⑤边坡形态。
边坡形态通常指边坡的高度、坡度、平面形状及周边的临空条件等。
一般来说,坡高越大,坡度越陡,对稳定性越不利。
⑥其他作用。
此外,人类的工程作用、气象条件、植被生长状况等因素也会影响边坡的稳定性。
1.2边坡工程稳定性分析方法1.2.1边坡极限平衡法。
极限平衡法是根据边坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理(即静力平衡原理)分析边坡各种破坏模式下的受力状态,以及利用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。
极限平衡法是边坡稳定分析计算的主要方法,也是工程实践中应用最多的一种方法。
1.2.2边坡可靠性分析法。
边坡工程是以岩土体为工程材料,以岩土体天然结构为工程结构,或以堆置物为工程材料,以人工控制结构为工程结构的特殊构筑物。
这些构筑物都程度不同地存在组成和结构上的不均匀性,天然边坡尤为突出,因为构成边坡的地质体经受长期的多循环的地质作用,而且作用强度不一,且又错综复杂,致使它们的工程地质性质差异很大。
现阶段边坡可靠度分析的常用方法有蒙特卡洛模拟法,可靠指标法,统计矩法以及随机有限元法。
岩土工程边坡稳定性分析及治理措施摘要:当今,随着我国经济的快速发展,在岩土工程施工中,边坡稳定性施工可以提升工程的整体质量,满足岩土工程施工的需求。
一般情况下,岩土工程施工中边坡的稳定性会受到地震波、施工条件等多因素的影响,若在施工中不能科学控制,就会增强工程施工的安全隐患,严重时甚至还会造成重大的生命及财产损失。
在当前岩土工程施工中,通过强度折减法施工方案的运用,可以保证各项施工工序的稳步进行。
在整个施工中,施工单位应该认识到岩土工程边坡施工会受到裂隙岩体的破坏,因此,在当前岩土工程施工中,为了提高建筑工程施工的整体质量,应该将边坡工程施工作为核心,通过边坡稳定性、加固性施工方案的完善,保证各项施工工序的稳步进行。
关键词:岩土工程;边坡稳定性分析;治理措施引言在现代工程项目建设过程中,需要对岩土边坡的稳定性进行有效地分析,这样才能确保建筑主体结构的安全。
当前在对岩土边坡稳定性进行分析时采用的分析方法具有多样性的特点,因此,需要针对基本原理和适用范围来选择科学、合理的分析方法,有效地降低自然灾害所带来的危害。
文章分析了岩土边坡稳定性的主要影响因素,并进一步对岩土边坡稳定性的常用分析方法进行了具体的阐述。
1岩土工程中边坡稳定性分析1.1岩土工程中边坡稳定性影响因素1.1.1外部因素在岩土工程中,外部环境对边坡的稳定性产生了一定影响。
其中,影响最大的是自然降水。
不同地区具有不同的气候类型,因此其降水量也是存在一定差异的。
不同的降水量对边坡的影响也不一样。
例如,当雨水渗透到土体中,会促使土体空隙压力逐渐呈上升趋势。
在这种状况下,其自身应力是比较低的,很难确保边坡的稳定性,进而加大岩土工程施工难度。
同时,坡体植被对其稳定性也具有重要影响。
另外,虽然风蚀作用对边坡的影响不大,但它会不断促使边坡土层结构面规模扩大,在这种情况下,对边坡也会造成一定程度上的破坏。
1.1.2内在因素边坡的形态与边坡的稳定性是息息相关的,边坡的坡度与其稳定性成正比。
岩土工程中高填方边坡的稳定性分析与治理措施摘要:因为地域存有差异,因此在一些对岩土工程开展施工的过程中,会发生部分地区的高填深入问题,进而造成岩土工程发生高边坡。
有的工程项目不仅建设中依然还存有很多的高填方边坡,在根据方法解决原貌土以后,虽然能够将其运用到填方工程项目中,可是由于其正品构造早已被毁坏,因此会在工程项目特点层面发生一定差别,而渣石颗粒物中间有相对较大的孔隙,造成难以夯实的情况。
填方品质对岩土工程中的高填方边坡的稳定性有着严重的影响,假如没法进行合理的解决,可能造成边坡存有较多的安全风险。
关键词:岩土工程;高填方边坡;稳定性.前言:伴随着当今建筑施工中基础设施建设的经营规模持续的提升,而由于地域特点所以有着很大的差异,因此在针对岩土工程开展施工的过程中,会发生很多高边坡,而边坡本身的稳定性,则会对岩土工程的基础设施建设导致非常大的影响。
岩土工程中针对边坡执行结构的加固方式,能够合理的解决高填大坑的难题,而通过加固边坡可以确保边坡本身的稳定性,进而防止边坡发生变形以后产生对砂土的毁坏。
文中深刻剖析了根据极限平衡法的高填方边坡稳定性,随后简易地阐述了边坡稳定性基础理论,最终根据高填方边坡稳定性明确提出岩土工程高填方边坡的整治对策。
1、根据极限平衡法的高填方边坡稳定性陡坡的稳定性在发生剧变之后,被毁坏的一部分可以称之为弧形滚动面,在工程项目逐渐开展设计的环节,将滚动面假定为弧形面,对边坡的稳定性进行剖析。
根据边坡稳定性统计分析方法中的简布法、德国条分法及其简单化的毕肖普法等来开展剖析。
针对高填方边坡进行有关的科学研究工作中,根据弧形滑裂面假定的方式,剖析高填方边坡自定的稳定性。
假如在剖析全过程中,仍未具体考虑到水压力的危害,可以运用德国条分法针对总压力强度进行指标值剖析工作中,该方法获得的数值会具备高些的精准度。
而应用简单化毕肖普法来开展测算,尽管会忽视了土条中间的相互影响,可是却并不会影响到最后的数值。
关于岩土工程边坡问题的文献综述 中国民航大学 赵锋 090741132 摘要:边坡分析理论经过近几十年的发展,基本形成了完善的体系。现有的边坡稳定性分析评价模型大致有以下几类:(1)基于传统静力准则的评价模型;(2)基于数值计算方法的分析模型;(3)基于能量原理的分析模型;(4)基于系统控制论的分析模型;(5)基于智能技术的分析模型等;(6)性多模型综合评价。目前,边坡稳定性分析的方法很多,其中较为典型的有极限平衡法,极限分析法,有限元法等。 关键词:边坡分析理论、边坡稳定性分析模型、边坡稳定性分析方法、土质边坡的稳定性分析、岩质边坡的稳定性分析 1、背景 随着科技的进步和社会的飞速发展,全球的经济迅速崛起,因此很多重大项目如水电、露天采矿、能源及交通项目应运而生。这就极大地促进了岩土工程边坡分析理论的发展。 边坡分析理论经过近几十年的发展,基本形成了完善的体系。现有的边坡稳定性分析评价模型大致有以下几类:(1)基于传统静力准则的评价模型;(2)基于数值计算方法的分析模型;(3)基于能量原理的分析模型;(4)基于系统控制论的分析模型;(5)基于智能技术的分析模型等;(6)性多模型综合评价。 目前,边坡稳定性分析的方法很多,其中较为典型的有极限平衡法,极限分析法,有限元法等。 2、意义 边坡系统是一个开放的复杂系统,不断与周围环境进行着物质和能量交换,其稳定性除受地质因素制约外,还受到工程因素的影响,这些因素部分是确定的,更多的具有随机性、模糊性、可变性等不确定性。它们对不同类型边坡稳定性的影响程序也不一样,这些因素之间具有复杂的非线性关系。 在实际施工过程中由于受场地的限制,某些规模宏大的重大工程的建设,经常需在复杂地质环境条件下进行,因而人为地开挖了各种各样的高陡边坡。而这些边坡工程的稳定状态,事关工程建设的成败与安全,会对整个工程的可行性、安全性及经济性等起着重要的制约作用,并在很大程度上影响着工程建设的投资及效益。 因此,如何能够更好地了解与掌握边坡变形、发展规律,并在此基础上对边坡的变形和破坏进行防治,分析、评价边坡系统的稳定性,经济、合理地设计边坡工程直接关系到建设资金的投入和生命财产安全,其意义尤为重大。 3、现有边坡稳定性分析模型简述 3.1基于静力准则的模型 此类模型最基本常用的是极限平衡法。利用滑面上抗滑力与下滑力之比来定义安全系数,如下式: 式中σ i ,τ i ,Ai, ci ,υi分别为i滑面单元上的正应力、剪应力、面积、粘聚力和内摩擦角; N 为滑面单元的总数。评价标准是:当 K > 1 时为稳定状态;当 K = 1 时处于临界状态;当 K < 1 时为不稳定状态。在实际应用中,对式(1)还有一些改进的模型,如按合滑移矢量方向进行计算,将τs 沿局部滑面投影等。 尽管在理论思路上,此类模型概念明确,计算可行,但是不能真实地反映边坡系统的稳定性。在工程实际中常出现“安全稳定系数大于1的边坡破坏,而稳定系数小于1的边坡反而稳定”的矛盾现象。由于边坡系统的复杂性,影响因素的多样性,各因素之间的非线性,虽然极限状态时系统将发挥其最大的抵抗力,但并不意味着滑面上的各点都同时达到其最大的抗力。而且边坡的破坏一般是一个渐进的过程,其安全系数在达到极限状态过程中是一个变量。 3.2基于数值计算的模型 此类模型常用有限元法,将复杂的系统离散化后进行处理。有限元法是解决岩土工程问题中常用的一种模型,其突出特点是适合于处理非线性、非均质和复杂边界等问题。但是有限元法需要事先确定边坡岩土材料的本构模型及其参数,尽管本构模型一直是岩土工程研究前沿的重要领域,但真正在工程实践中得到应用的本构模型并不多,而且由于岩土材料固有的复杂性,影响岩土材料应力应变关系的因素很多,不太可能有一个普遍适用的本构模型。即使在本构模型确定以后,模型参数测定还是一个大问题;若考虑材料的非线性,有限元程序特别是三维有限元程序,其计算工作量非常大,并难以实现容错功能。虽然参数的确定还可以采用反分析方法,但是由于岩土材料的应力应变关系的高度非线性,应用位移反分析求岩土力学参数还是相当复杂的。 3.3基于能量原理的模型 此类模型从能量的观点建立模型,如按下式定义安全稳定系数:
式中ΔU为增稳内能,限体系的内能增量;ΔW为失稳外能,即外力所做的功。或以下定义: 式中D 为边坡系统的内能耗散率;A为外荷载所做的功等。以上两式的表达式都体现出这样的事实:如体系在原平衡位置上附加任意小位移,其储存的内能大于外力所做的功时,则系统是稳定的。这类模型表达式给出的安全稳定系数是利用系统在同一过程中的两个物理量(能量)来进行稳定性评价,没有体现出涉及到系统极限状态的变量,因此,怎样考虑系统某个状态相对于极限状态的稳定性,还有待于进一步的研究。 3.4基于控制论的模型 因而此类模型主要有两种方法,一种是基于模糊论的方法,一种是基于灰色理论的方法。由于边坡系统的复杂性,信息不对称性,影响因素具有高度的随机性、模糊性、可变性等不确定性,导致了边坡稳定性评价的困难。基于模糊论的模型在对边坡稳定性进行系统分析的基础上,以模糊数学为工具,提出了边坡稳定性模糊评价分析模型。 边坡稳定性分析过程中,往往涉及到若干相互制约的和复杂的影响因素,模糊评价模型对这些因素用模糊集合和隶属函数来描述,并协调矛盾,权衡利弊,进行综合考虑。但是模糊评价模型的信息准则是依赖于经验规律,由于边坡地质条件的复杂性和不确定性,这些经验规律不一定都适用。在不同的岩体性状下,各因素在边坡稳定性评价中所起的作用的大小或重要程度是不同的,这就涉及到权值随参数的变化规律,这在模糊评价中也是一个难点。而且在确定因素权重集时,若考虑的因素超过人的心里承受限度,其一致性检验很难通过。
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不模糊评价模型不同,灰色评价模型着重研究外延明确而内涵不明确的问题。它以“部分信息已知,部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定性系统为研究对象,主要通过对“部分”已知信息的生成和开发,提取有价值的信息,实现对系统运行规律的正确认识和有效控制。 边坡系统在地质条件和各种环境因素的作用下,随时间逐渐演化,并受多方面因素的影响。灰色评价模型属于连续型预测方法,适用于边坡稳定性长期分析,并通过弱化序列随机性,能够发掘边坡系统的演化规律。但是灰色评价模型依赖的是“小样本”, “最少信息”,对于复杂的边坡系统,各因素间具有高度的非线性、关联性,这样就可能造成有用信息的丢失,导致失误的评价。在面对多种可能的解时,还需要不断补充信息,才能确定出满意解。 3.5基于智能技术的模型 该模型采用人工神经网络技术,神经网络的特色在于信息的分布式存储和并行协同处理,并具有良好的自适应性、自学习、自组织的能力,很强的容错特性和高度非线性动态处理能力等特点。 神经网络模型对给定的边坡训练样本(包括输入和输出数据)对其进行训练,从中确定输入数据与输出数据之间的关系,网络训练完成以后,通过联想记忆和推广能力来对新边坡的输入数据进行处理,完成对边坡稳定性评价。神经网络模型最大的优点在于其极强的非线性关系映射能力,它不需要知道变形与所求力学参数之间的关系,可以实现位移和所求力学参数之间的非线性映射,其计算过程简便。但是神经模型并不是万能的,它也有局限性,如在应用BP网络模型分析边坡稳定性的过程中,关于隐含层数和隐层中神元数目的选择还有待于进一步的研究。 3.6多模型混合 在目前边坡稳定性评价模型中,其评价预测结果还不尽如人意,目前还没有能被推荐为广泛应用的评价模型。现有模型的精度具有局部性,即模型往往只研究边坡系统某一个(或某几个)项目或某一段数据能够达到较高的预测水平,只研究若干侧面中某个侧面的一种映像。这种模型往往潜藏着不稳健性,单个模型会不适应边坡系统的细微变化而使稳定性预测误差急剧增大,这在边坡系统各种因素犬牙交错、复杂多变的情况下,往往造成稳定性分析得出错误结论的后果。 由于边坡系统在演化过程中,受许多可知的和未知的,随机的和确定的因素的作用,仅用单一模型揭示边坡的发展变化规律难免存在局限性。因此,本文不过分追求模型的高精度,用贝叶斯方法实现多模型的自动混合、自动选择,以取得模型的稳健性、实用性和可靠性。其中要解决的关键问题是构造模型的自动混合与自动选择机制和先验信念的形式化表达结构。贝叶斯分析的优点是其主观先验,难点也是主观先验,本文采用一种独特的全贝叶斯与部分贝叶斯分析相结合的方案。 4、常用的典型边坡稳定性分析方法 4.1极限平衡法 极限平衡法,是基于静力准则的模型,是目前工程上主要采用的方法。它是根据斜坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理即静力平衡原理分析斜坡各种破坏模式下的受力状态,以及斜坡体上的抗滑力和下滑力之间的关系来评价斜坡的稳定性。其基本原理是设结构的稳定安全系数为k,则当结构材料的抗剪参数(摩擦因数tan¢和粘结力c)降低k倍后,结构内某一最危险滑面上的滑体将濒于失稳的极限平衡状态。由于极限平衡法对滑坡的边界条件大大地进行了简化,而计算中选用的各种参数往往是确定的或线性变化的,因而需要对复杂现象进行简化处理。各种极限平衡方法所做的假设不同,对计算结果及精度亦有显著的影响。 4.1.1瑞典圆弧滑动法 孔隙水压力是边坡稳定性分析中需要考虑的一个重要因素。M iler 和 Hamilton 把孔隙水压力当作内力处理,研究了剪切变形的破坏模式下的边坡稳定性。尽管他们所采用的方法获得了正确的数值解,但是孔隙水压力导致系统内能耗散减少的物理意义值得商酌。