堆積體邊坡穩(wěn)定性研究探究現(xiàn)狀

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1、堆積體邊坡穩(wěn)定性研究探究現(xiàn)狀　　【摘要】我國西南地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，與此同時(shí)，正在興建和規(guī)劃當(dāng)中的大多數(shù)水利工程也正是在該地區(qū)，因此，水庫堆積體邊坡的滑動范圍和穩(wěn)定性成為移民選址、水庫安全和水利工程經(jīng)濟(jì)效益考慮的焦點(diǎn)之一。本文立足于西南水庫岸堆積體邊坡，從堆積體的成因類型、物質(zhì)組成、特征和失穩(wěn)形式入手，研究目前邊坡穩(wěn)定性的理論分析方法。【關(guān)鍵詞】堆積體；邊坡；穩(wěn)定性分析；研究現(xiàn)狀0.引言我國是一個(gè)地質(zhì)災(zāi)害十分頻繁的國家，尤其是我國西南地區(qū)，不僅地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量多，而且災(zāi)種全。其中崩塌、滑坡、泥石流等淺層表生地質(zhì)災(zāi)害異常突出

2、，分布有大量的由滑坡堆積、崩塌堆積、殘積層、冰潰堆積、坡積物等組成的松散堆積體斜坡[1]。與此同時(shí)，西南地區(qū)一系列大型乃至巨型正在建設(shè)或規(guī)劃中的水電站相繼開工建設(shè)，在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境和大規(guī)模工程活動、水庫蓄水及暴雨等復(fù)雜條件下，可能會有大量的水庫庫岸堆積體邊坡發(fā)生變形甚至失穩(wěn)破壞。9水庫庫岸堆積體邊坡失穩(wěn)的代價(jià)是巨大的。斜坡或邊坡作為一種人類不可回避的地學(xué)環(huán)境與工程形式，總是伴隨著人類的工程活動，人類為了安全始終關(guān)注著邊坡的穩(wěn)定性。一百多年來，人們對邊坡變形過程、失穩(wěn)形式、失穩(wěn)機(jī)制、穩(wěn)定評價(jià)及滑坡預(yù)測預(yù)報(bào)等進(jìn)行了廣泛的研

3、究，借助數(shù)學(xué)、力學(xué)和計(jì)算科學(xué)理論與方法，試圖對邊坡的穩(wěn)定、演化及滑坡的預(yù)測預(yù)報(bào)進(jìn)行研究，并應(yīng)用到工程實(shí)踐中。1.土坡穩(wěn)定性分析理論研究現(xiàn)狀1.1邊坡穩(wěn)定性分析現(xiàn)狀邊坡失穩(wěn)作為普遍存在的工程問題受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。對此課題的研究，國內(nèi)外都經(jīng)歷了從實(shí)踐積累到理論歸納，再實(shí)踐，再歸納，并逐步總結(jié)提高的過程。十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，隨著發(fā)達(dá)國家的大規(guī)模土木工程建設(shè)，大量邊坡工程問題、特別是滑坡問題隨之產(chǎn)生，并造成了很大損失，人們開始應(yīng)用材料力學(xué)和近代土力學(xué)的理論對邊坡問題進(jìn)行半經(jīng)驗(yàn)、半理論的研究。上世紀(jì)五十年代，我國學(xué)者引進(jìn)

4、了前蘇聯(lián)的工程地質(zhì)分析的體系，繼承和發(fā)展了地質(zhì)歷史分析法，著重研究邊坡的工程地質(zhì)背景和邊坡類型的劃分，以此進(jìn)行邊坡的工程地質(zhì)類比分析，在滑坡的分析和研究中取得了一定的成果。1.2邊坡穩(wěn)定研究方法現(xiàn)狀研究邊坡穩(wěn)定的方法主要有：“地質(zhì)歷史分析”方法、極限平衡法、概率分析法、極限分析法、數(shù)值計(jì)算分析方法、物理模擬法、非線性方法等?，F(xiàn)將主要邊坡穩(wěn)定性評價(jià)方法列述如下：9（1）“地質(zhì)歷史分析”方法：五十年代，我國許多工程地質(zhì)工作者在滑坡研究中采用了蘇聯(lián)的“地質(zhì)歷史分析”方法[4]，但該方法偏重于定性描述和分析。（2）極限平衡法

5、：極限平衡法是一種定量方法，也是工程中使用最多、最成熟的方法，其理論基礎(chǔ)為極限平衡理論。它通過分析在臨界破壞狀態(tài)下，土體外力與內(nèi)部強(qiáng)度所提供的抗力之間的平衡計(jì)算土體在自身和外荷作用下的穩(wěn)定程度。同時(shí)，根據(jù)假設(shè)不同而形成不同方法，具有不同的適用范圍。（3）極限分析法：巖土工程極限分析是典型的塑性極限分析問題。塑性極限分析對象包括塑性區(qū)Gussmnna.P提出了運(yùn)動單元法，以莫爾一庫侖巖土介質(zhì)為研究對象，采用離散技術(shù)與現(xiàn)代數(shù)值手段，通過運(yùn)動分析、靜力分析和求多變量目標(biāo)函數(shù)值的優(yōu)化分析，有效地分析了地基極限承載、擋土墻極限

6、土壓力及斜坡穩(wěn)定性問題。（4）數(shù)值計(jì)算分析方法：數(shù)值計(jì)算方法上，隨著計(jì)算機(jī)的普及和發(fā)展，出現(xiàn)了一批以彈性力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)為基礎(chǔ)的數(shù)值計(jì)算方法：FDM（有限差分法）、FEM（有限單元法）、DEM（離散單元法）、DDA（不連續(xù)變形分析）、FLAC（快速拉格朗日插值）、NNM（流形元方法）等。9（5）非確定性分析方法：該方法的評價(jià)基礎(chǔ)是工程地質(zhì)類比法、滑坡靜態(tài)規(guī)律的認(rèn)識以及預(yù)測科學(xué)的一般原理。隨著概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、信息理論、模糊數(shù)學(xué)等方法用于滑坡預(yù)測，目前已形成了多種預(yù)測模型。其預(yù)測成果可相互對比、檢驗(yàn)，使預(yù)測成果更具合理性

7、、科學(xué)性。目前常用的非確定性定量分析方法主要有以下幾種[7]：①經(jīng)驗(yàn)方法；②數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法；③信息模型法；④模糊數(shù)學(xué)評判法；⑤灰色系統(tǒng)方法；⑥模式識別方法；⑦非線性模型預(yù)測法；⑧人工智能法。其中，數(shù)值計(jì)算分析方法又可以分為如下幾種：①有限單元法（FEM）：該方法是目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)值分析方法。它能夠考慮滑坡體的非均質(zhì)性、不連續(xù)性等特征，考慮巖體的應(yīng)力應(yīng)變特征，避免將坡體視為剛體，能夠切實(shí)地以應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)樽兞糠治鲞吰碌淖冃纹茐臋C(jī)制，對了解滑坡的應(yīng)力分布、應(yīng)變發(fā)展很有利。其不足之處是：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作量大，而且原始數(shù)據(jù)易出錯(cuò)，

8、不能保證整個(gè)區(qū)域內(nèi)某些物理量的連續(xù)性；對解決無限性問題、應(yīng)力集中等問題精度較差。②邊界單元法（BEM）：該方法只需對已知區(qū)域的邊界進(jìn)行極限離散化，具有輸入數(shù)據(jù)少的特點(diǎn)。其計(jì)算精度較高，在處理無限域方面有明顯的優(yōu)勢。其不足之處為：一般邊界元法得到的線性方程組的關(guān)系矩陣是滿的不對稱矩陣，不能采用有限元中成熟的求解稀疏對稱矩陣的解法。另外，邊界元法在