【正文】 目前工程上最為常用的條分法。 邊坡穩(wěn)定性分析方法的發(fā)展現(xiàn)狀 ]1[ ]2[ ]3[ 邊坡穩(wěn)定性研究的基礎(chǔ)理論是建立在土力學(xué)和巖石力學(xué)之上的，所以土力學(xué)和巖石力學(xué)的成就與發(fā)展決定了對邊坡研究的完善程度。 在邊坡穩(wěn)定極限分析方法方面自瑞典條分法以來，邊坡穩(wěn)定性分析已經(jīng)獲得了長足發(fā)展。雖然國內(nèi)外在此領(lǐng)域的研究取得了較大的成就，但還需進(jìn)一步進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析實(shí)驗(yàn)研究，完善確定性分析方法特別是復(fù)合法，大力發(fā)展邊坡穩(wěn)定性分析的隨機(jī)方法和模糊方法。一般研究邊坡系統(tǒng)的失穩(wěn)總是從邊坡受力的角度研究 ，但如果轉(zhuǎn)化思維，可以從邊坡系統(tǒng)的變形分析出發(fā)，尋求邊坡的變形失穩(wěn)判據(jù)并進(jìn)行穩(wěn)定性評價(jià) ；六、 由于影響邊坡系統(tǒng)各因素的復(fù)雜性，不確定性等，依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)，形成集成式智能評價(jià)系統(tǒng)也將成為未來的發(fā)展趨勢。由于邊坡工程的穩(wěn)定性分析與設(shè)計(jì)具有可變性、不確定性、沒有原型和數(shù)據(jù)有限等特點(diǎn)以及地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性和時(shí)空動態(tài)性，所以邊坡穩(wěn)定性分析的主要目的應(yīng)該是“理解機(jī)制”，而并非精確的定量計(jì)算。常用的措施有：一、 開挖和壓腳 : 上部開挖，下部壓腳 ；二、 地面排水 : 水溝網(wǎng) ；三、 地下排水 : 排水孔、排水 墊層等 ；四、坡面支護(hù) : 干砌石、漿砌石、植被、剛性框格等 ；五、 深層加固 : 土錨索 (桿 )等。在 20世紀(jì) 60年代以前，土體的加固主要依賴于外部加固。 纖維束導(dǎo)滲排水孔是針對傳統(tǒng)排水孔存在著的泥砂堵孔問題 ,是根據(jù)水可以沿著纖維與土和細(xì)砂之間的界面滲出的思想而設(shè)計(jì)的 ； 預(yù)應(yīng)力錨梁則是為解決預(yù)應(yīng)力錨桿和預(yù)應(yīng)力錨索等所存在問題 (例如 ,對某些情況來說 ,錨桿或錨索的加固范圍太小、難以根據(jù)地質(zhì)條件的不同而調(diào)整錨固力等 )為目標(biāo)而發(fā)展的 ； 層狀網(wǎng)式鋼筋石籠擋墻不僅能保持傳統(tǒng)石籠擋墻所具有的就地取材、加固經(jīng)費(fèi)低等優(yōu)點(diǎn) ,而且還能解決因籠間連結(jié)力低而導(dǎo)致對邊坡加固 效果不理想等問題 ； 預(yù)應(yīng)力抗滑樁是在傳統(tǒng)抗滑樁基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù) ,其設(shè)計(jì)思路是為了達(dá)到增加抗滑能力的目的而利用預(yù)應(yīng)力柱來重點(diǎn)加固滑動面分布段 。錨拉式、內(nèi)撐式和懸臂式等擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)，均以擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)承受其后的側(cè)壓力，以防止土體整體穩(wěn)定性破壞，屬于被動制約機(jī)制。 邊坡治理是一項(xiàng)技術(shù)復(fù)雜、施工困難的災(zāi)害防治工程?？梢灶A(yù)見，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，邊坡處治技術(shù)將得到進(jìn)一步的發(fā)展，并逐步走向完善 。最后通過具體的邊坡工程地質(zhì)條件，結(jié)合各種邊坡穩(wěn)定性分析與防護(hù)加固方法，因地制宜，對該工程的某些邊坡進(jìn)行了綜合分析，采取各 種防護(hù)加固措施，并對各種防護(hù)加固方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益性和適用可靠性評價(jià)。同向緩傾的巖質(zhì)邊坡 (結(jié)構(gòu)面傾向和邊坡坡面傾向一致，傾角小于坡角 )的穩(wěn)定性比反向傾斜的差，這種情況最易產(chǎn)生順層滑坡。 的邊坡，除沿軟弱夾層可能產(chǎn)生塑性流動外，一般是穩(wěn)定的；大于 25176。同向陡傾層狀結(jié)構(gòu)的邊坡，一般穩(wěn)定性較好，但由薄層或軟硬巖互層的巖石組成，則可能因蠕變而產(chǎn)生撓曲彎折或傾倒。而在淤泥或淤泥質(zhì)軟土地段，由于淤泥的塑性流動，幾乎難以開挖渠道，邊坡隨挖隨塌，難以成形。在碎屑巖及松散土層地區(qū)，則產(chǎn)生碎屑流或泥石流等。 不同結(jié)構(gòu)類型的邊坡，有其自身特有的水動力模型。 由于裂隙水活動的不規(guī)律性，巖體中的地下水位通常不是圓滑的曲線。如作用在巖塊底部滑面上的靜水壓力，有時(shí)可使覆巖塊隆脹 (靜水壓力等于上覆巖塊重 )，而使邊坡穩(wěn)定嚴(yán)重惡化。 ⑶ 動水壓力 動水壓力的方向和水流方向平行，在近似計(jì)算中，多假定與地下水面或滑面平行，如果動水壓力方向和滑體滑動方向不一致，則應(yīng)分解為垂直和平行于滑面的兩個(gè)分量參與穩(wěn)定計(jì)算。 ⑴ 累積效應(yīng) 邊坡中由地震引起的附加力 S的大小，通常以邊坡變形體的重量 W與地震振動系數(shù) k之積表示 (S=kW)。 ⑵ 觸發(fā) (誘發(fā) )效應(yīng) 觸發(fā)效應(yīng)可有多種表現(xiàn)形式。 碎裂狀或碎塊狀邊坡，強(qiáng)烈的震動 (包括人工爆破 )甚至可使之整體潰散，發(fā)展為滑塌式滑坡。巖崩一般發(fā)生在邊坡過陡的巖坡中，這時(shí)大塊的巖體與巖坡分離而向前傾倒，或者坡頂巖體因某種原因脫落而在坡腳下堆積，它經(jīng)常產(chǎn)生于坡頂裂隙發(fā)育的地方。在碎屑巖及松散土層地區(qū)，則產(chǎn)生碎屑流或泥石流等。 3 邊坡穩(wěn)定性的計(jì)算分析方法 邊坡穩(wěn)定性的數(shù)值計(jì)算分析 ]5[ ]6[ 目前最常見的數(shù)值分析方法有 :差分法、有限元法、邊界元法及各種耦合方法。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、固體力學(xué)非線性理論與求解技術(shù)的不斷發(fā)展，采用有限元法可迅速有效地求解巖體結(jié)構(gòu)面的應(yīng)力、變形，并可根據(jù)相應(yīng)屈服準(zhǔn)則確定巖體的破壞區(qū)域。 數(shù)值分析方法有兩種發(fā)展趨勢：一、是有限元的發(fā)展，從平面有限元到三維有限元，從彈性有限元到彈塑性有限元，使有限元分析結(jié)果更能反映實(shí)際邊坡；二、是大量新型數(shù)值計(jì)算方法的應(yīng)用，如邊界元法、離散元法、拉格朗日元法等，這些數(shù)值方法的應(yīng)用必將促進(jìn)地下工程和巖溶地基穩(wěn)定性分析研究的發(fā)展。 有限元法的應(yīng)用步驟： ⑴ 將土坡劃分成許多單元體，用有限元法可以計(jì)算出每個(gè)單元的應(yīng)力、應(yīng)變和每個(gè)結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)力和位移； ⑵ 土坡的應(yīng)力計(jì)算出來以后，再引入圓弧滑動面的概念?，F(xiàn)在很多程序可以進(jìn)行此類分析。 ⑶ 采用第一種方法分析后，然后按照傳統(tǒng)的極限平衡法，搜索滑移面，找出最小安全系數(shù)。 邊坡穩(wěn)定性的離散元分析 ]5[ ]6[ 離散元法（ DEM）是由 Cundall（ 1971年）首先提出的。 基于非連續(xù)介質(zhì)模型的離散元方法在描述巖體這樣的具有明顯各向異性且力場受控于節(jié)理走向的介質(zhì)時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢。 邊坡穩(wěn)定性的極限平衡分析 ]5[ ]6[ 以極限平衡理論為基礎(chǔ)的邊坡穩(wěn)定分析方法大體上經(jīng)歷了兩個(gè)發(fā)展階段。 極限平衡法在工程中應(yīng)用最為廣泛，這個(gè)方法以摩爾 — 庫侖抗剪強(qiáng)度理論為基礎(chǔ)，將滑坡體劃分為若干條塊，建立作用在這些條塊上的力的平衡方程式，求解安全系數(shù)。該方法的關(guān)鍵在于對滑體的范圍和滑面的某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 11 形態(tài)進(jìn)行分析，正確地選用滑面計(jì)算參數(shù)，正確地分析滑體的各種荷載。因此它不但要求底滑面上作用力平衡，同時(shí)相鄰滑塊之間的相對滑動面上也要作用力平衡。剛體極限平衡分析的條分法計(jì)算思路是：假定滑坡體和滑面以下土體均為不變形的剛體，滑 面為不連續(xù)面。 Wi=γ ibihi，γ i、 bi、 hi分別為土條 i的重度、寬度和高度，為已知量； ⑵ 土條底面上的法向反力 Ni和切向反力 Ti。對坡肩土條的右側(cè)面和坡腳土條的左側(cè)面中土條 n作用力為 0或?yàn)橐阎耐饬?，因此共有?n1） 2=2n2個(gè)未知數(shù)； ⑷ 土條間切向作用力 Xi。 由以上分析可知， n個(gè)土條在靜力平衡條件下共有 4n2個(gè)未知數(shù)。需要增加方程個(gè)數(shù)或減少未知數(shù)個(gè)數(shù)，問題才 可解。 有限元法來分析土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性，可以得到邊坡的變形特性和破壞區(qū)域。同時(shí)，有限元法可以更客觀地反映滲流以及 支擋結(jié)構(gòu)與坡體的相互作用，并能揭示坡體的變形特性，這是有限元法獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 1979至 1981年，作者赴加拿大 Alberta大學(xué)進(jìn)修，在 Morgenstern教授的指導(dǎo)下，對邊坡穩(wěn)定分析的 Morgenstern?Price法作出了改進(jìn)，并編制了相應(yīng)的程序。 1984至 1995年，作者在推廣使用 STAB程序的過程中，將其改造成微機(jī) DOS版，并命名為 STAB95。 二、程序的主要功能 本程序主要用于土質(zhì)邊坡 和土石壩邊坡的穩(wěn)定分析。包括瑞典法、畢肖普法、陸軍工程師團(tuán)法、羅厄法等； ⑵ 嚴(yán)格法。對任意形狀滑裂面，納入了應(yīng)用隨機(jī)搜索方法求解極值的加強(qiáng)功能?；衙骓敳靠筛鶕?jù)用戶要求設(shè)拉裂縫。 孔 隙水壓力 程序提供以下三種孔隙水壓力的處理功能： ⑴ 假定等勢線垂直，程序自動根據(jù)浸潤線的高程確定滑面上的孔壓； ⑵ 對一種土層提供一種孔隙水壓力系數(shù)； ⑶ 孔隙水壓力以網(wǎng)格形式輸入，程序通過內(nèi)插找到滑面上的孔壓?？梢园匆筝斎雺?、土接觸面的摩擦角和 作用點(diǎn)位置。事實(shí)上，由于數(shù)值收斂困難、合理的變形模式難以確定 等眾多問題都未能得到很好的解決，這類方法很難在實(shí)際中得到運(yùn)用。并且在中國水利水電科學(xué)研究院巖基室研究人員的共同努 力下，得到了完善和推廣。程序通過優(yōu)化計(jì)算獲得臨界滑裂面和相應(yīng)的傾角。這一功能在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析中屬推薦的常規(guī)方法。對滑裂面形狀的處理方式與 STAB程序相同。在計(jì)算時(shí)，程序?qū)⒆詣拥貙蓚€(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的土 (巖 )體 (或稱塊 )細(xì)分成若干條。這一功能通常就用于土質(zhì)邊坡。孔隙水壓力根據(jù)浸潤線的位置按簡化原則確定，假定流場的等勢線鉛直或通過輸入一個(gè)孔隙水壓力系數(shù) ru確定。 ③ 表面集中和分布荷載。這個(gè)方法可以計(jì)算邊坡破壞時(shí)錨索的內(nèi)能消耗， 比較合理地考慮了錨索對增加邊坡穩(wěn)定性的作用。為了保證在優(yōu)化計(jì)算中，拉裂縫的高度不變，最后一個(gè)控制點(diǎn)的移動方向宜設(shè)為與坡面大致平行。該軟件同時(shí)引起其他行業(yè)，尤其是水利、港工等行業(yè)的關(guān)注，在使用中迫切希望補(bǔ)充完善相關(guān)內(nèi)容。 其他荷載的作用： 某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 18 施加水平垂直或任意方向的作用力，真實(shí)反應(yīng)水壓力及其他荷載的作用；自動計(jì)算地震荷載。 計(jì)算剩余下滑力： 自動搜索最危險(xiǎn)滑動面形狀；指定安全系數(shù)，反推 C、ф參數(shù)值。 1輸入輸出： 操作簡單直觀，輸入動態(tài)指示；計(jì)算簡圖與計(jì)算書，左右對照相得益彰；安全系數(shù)彩色云圖及其它可視化計(jì)算結(jié)果。隨著構(gòu)形的不斷變化，不斷更新坐標(biāo)，允許介質(zhì)有較大的變形。假定結(jié)點(diǎn)上集中有連接該結(jié)點(diǎn)的質(zhì)量，于 是，在失穩(wěn)力的作用下，根據(jù)牛頓定律，結(jié)點(diǎn)就要產(chǎn)生加速度，進(jìn)而可以在一個(gè)時(shí)步中求得速度和位移的增量。 從 FLAC 3D進(jìn)行實(shí)際工程分析計(jì)算過程可看出，生成網(wǎng)格、確定邊界條件、賦予材料的物理力學(xué)參數(shù)及計(jì)算是在 FLAC 3D中進(jìn)行的。 FLAC3D程序還提供了結(jié)構(gòu)元素 (例如錨桿、錨索、樁等 ) 來模擬邊坡加固 , 可以很方便地評價(jià)支護(hù)效果。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析 、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。其中解析方法主要有平衡法、能量法和動力法，而近似方法有瑞利 里茲法、伽遼金法、有限差分法、有限積分法以及有限單元法。對于發(fā)生平衡分枝失穩(wěn)的理想結(jié)構(gòu)在不考慮幾何非 線性和材料非線性的情況下，可以在 ANSYS 中進(jìn)行特征值屈曲分析，通過提取特征值的方法來確定發(fā)生各分枝失穩(wěn)時(shí)的臨界荷載，通過擴(kuò)展屈曲模態(tài)來獲得結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時(shí)各處相對位移的大??；對于發(fā)生極值點(diǎn)失穩(wěn)的實(shí)際結(jié)構(gòu)，需要預(yù)先引入一個(gè)初始擾動，一般采用 NEWTON RAPHSON 迭代法進(jìn)行靜力分析即可追蹤求得極值點(diǎn)荷載。設(shè)計(jì)壩頂長 200m，總庫容 2770 萬 m179。 該邊坡平面圖及穩(wěn)定性分析計(jì)算斷面地質(zhì)剖面圖見附錄圖 1 和圖 2。層厚 ～ ，場地部分地段有某水庫邊坡穩(wěn)定性分析與加固治理 21 分布。層厚 ～ ，整個(gè)場地均段有分布。層厚 ～，場地部分地段有分布。 軟件在邊坡工程中的穩(wěn)定性分析 計(jì)算成果分析 根據(jù)工程地質(zhì)剖面圖、各土層 的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)、地下水位線、地震烈度等參數(shù)利用計(jì)算軟件應(yīng)用不同的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算分析方法計(jì)算出最小安全系數(shù)及搜索出其對應(yīng)的最危險(xiǎn)滑裂面。由于最小安全系數(shù)小于 1，所以邊坡可能處于不穩(wěn)定狀態(tài)。由于該邊坡已產(chǎn)生明顯的變形破壞，坡體內(nèi)形成的裂縫是地下水補(bǔ)排的主要通道，地下水長期滲（徑）流也導(dǎo)致周圍土體強(qiáng)度降低，同時(shí)也加大了邊坡土體的重量，這是引起邊坡變形的主要 外部因素。 支擋（擋墻、抗滑樁等）是邊坡處治的基本措施。⑴ 注漿加固 。 當(dāng)邊坡坡體破碎，或邊坡地層軟弱時(shí)，可打入一定數(shù)量的錨桿，對邊坡進(jìn)行加固。土釘加固邊坡的機(jī)理類似于群錨的作用。目前，在高邊坡的加固工程中，正逐漸發(fā)展成為一種趨勢，被越來越多的人接受 ；⑸ 土工布加固。 ⑴ 植物防護(hù) 。砌體封閉防護(hù)包括漿砌片石、漿砌塊石、漿砌條石、漿砌預(yù)制塊、漿砌混凝土空心磚等 ；② 噴射素混凝土防護(hù) 。⑴ 截水溝 。 擋土墻設(shè)計(jì) 應(yīng)用理正巖土 軟件中的擋土墻設(shè)計(jì)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，如下所示（設(shè)計(jì)中的參數(shù)設(shè)置及設(shè)計(jì)后的驗(yàn)算祥見附錄，數(shù)據(jù)文件 ） 墻身尺寸 : 墻身高 : (m) 墻頂寬 : (m) 面坡傾斜坡度 : 1: 背坡傾斜坡度 : 1: 墻底傾斜坡率 : :1 邊坡采用擋土墻支護(hù)后的地質(zhì)剖面圖見附錄圖 5。 設(shè)置水平疏干孔，疏導(dǎo)出坡內(nèi)地下水，減少地下水對邊坡穩(wěn)定性的不利 影響； 坡面上栽種樹木、植被、草皮等植物，通過植物根系發(fā)育，起到固土，防止水土流失的一種防護(hù)措施。由于場地內(nèi)存在膨脹土，基礎(chǔ)開挖應(yīng)盡量避免暴曬或浸泡，基坑（槽）開挖面應(yīng)及時(shí)簽證驗(yàn)收，及時(shí)進(jìn)行澆筑封