岩土工程中的边坡稳定性分析方法

期刊: 建筑监督检测与造价 2024年第17期 DOI: PDF下载

梁海飞

广东省岩土勘测设计研究有限公司 广州市 510000

摘要

边坡是由岩体和土体组成的,其内部存在着一定的应力和应变,当外界条件发生改变时,应力和应变也会发生相应的变化,因此边坡就会产生不同程度的变形。在岩土工程中,边坡的稳定性分析是一个较为复杂的问题,涉及到岩体、土体的力学性质、边坡构造及形态、边坡地质结构等多方面因素。目前,国内外对边坡稳定性分析有多种方法。这些方法各有特点,适用条件也不同。本文对岩土工程中的边坡稳定性分析方法进行了分析。


关键词

岩土工程;边坡稳定性;分析方法

正文


边坡是工程地质勘察中的一个重要组成部分,边坡工程是以岩土介质为研究对象,通过各种人工和天然的人工填挖、堆积和加固等活动,从而达到稳定坡体、确保建筑物安全和正常使用目的的一种工程结构物。边坡工程通常涉及到边坡稳定性分析、边坡设计和施工等内容,其研究成果对工程建设具有重要的指导意义。由于边坡稳定性分析方法有多种,因此边坡稳定性分析方法研究具有一定的复杂性

一、极限平衡法

极限平衡法主要基于条分法并有所改进,相较于传统条分法具有一定优势。它能够对边坡破坏模式予以准确判断,进而确定边坡失稳类型。不过,该方法对坡体结构和地质条件要求较为严格,在复杂地质条件下的边坡稳定性分析应用中存在困难。极限平衡法主要通过剖析边坡破坏模式来确定滑面与抗滑力,以此计算边坡稳定性。其存在局限性,应用时易受多种因素干扰,诸如滑面形状、地质条件、坡体结构等。故而在实际应用时需依据具体情形开展计算分析。极限平衡法在具体应用过程中有如下问题:其一,分析时需借助简化模型计算,易致使结果产生较大偏差;其二,边坡稳定性评价标准不够清晰,难以判定边坡失稳状况;其三,计算过程存在误差。所以在实际应用过程中需结合具体情况加以改进:首先要合理设计滑面,其次需明确边坡破坏模式以及不同状态下的稳定性系数。在改进滑面设计方面,可综合运用地质勘察数据与数值模拟技术。例如,借助高精度的地质雷达探测坡体内部结构,获取更精准的地层信息,为滑面设计提供详细依据。同时,利用先进的数值模拟软件,如 FLAC3D,对不同滑面设计方案进行模拟分析,对比其稳定性系数及潜在破坏模式,从而筛选出最优滑面。在确定边坡破坏模式与稳定性系数时,应建立多因素评价体系,除考虑传统的力学参数外,还需纳入环境因素,如降雨入渗对坡体强度的弱化作用、地震作用下的动力响应等,以便更全面准确地评估边坡在不同工况下的稳定性状态,为工程决策提供可靠的技术支撑,有效降低边坡失稳风险,保障工程安全与周边环境稳定。

二、极限分析法

极限分析法的基本原理是依据机构中各点的运动轨迹来解析边坡的稳定问题。在极限分析法中,假定存在一个破坏机构,在此机构里,所有力均可转化为对某一特定目标所做的功。极限分析法能够全面且精准地剖析边坡在各类条件下的稳定状态,可对边坡稳定性进行定量评价。当前极限分析法主要应用于岩土工程领域,主要针对土质边坡开展稳定性分析与设计。伴随计算机技术的进步,极限分析法已开始与其他学科融合,例如利用有限元软件对边坡进行稳定性分析、运用现代传感技术对边坡进行变形监测以及借助大型结构物对边坡进行数值模拟。

三、强度折减法

强度折减法(Strength Reduction Method,简称 SRM)是以折减系数的形式达成边坡稳定性分析的。该方法将边坡整体视作不会发生塑性变形的刚体,在外部荷载作用下,使边坡内部土体应力重新分布,直至土体应力达到或超出屈服极限状态,此时土体便会发生塑性变形,最终致使边坡整体出现塑性变形。强度折减法是一种较为新颖的方法,传统有限元分析未考量土体的剪胀现象,这是导致边坡稳定性分析结果与实际情况差异较大的关键因素。基于此考量,对传统有限元分析予以改进,引入强度折减概念,在有限元分析中纳入剪胀效应的影响,从而提升边坡稳定性分析结果的精确性。通过对传统有限元分析的改进,能使有限元模型中剪切带的位置与强度折减系数之间的关联更为明晰,进而提高了强度折减理论在边坡稳定性分析中的应用价值。借助将传统有限元分析与强度折减理论相结合,可在边坡稳定性分析中考虑剪胀效应的影响。强度折减系数是利用某一折减系数来描述边坡变形与破坏状态的函数关系。依据不同的折减系数表达式能够得到不同形式的折减系数表达式。强度折减系数表达式包含两个主要参数:(1)折减系数;(2)安全系数。若折减系数相同,则表示破坏模式相同;若折减系数不同,则表示破坏模式不同;若安全系数相等,则表示两种破坏模式均存在。强度折减法可分为三种:一是线性强度折减法;二是二次折减法;三是三次折减法。

四、动力分析法

在岩土工程中,动力分析法主要依据动力学理论,采用振动手段对边坡稳定性展开分析。具体而言,是通过对边坡施加振动,进而分析边坡的振动速度与振动加速度,以此判别其是否稳定。振动速度反映了作用于坡体上的冲击力、坡体自身质量与振动速度以及振动加速度之间的关联,因此可通过确定坡体的动应力,进而推算出边坡是否稳定。动力分析法主要应用于地震或强震等动力作用下的边坡稳定性分析。对于地震作用下边坡稳定性分析方法的探究,主要基于地震作用下土体的非线性和波动理论展开。目前常用的动力分析方法有拟静力法、极限平衡法以及有限元法等。在实际工程中,应用最为广泛的动力分析方法是拟静力法。拟静力法是通过对岩土体进行加载或卸载后开展静力试验,随后计算出其安全系数。由于在进行加载试验时,边坡可能会呈现出各种不同的破坏形式,所以需要对其进行多次试验与计算。但在实际工程中,因受试验条件和设备等因素限制,难以获取多次加载试验的数据。因此目前在工程中应用较多的是极限平衡法和有限元法。在采用拟静力法进行边坡稳定性分析时,通常假定滑体不发生变形。而在实际工程中,滑体不仅要承受自身重量,还会受到地震及其他因素的影响。

五、结语  

边坡稳定性分析方法的研究对于保障岩土工程的安全至关重要。随着科技的进步和工程实践的需求,边坡稳定性分析方法将继续向着更加精确、高效和智能化的方向发展。未来的研究不仅需要关注分析方法本身的改进,还应考虑如何将这些方法更好地应用于实际工程中,以及如何结合现场监测数据进行动态分析和预警。

参考文献

[1]魏雁宾.岩土工程边坡勘察难点及技术优化[J].中国新技术新产品,2024,(02):110-112.

[2]黄吉之,刘栓,王振,.岩土工程勘查在地质工程边坡治理中的实践研究[J].世界有色金属,2024,(01):214-216.

[3]贺帅帅.岩土工程基坑边坡失稳加固技术的探讨[J].四川水泥,2023,(10):202-204.


...


阅读全文