西南石油大学本科生课程考试试卷姓名许正瑜学号0909010223 专业土木工程专业方向岩土工程学院土木工程与建筑学院任课教师张伯虎考试课程《岩土工程最新动态》考试时间2013.03考试方法论文提交考试成绩土木工程与建筑学院高边坡工程稳定性分析与检测许正瑜，0909010223（西南石油大学，土木工程与建筑学院，成都，610500）摘要：在高边坡工程地质问题中，通过传统对一般性边坡稳定性研究所取得的各项分析理论和工程经验，再结合新理论与计算机科学技术和创新性性思维对高边坡稳定性问题进行研究，并且在研究方法（数值模拟技术、模型实验方法）和高边坡的非线性动力学、控制变形、动力响应、检测方面取得了诸多创新性成果。

通过这些理论，成功完成了近几十年来许多具有世界性影响性的高边坡典型性大工程，也推动着我国在高边坡这领域不断前行以迎接更多挑战。

关键词：一般性边坡；高边坡；稳定性分析；高边坡检测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，同样也是建设工程中最为常见的工程形势之一，如露天开挖出水利水电工程斜坡、铁路公路修建时形成的路基边坡和路边边坡、房屋建筑周围边坡和基础施工中形成的基坑边坡。

然而，绝大多数的边坡在多种因素的影响下却是不稳定的，比如在岩土的性质、岩层的构造与结构、水文地质条件、地貌因数、风化作用、地震等因素的影响下，边坡往往会以滑坡、滑塌、崩塌、沉陷、剥落、泥石流等破坏形式（如表1）【1】对人们的生命生活财产造成严重的损失，甚至是毁灭行的灾难。

随着经济的发展和人们对边坡的重视程度不断提高，边坡工程研究理论建立在土力学和岩石力学的基础上便应允而生且不断取得理论成果，同时在科技和机械的发展前提下，边坡工程施工技术也向多元化、经济化、实用化方向发展。

此工程主旨在通过工程技术手段对各种边坡进行人为干预，从而提高边坡整体稳定性。

（如图1，图2）表1岩质边坡破坏形式图1边坡图示图2边坡工程加固图示边坡工程的发展可以说既是在人们工程事例中不断探索，也伴随着科技和科学水平的发展而发展。

在二战前后，传统边坡问题只属于土力学研究范畴，边坡稳定性分析方法主要借鉴土力学的研究成果，如20世纪初出现的圆弧滑动法和Bishop条分法，主要建立在刚塑行模型基础上的古典法，然而现代土力学致力于土力学真实破坏过程的理论研究。

20世纪60年代，随着各大型工程的建设，促使人们对岩石力学稳定性进行研究，人们也认识到边坡稳定行分析的重要性，便形成了60年代刚体极限平衡法以及结构面力学特性对岩体滑动的影响研究。

20世纪80年代后，随着计算机的发展，各种数值计算方法被广泛应用到边坡研究中，从而出现了半定量分析阶段。

在90年代，边坡研究随着各种理论的结合进入现代边坡工程学阶段，这些理论如：工程地质学、现代岩体力学、现代数学、系统工程学、现代概论、模糊数学、突变理论、分形理论等等理论。

总而言之，边坡工程的发展可表述为五个阶段，借助古典土力学的稳定性分析阶段、50年代偏重于稳定性技术与分析的地质历史分析阶段、60年代考虑时效过程的稳定性分析阶段、80年代后期以数值模拟型实验为主的半定量分析阶段和90年代以后的现代边坡工程学阶段【2】。

岩土高陡边坡（如图3，图4）稳定性问题是我们现在岩土工程四大热门研究焦点（区域性稳定性问题与岩土体动力稳定性问题、高陡边坡与滑坡问题、深埋长隧洞问题、人地协调发展与生态环境建设【3】）中较为突出的热点。

20世纪80年代以来，随着我们经济地快速发展，从各方面极强烈的刺激了我们资源和能源的开发和利用，相应的交通系统、城市建设工程、构筑物工程的需求级别也越发严格，且作为一个正处在发展中国家的中国，大型工程数量越发更多，规模越大，比如：举世闻名的三峡工程以及各种大型水利水电工程、西南山区交通铁路公路工程、地下空间工程等等，边坡小则百余米，高则上千米。

在这样的条件下，加上我国独特的地形地貌地质条件，为了满足各大工程的关键工程技术问题需要，人们不得不对岩石高陡边坡稳定性加强研究，所以它成为一门热门的工程地质研究课题必然趋势。

高陡边坡的重要性在工程建设中体现的凌厉精致，这和它的作用精密相关。

在大型工程建设中，高陡边坡不但归属于工程建设环境的一部分，因为在工程建设期间，不得不对工程周围复杂环境如山坡、峡谷、河流等地形进行人为的技术干预，迫使环境成为一个不稳定性岩体，而高边坡技术就是对其施工，使其出于稳定安全状态。

而且高边坡通常也会起到工程施工气到承载荷载和搭接设施的作用。

由此看来，高边坡不但是一门热点理论，同样也是工程地质问题和施工技术中的难点课题。

图3高边坡图例图4高边坡工程图例2 一般边坡稳定性分析2.1边坡稳定性分析理论方法（1）边坡稳定性历史成因分析方法边坡的稳定性成因分析方法既是研究边坡的形成历史情况和边坡所处的自然地质环境、变形破坏环境、边坡物质组成，和影响边坡稳定性的各因素与关系，从而对边坡的演变阶段和稳定性状况进行分析和评价。

黄润秋系统总结分析了20世纪以来中国的大型滑坡及其发生机理【4】，认为中国大陆大型滑坡发育的根本原因之一是具有复杂的地形地貌特征：中国的大型滑坡绝大多数发生在环青藏高原东侧大陆地形第一个坡降带范围和二级台地上。

他指出，中国的大型滑坡通常具有复杂的生成机制，并把中国大型滑坡发生的岩土介质划分为三种主要类型，即岩质滑坡、土层滑坡和松散堆积层滑坡。

大型滑坡的发生是一个复杂的地质—力学过程，或者说是一个实效过程。

这个过程的发生是以滑动面的贯穿过程为主线的，滑动面的形成及贯穿往往具有累进性破坏的特征。

（2）大型滑坡发生的地质—力学模式包括以下的典型类型：即滑移--拉剪--剪断“三段式”模式、“挡墙溃决”模式，近水平岩层的“平推式”模式、反倾岩层大规模倾倒变形模式、顺倾岩层的蠕滑--剪断模式等。

每一类模式都具有其对应的岩体结构条件和特定的变形破坏演变过程。

实践结果表明，查明边坡变形破坏的地质力学模式是滑坡地质灾害防治的基础。

（3）大型岩质滑坡的发生一般都伴随有滑动面上“锁固段”的突发脆性破坏。

锁固段在岩质边坡的变形控制盒稳定性机制中具有重要的地位，也是边坡地质灾害评价与控制的关键。

（2）边坡稳定性数值方法目前对边坡稳定性分析已从单一方法走向多种方法相互对比、验证的评价阶段，例如，利用极限平衡方法和有限元的强度折减法相结合的评价方法;同时，还可以结合其他方法进行综合评价，以追求分析结合的客观、可靠。

另一个进展趋势是，计算方法逐步拓展到三维空间，如朱大勇、郑宏分别与他们的协作者从各自角度通过对滑面正应力进行修正后，建立满足6个平衡方程的安全系数显示表达式，大大地推动了三维边坡极限平衡理论发展，在国际上已产生较大的影响。

同时二人分别将上述方法应用到工程实践中并取得良好的效果。

冯夏庭基于上述的多种智能方法，并结合数值分析和工程地质的综合分析，逐渐建立了水电工程高陡边坡和大型滑坡群的岩体力学参数反演方法、稳定性的时空预测和动态反馈分析智能方法，加固措施优化方法以及这些方法的综合集成智能方法，分别成功地进行了龙滩水电站左岸高坡、糯扎渡水电站坝址高边坡和福建八尺门滑坡群的稳定性分析和控制措施优化，完成了原岩应力场的识别、泥板岩体蠕变参数的智能反演、开挖期与长期稳定性智能分析，建立了基于三维地层信息、施工信息、检测信息管理以及边坡安全性评价的综合集成智能系统【5】。

建立了基于设计安全系数及破坏模式的边坡水电工程高边坡开挖过程的动态变形检测预警方法和稳定性的智能动态方法与设计优化方法，并对糯扎渡水电站坝址高边坡开挖期和长期稳定性的智能分析、消力塘边坡的预警与动态设计优化，确保该边坡的稳定施工。

3DslopeGIS是集数据获取、三维建模、分析研究、预测预警、模拟仿真、工程应对措施于一体的边坡稳定性评价系统，它融合传统实用的极限平衡法则和信息技术，走在了边路三维稳定性评价发展的前沿，为工程建设提供一个可操作的、强有力的科学技术支撑。

谢谟文、蔡美峰提出了“信息边坡工程学的”概念，在他们的著作《信息边坡工程学得理论与实践》中，讲最新的GIS等信息技术与边坡稳定性分析的力学方法相结合，将传统的力学分析方法向先信息化、可视化及时空四维化转换，形成了一个新兴的研究领域--信息边坡工程学。

3DSlopGIS已经成功应用于国内外数十项相关岩土工程，取得了大量的应用成果【6】。

（3）边坡模型的试验方法边坡模型试验研究方面，张嘎等提出一种确定离心模型试验过程中边坡的应力场和位移场及其变化过程的方法，并将物理测量和数值模拟相结合，采用离心场非接触位移测量技术测量出边坡的位移场，再通过数值模拟和反演分析等途径算出边坡的应力场。

该方法已成功用于多个边坡离心模型试验中的应力位移场的确定，表明了该方法可以较好地得出离心模型实验过程中边坡的应力和位移场。

徐嘉谟提出了一种模拟在自重体积力作用条件下的光弹性软材料小模型物理模拟方法。

引入激光（或白光）散斑法施测微小位移（可小到几十微米）矢量场的技术，可以使模型更加小型化（高度可降至10cm左右）。

采用竖直铸成的无初始应变能、“记忆”固化压力的模板制作的小模型模拟方法，模拟露天开挖引起的位移场，可以避免高坡段和坑外地面上升的现象出现。

这种实验方法，无论在岩石力学原理上，还是在物理模拟的理论和技术上，都具有原创性。

2.2 边坡稳定性分析规范计算方法【1】（1）下列建筑边坡应进行稳定性评价①选作建筑场地的自然斜坡②由于开挖或填筑形成并需要进行稳定性验算的边坡③施工期出现不利工况的边坡④使用条件发生变化的边坡综上所述，边坡稳定性评价应在充分查明工程地质条件基础上，根据边坡岩土类型和结构，综合采用工程地质类比法和刚体极限平衡计算法进行。

同时，在进行计算之前，应该根据边坡水文地质、工程地质、岩体结构特征以及已经出现的额变形破环迹象，对边坡的可能破坏形式和边坡稳定性状态做出定性判断，确定边坡破坏的边界范围、边坡破坏的地质模型，对边坡破坏趋势做出判断。

（2）边坡稳定性计算方法，根据边坡类型可按下列原则确定：①土质边坡和较大规模的破碎结构岩质边坡易采用圆弧滑动法计算；②对可能产生平面滑动的边坡宜采用平面滑动法计算；③对可能产生折现滑动的边坡宜采用折线滑动法计算；④对结构复杂的岩质边坡，可配合采用赤平极射投影法和实体比例投影法计算；⑤对边坡破坏机制复杂时，宜结合数值分析法分析；（3）圆弧滑动法中，边坡稳定性系数计算方法（4）平面滑动法中，边坡稳定性系数计算：（5）折线滑动法中，边坡稳定性系数计算：如果存在多个滑动面的边坡，应分别对各种可能的滑动面组合进行稳定性计算分析，并取最小稳定性系数作为边坡稳定性系数。

对多级滑动面的边坡，应分别对各级滑动面进行稳定性计算分析。