滑坡稳定性评价方法评述

长江大学学报（自然科学版）　２００９年１２月第６卷第４期：理工　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔ　Ｓｃｉ　Ｅｄｉｔ）Ｄｅｃ．２００９。Ｖｏ１．６　Ｎｏ．４：Ｓｃｉ＆Ｅｎｇ　滑坡稳定性评价方法评述　连金芳　（长江大学城市建设学院，湖北荆州４３４０２３）　［摘要］滑坡稳定性评价是在对地质体充分认识的基础上，通过对滑坡作用机理进行研究，从而得出的综合　评价结果。在滑坡或建筑物的地基以及地下洞室等岩土体的设计中，稳定性的分析、计算和评估是极其重　要的，是控制设计的条件。论述了现有稳定性分析方法的优缺点及其适用范围，为滑坡的防治提供依据。　［关键词］滑坡；稳定性；评价方法　［中图分类号］ＴＵ４１３．６２　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１６７３—１４０９（２００９）０４一Ｎ３０５一ｏ２　随着社会经济的不断发展，滑坡作为一种地质灾害，其严重的危害性已经给人类的生活造成了极大　的影响。由于滑坡发生的地质条件相当复杂，影响因素多且具有不确定性，对其失稳机制、分析的方法　以及评判准则等方面存在许多值得研究的地方。滑坡稳定性研究的主要内容是确定地质模型和物理破坏　模式以后，给出合理的数学模型，进行滑坡稳定性计算，得出综合评价结果，从而评价目前滑坡稳定状　态和可能的变形发展趋势。对滑坡稳定性进行评价的方法分为确定性分析方法和不确定性分析方法，笔　者就２类方法的具体类型进行评述。　１　确定性分析方法　按照计算方法的基础理论的不同，确定性分析方法分为极限平衡分析法和弹塑性理论法。　１．１极限平衡分析法　该方法把岩体看作近似的刚性材料，根据斜坡上的滑体或滑块的力学平衡原理（即静力平衡原理），　分析边坡各种破坏模式下的受力状态，以及边坡上的抗滑力与下滑力之间的关系来评价边坡的稳定性。　首先需要通过详细的工程地质调查确定可能的滑动面位置和形态，并确定可能的滑动面的强度参数和计　算参数，然后确定最小的稳定系数，并与规定的安全系数进行比较，以此来评价滑坡的稳定性［】］。但该　方法对于复杂的边坡情况（如考虑土体非均质及各向异性等），不能反映边坡的破坏机制，不能描述边　坡屈服的产生、发展过程，也不能提供坡体内应力一应变的分布情况。　１．２弹塑性理论法　弹塑性理论法主要包括塑性极限平衡法和数值分析法。　１）塑性极限平衡法该方法适用于土质斜坡，假定土体为均质、各向同性、连续的线弹性体，按　Ｍｏｈｒ—Ｃｏｕｌｏｍｂ屈服准则确定稳定系数［１］。虽然能够考虑材料的物理非线性问题，但从几何角度来看，该　方法仍然运用小变形近似理论进行分析，对具有大变形特点的斜坡稳定性进行分析时会产生较大的误差。　２）数值分析法该方法利用计算机技术，采用全面满足静力许可、应变相容和材料本构关系求边　坡的应力分布和变形情况，研究岩体中应力和应变的变化过程，求得各点上的局部稳定性系数，由此判　断边坡的稳定性［２］。它的优点是不受边坡几何形状不规则和材料不均匀的限制，可用于连续介质和不连　续介质。在求出单元体的力的平衡时，考虑单元体的变形协调，同时还考虑岩土体的破坏准则，从而使　得计算结果更加精确合理［３］。该方法主要分为如下几种：①有限单元法。该方法可以处理复杂的边界条　件及材料的非均匀性和各向异性，还可以有效地模拟材料的非线性应力应变关系，得到应力场、位移场　和滑坡可能的破坏部位Ｌ４］。其优点是能部分的考虑岩土体的非均质不连续介质特征，考虑了岩体的应力　应变特征，因而避免了将滑坡体视为刚体或过于简化边界条件的缺点，能够更实际地从应力应变方面分　［收稿日期］２００９—０９—０１　［作者简介］连金芳（１９８３一），男，２００８年大学毕业，硕士生，现主要从事防灾减灾及防护工程方面的研究工作。　长江大学学报（自然科学版）　２００９年１２月　析滑坡地变形破坏机制。②边界单元法。该方法只需对已知区的边界极限离散化，具有输入数据少的特　点　。其不足之处为，一般边界单元法得到的线性方程组的关系矩阵是满的不对称矩阵，不便应用有限　元中成熟的对稀疏对称矩阵的系列解法。③离散元法。该方法基本上属于一种动态分析的方法，但也不　排除静态分析，考虑块体受力后的运动状态，以及由此导致受力状态及系统的变形（块体运动）随时间　的变化｝模拟边坡失稳的全过程＿６］。该方法利用中心差分法解析动态松弛求解，不需要求解大型矩阵，　其基本特征是允许各离散块体发生平动、转动甚至分离，弥补了有限元法的介质连续和小变形的限制。　其缺点是计算时步需要很小，阻尼系数难以确定等。④快速拉格朗日分析法。根据有限差分法的原理，　该方法较能很好地考虑岩土体的不连续性和大变形特性，求解速度较快。其缺点是计算边界、单元网格　的划分带有很大的随意性。　２不确定性分析方法　以极限平衡法为基础，通过引入稳定性计算参数的分布概率求得稳定系数的概率，从而判断滑坡的　稳定性。　２．１可靠性分析法　该方法基于对边坡岩土体性质、荷载、工程地质条件、计算模型等的不确定性认识，通过现场调　查，获取影响边坡稳定性因素的多个样本，然后进行统计分析，求出其概率分布及其特征参数，再利用　某种可靠性分析方法，如可靠指标法、随机有限元法等求出边坡岩土体的破坏概率（即可靠度）［　。用　可靠度比用安全系数在一定程度上更能客观、定量地反映边坡的安全性。但该方法的缺点是很难在计算　前获得所需要的大量统计资料，各因素的概率模型及其数字特征等的合理选取问题还没有得到很好的解　决，且计算也比一般的极限平衡法复杂。　２．２模糊综合评判法　该方法的具体做法是先找出影响边坡稳定性的各个因素，并赋予它们不同的权值，然后根据最大隶　属度原则来判定边坡的稳定性［６］。该方法适用于大型边坡整体稳定性的评价，但模糊评判法中对边坡稳　定性的评价较为笼统，同时其隶属函数是依据一些基本原则、权重或经验来确定，其主观性较大。　２．３人工智能法　人工智能法包括遗传算法、专家系统和神经网络控制等。　遗传算法模拟自然选择和遗传的随机搜索方法，具有全局收敛能力。首先随机生成一组模型，将模　型的每个参数表示为二进制数码，然后对种群内各模型根据具体问题所给出的目标函数决定其生存概　率，来进行优胜劣汰，再把剩余的较优的个体进行交换和变异，最终完成一次对种群的繁殖，反复循　环，来模拟生物进化的规律＿７］。该方法不需要梯度信息，也不要求函数连续，在检索了少部分搜索空间　后便能迅速地收敛于最优解，克服了传统方法容易陷入局部极小值的缺点，是一种全局优化的算法，适　合于并行处理和大型复杂优化问题的求解，而且程序通用性强。　专家系统的应用在于利用专家系统中的知识处理、知识应用和不确定性推理技术来分析滑坡的稳定　性。它由７个分控模块组成，即：滑坡识别咨询模块（主要作用是识别或判断用户所调查的斜坡病害是　否为滑坡灾害）、滑坡类型咨询模块（对已确定的滑坡灾害进行类别划分）、滑坡成因咨询模块（分析滑　坡变形或滑动产生的原因，包括环境演化和触发因素）、稳定咨询模块（根据滑坡的变形历史和活动状　态，推断滑坡稳定状态，并给出稳定系数）、灾害预测咨询模块（调用计算模块，预测滑坡运动到达范　围以及对人类和建筑物的危害程度）、防治对策咨询模块（首先判断能否进行工程治理，是否有治理价　值和条件，最后给出各种治理对策）和退出系统模块嘲。目前应用于滑坡预测的神经网络主要为前向神　经网络，它由输入层、中间层（隐层）和输出层组成。专家系统与神经网络的优点是可考虑其他方法难　以考虑的定性描述和人为因素，解决处理一些很难用明确的数学和力学方法表示的不确定性因素及其关　系，既能进行定量分析，又能进行定性分析，最后用模型来评价边坡的安全性。但是其基础研究难度　大，如知识表示、推理方法、机器学习等问题的研究虽然取得了一些成果，但远未形成完整的理论体　系，从而在很大程度上影响其对边坡稳定性的评判。　（下转第３１１页）　第６卷第４期：理工　刘明华：基于核心竞争力的信阳城镇化发展的ＳＷＯＴ分析　２）加快工业化进程，依托现有农产品加工企业，延伸产业链。　３）第三发挥中心城镇带动的辐射作用，依托３１２国道和宁西、京广铁路，构筑以信阳、潢川、固　始三个区域中心城市为框架的豫南城镇经济带。　．　４）以农业产业化和规模化为先导，依托信阳优越的自然环境优势，培育更具竞争力区域经济增长　极。通过采取上述措施，相信信阳城镇化发展的目标是能够达到的。　［参考文献］　［１］刘明华，　周晋．关于经济欠发达地区城市化与生态化的问题研究［Ｊ］．信阳师范学院学报（自然科学版），２００７，２０（１）：５２～５４　Ｅ２３许学强，　周一星．城市地理学ＥＭ３．长春：东北师范大学出版社，２００２．　Ｅ３３谢德刚，　吴友群．城镇化与县域经济协调发展机制探析［Ｊ］．江西金融职工大学学报，２００９，２２（２）：８４～８６　［编辑］　李启栋　（上接第３０６页）　３结　论　采用正确的评价方法对滑坡稳定性进行评价，对于确保工程建设和保障人民生命财产安全具有十分　深刻的意义。根据滑坡稳定性分析方法的研究和发展趋势，稳定性分析将更加强调理论分析，但是目前　理论分析往往与实际情况存在很大的差距，所以，应该加强滑坡稳定性分析方法中的理论分析研究，使　其结论更加符合实际情况，从而准确评价滑坡稳定性，为滑坡的防治提供科学依据。　［参考文献］　［１］苏爱军．滑坡稳定性评价原理与方法ＥＭ］．武汉：中国地质大学出版社，２００８．　Ｅ２３陈国华．滑坡稳定性评价方法对比研究ＥＤ３．武汉：中国地质大学，２００６．　Ｅ３］欧定良．岩土边坡稳定性分析方法综述［Ｊ］．科技论坛，２００６，（６）：５６～５７．　［４１黄昌乾，丁恩保．边坡工程常用稳定性分析方法［Ｊ］．水电站设计，１９９９，１５（１）：５６～５８．　［５］宣世进，沈万里．滑坡稳定性评价方法研究口］．科技咨讯，２００９，（１）：ｌＯＪ．　［６３曹国金，姜弘道．岩土工程稳定性分析方法研究动态及展望口］．工程勘测・岩土，２００２，（２）：６～７　Ｅ７３刘玉静．遗传算法在岩土边坡稳定性分析中的应用［Ｊ］．露天采矿技术，２００８，（１）：１～４．　Ｅ８］金波．滑坡防治专家系统［Ｊ］．路基工程，２０００，（１）：４～５．　［编辑］　李启栋