任务2.3　滑坡评价

2.3.1　滑坡稳定性评价

滑坡稳定性评价方法有自然分析法、力学平衡法、图解法和工程地质类比法。其中，自然历史分析法、图解法和工程地质类比法属于定性或半定量评价方法，力学计算法属于定量评价方法。

2.3.1.1　自然历史分析法

自然历史分析法是一种定性评价的方法。主要通过研究斜坡形成的地质历史和所处的自然地理及地质环境、斜坡的地貌和地质结构、发展演化阶段及变形破坏形迹来分析主要的和次要的影响因素，从而对斜坡稳定性作出初步评价。所以这种方法实际上是通过追溯斜坡发生、发展演化的全过程来进行稳定性的初步评价。它对研究斜坡稳定性的区域性规律尤为适用。

自然历史分析法主要研究内容包括3个方面：区域地质背景的研究；促使斜坡变形破坏的主导因素及触发因素的分析；斜坡所处的演化阶段和发展趋势、可能破坏的方式及其后果的预测。勘察研究的手段主要是工程地质测绘调查。自然历史分析法一般在初期勘察阶段进行，它要求勘察人员具有较好的地质素质。该方法虽是初步的、定性的，但它是其他评价方法的基础，没有这种评价方法，其他评价方法也将难以进行。

2.3.1.2　工程地质类比法

工程地质类比法就是将所要研究的斜坡或拟设计的人工边坡与已研究过的斜坡或人工边坡进行类比，以评价其稳定性或确定其坡角和坡高。类比时必须全面分析研究工程地质条件和影响斜坡稳定性的各项因素，比较其相似性和差异性，相似性越高，则类比依据越充分，所得结果越可靠。类比的基础是相似，只有相似程度较高才可进行类比，所以使用类比法之前一定要充分做好工程地质调查研究工作，而且要有丰富的实践经验。工程地质类比法主要包括自然斜坡类比法与调查统计法两种基本方法。

1.自然斜坡类比法

该方法原理如下：

（1）自然斜坡的外形受地质构造、岩性、气候条件、地下水赋存状况、坡向等因素影响。由于重力因素的作用，通常稳定的高坡要比稳定的低坡平缓。

（2）影响斜坡的重力、岩性、岩体结构构造、气候条件、坡向相同时，人工边坡较自然斜坡可维持较大的坡度。

（3）将同一种斜坡调查所得（L、H）数对绘于双对数坐标纸上，可得到一条直线。利用不同斜坡调查结果所绘制的各直线有会聚的趋势。

2.调查统计方法

该方法在详细踏勘的基础上，从地形图上选取与设计的边坡坡向、岩性、构造以及地下水赋存状态等相同或相近的斜坡。将选出的斜坡划分成若干档次，在各段坡高的较陡区段量取其相应的坡面水平投影长，进行筛选，找出该档次坡高的最小坡面投影长度。此坡高与其相应的最小坡面水平投影长度即为所获取的一对数据。如此进行，可获得对应不同档次坡高的一系列数对。将这些数对标在双对数坐标纸上，绘出曲线（常为直线），参照和利用前述的经验汇聚点的位置，由最高数据点附近曲线上的一点到经验会聚点连线的外插结果。可用以估计更高的自然坡的稳定坡度。

2.3.1.3　图解法

图解法是一种定性的或半定量的评价方法，一般采用图表计算法和图解分析法。图表计算法种类较多，其基本原理一般都是根据斜坡所处的条件，先确定某一无量纲量，并绘制不同坡角情况下无量纲量与稳定系数关系曲线图，或不同稳定系数情况下的无量纲量与坡角关系曲线图。借助曲线图，在已知c、tanφ、λ、α、β、H等参数后，即可直接从关系曲线上查得稳定系数。

图表计算法与力学计算法相比较，其结果精度差些。但是，在进行边坡初步设计时是可以满足要求的。

图解分析法以赤平极射投影为基础，通过对斜坡岩体结构面的大量调查统计，掌握优势软弱结构面的产状特征，据以分析它们对斜坡稳定性的影响。现就利用赤平投影图初步分析岩质边坡稳定性，一组结构面与坡面的边坡稳定性分析的情况见图2.24，两组结构面与坡面走向基本一致稳定性分析的情况见图2.25，两组结构面与坡面走向斜交的稳定分析的情况见图2.26。

2.3.1.4　定量评价方法

滑坡稳定性分析中，定量评价方法建立在莫尔-库伦强度准则基础上的极限平衡法属于经典方法，在世界范围内得到广泛应用。滑坡稳定性分析大多数是静不定问题，通过引入一些简化假定来使问题变得静定可解。其计算过程一般先假定边坡是岩土体沿某一确定的滑裂面滑动破坏，再根据滑裂岩土体的静力平衡条件和莫尔-库伦破坏准则计算沿该滑动面滑动的可能性，即稳定系数的大小或破坏概率的高低，然后系统地选取多个可能的滑动面，用同样的方法计算稳定系数或破坏概率。稳定系数最小或破坏概率最高的破坏面即是最可能的滑动面。

滑坡稳定分析的方法比较多，但总的说来可分为两大类，即以极限平衡理论为基础的极限平衡分析法和以弹塑性理论为基础的弹塑性理论分析方法。

1.极限平衡分析法

极限平衡分析法是把滑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，通过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。其基本方法就是大家熟悉的条分法。条分法能够适应复杂的坡体几何形状、各种土质以及孔隙水压力等条件。目前已提出的多种基于极限平衡理论的条分法基本思路相同，均假定岩土体沿着滑动面做刚性滑动，然后把滑动岩土体竖向分成有限宽度的若干土条，把土条当作刚性体，根据静力平衡条件和极限平衡条件求得滑动面上力的分布，从而获得滑坡的稳定系数。目前以条分法为基础的滑坡稳定性计算方法的主要特点见表2.14。

极限平衡分析法的优点是在不研究滑体结构变形情况下，能对滑体的稳定性给出定量的结论。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—应变的分布情况。由于没有考虑土体土身的应力—应变关系和实际工作状态，所求出土条之间的内力或土条底部的反力均不能代表边坡在实际工作条件下真正的内力和反力，更不能求出变形。但由于这种方法应用简单，物理意义明确，至今仍然是滑坡稳定性分析的主要方法。

2.弹塑性理论分析法

弹塑性理论分析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，按莫尔—库伦屈服准则确定稳定系数。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，采用全面满足静力平衡、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。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。数值分析法主要有以下几种：

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。其优点是能部分地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、应变方面分析滑坡的变形破坏机制。

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，不便应用于有限元中成熟的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。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。