类土质路堑边坡失稳判据的研究.doc

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1、分类号 U416 单位代码 10618密 级 学 号 106250408 硕 士 学 位 论 文论文题目： 类土质路堑边坡失稳判据的研究 Study on Failure Criteria for soil-similar cutting slope 研究生姓名： 高翀 导师姓名、职称： 唐树名 研究员 申请学位门类： 工 学 专 业 名 称： 道 路 与 铁 道 工 程论文答辩日期： 2009年3月30日学位授予单位： 重 庆 交 通 大 学答辩委员会主席： 高峰 评阅人： 王成 刘涌江2009年3月重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行

2、研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录

3、到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社CNKI系列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权益。学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘 要类土质边坡是当前路堑边坡工程领域的一个主要和重要的边坡工程类型，其工程特性与公知的土质边坡或岩质边坡具有明显区别，故其变形失稳是工程技术人员最难把握的。为了解决在公路建

4、设中遭遇的大量类土质路堑边坡的稳定性分析评价等问题，利用ANSYS有限元分析软件，结合有限元的强度折减理论，对类土质路堑边坡的失稳判据展开了研究。研究内容涉及了边坡的类型，变形破坏方式，变形破坏发展规律和特征，联系工程实例，针对两种常见的边坡破坏方式，探讨基于迭代收敛判据、突变性判据和塑性区贯通判据等三种不同的失稳判据下边坡安全系数失稳判据和变形失稳判据的确定问题，及其影响因素等。获得的主要成果及结论如下：（1）得出了类土质路堑边坡破坏方式的各异性，不同类型的边坡滑裂面剪出口位置具有不同的特征；（2）提出了两种不同屈服准则之间的转换关系式，结合两个工程实例，比较了与最常用的三个屈服准则的计算结

5、果，并与极限平衡法相对比，结果表明采用平面应变条件下和非关联流动法则()下的等面积圆D-P准则作为分析类土质路堑边坡的屈服准则最为合适。（3）就边坡常用的三类判据(计算的收敛性、塑性区的贯通和特征部位位移的突变性)展开了讨论，提出以边坡的最大水平位移或最大塑性应变的突变值为主要判据，辅以计算收敛性判据和塑性区贯通判据进行分析，有较好的精确度，并得出了实例中的安全系数失稳判据和变形失稳判据。（4）分析了影响此类边坡失稳判据的几个因素，得出：计算范围并不是越大越好，应该根据所研究的具体问题具体分析；网格应疏密得当，对可能滑动范围进行局部加密可提高计算时间与精度；粘聚力及内摩擦角对边坡的稳定性影响最

6、大，边坡的安全系数随着粘聚力（或内摩擦角）的减小而减小，而边坡的临界位移值随着粘聚力（或内摩擦角）的增大而减小；弹性模量和泊松比对安全系数的影响可以忽略不计，条件是岩土体弹性模量值不能过小，若很小，很有可能导致部分土体变形过大而使有限元计算不收敛，最终对安全系数产生很大影响；弹性模量对边坡体的变形却有很大的影响；计算中考虑剪涨角的影响可使计算结果更符合实际。并通过二次曲线拟合得出了影响因素与失稳判据值的关系式。关键词：类土质路堑边坡；失稳判据；极限平衡法；有限元分析；强度折减法；安全系数；变形失稳 ABSTRACTThe soil-similar cutting slope is one of

7、 the primary and important types of cutting slopes at present, its engineering properties are obviously different from the well-known soil slopes or rock slopes, so its deformation and failure is the most difficult in geotechnical engineering. To resolve the numerous problems about stability analysi

8、s etc during the process of constructing expressways, the research on failure criteria of soil-similar cutting slopes was worked out by finite element method ANSYS in this paper based on shear strength reductionve methods. The investigation contents invovle slope type, deformation and failure mode,

9、and its characteristics,the law of development. In view of two common destructive ways of slope, the research contact project examples, based on three main criterias for evaluating instability:the convergence of equations solution, the abruptness of the displacement or deformation at a certain chara

10、cteristic, location and the connectivity of plastic zone, in order to determine the safety factor and deformation of slopes failure criteria. The main results and conclusions of the thesis are as follows:(1)The soil-similar cutting slopes have different distructive ways, different types of slope sli

11、p surface shear export position has different characteristics;(2)This paper presents the conversion relationship between two different yield criterion. Combine two project examples, compared with three most frequently used yield criterion for the calculation of results, and with the limit equilibriu

12、m method. The results show that its the most appropriate yield criterion to analyse soil-similar cutting slopes with the equal-area circle D-P criterion under the conditions of plane strain and non-associated flow rule(=0).(3)This paper discusses the slope commonly used three criterion(the convergen

13、ce of equations solution, location and the connectivity of plastic zone, the abruptness of the displacement at a certain characteristic), propose its better accuracy to use the largest horizontal displacement or maximum value of plastic strain of the slope as the main criterion, and supported by cal

14、culating the convergence criterion and the plastic zone through the criterion for analysis. Finally, the safety factor of instability criterion and deformation instability criterion are obtained in the examples.(4)This paper analyzes the impact factors of such slope instability criterion, obtain: it

15、 is not better that it is the greater calculating range,it should be studied in accordance with concrete analysis of concrete problems; The grid spacing should be appropriate, encrypt the part in slipping the range will improve and calculate the time and precision; Cohesion and internal friction ang

16、le have the greatest impact in slope stability.The safety factor of the slopes decrease with the cohesion(or internal friction angle) decrease, the critical displacement values of the slopes decrease with the cohesion(or internal friction angle)increase; Elastic modulus and poissions ratio of the im

17、pact factor of safety can be neglected, the condition is that the elastic modulus value of rock and soil should not be too small, if small, its likely to result in part of soil deformation is too large to converge, eventually to have a significant impact on the safety factor; Elastic modulus have a

18、great impact on deformation of slope; Consider the effects of shear angle will enable the calculation results more in line with the actual. And obtained the relational expression between influence factor and failure criteria values through quadratic curve fitting.KEY WORDS: soil-similar cutting slop

19、e; failure criteria; limit equilibrium method; analysis of finite element; strength reduction method; safety factor; deformation and failure目 录第一章 绪论11.1问题的提出11.2国内外研究现状21.2.1边坡失稳判据的研究21.2.2边坡稳定性分析51.2.3类土质路堑边坡的研究91.3本文的工作101.3.1研究对象及研究内容101.3.2研究思路及方法11第二章 类土质路堑边坡的特性及其变形破坏机理122.1引言122.2类土质路堑边坡的类型12

20、2.2.1坡残积土边坡122.2.2风化土边坡132.2.3崩滑流堆积边坡152.2.4复杂结构边坡162.3类土质路堑边坡的变形破坏方式162.3.1平面破坏172.3.2圆弧或似圆弧破坏172.3.3崩塌破坏182.3.4坡面冲刷182.4边坡的变形破坏机理192.4.1力学基础192.4.2变形破坏过程202. 5小结22第三章 边坡弹塑性有限元分析及安全系数的定义233.1引言233.2岩土弹塑性变形的特点和基本假设233.2.1塑性变形的基本特性233.2.2岩土材料性质的基本假设243.3弹塑性分析的基本理论243.3.1弹塑性本构模型243.3.2屈服准则的选取253.3.3屈服

21、准则的转换283.3.4塑性状态的加载卸载准则和流动准则293.3.5硬化规律313.4边坡稳定安全系数的定义323.4.1极限平衡法所定义的安全系数323.4.2有限元法所定义的安全系数333.5小结34第四章 类土质路堑边坡安全系数失稳判据的分析354.1Ansys软件介绍354.2强度折减有限元法分析边坡失稳判据的研究354.2.1强度折减有限元法基本思想354.2.2边坡失稳判定标准的研究364.3算例分析1384.3.1 计算模型384.3.2计算结果分析404.4算例分析2464.4.1计算模型464.4.2计算结果分析484.5边坡安全系数的影响因素534.5.1计算范围的影响5

22、44.5.2不同网格密度的影响544.5.3计算参数对边坡安全系数的影响554.6小结58第五章 类土质路堑边坡变形失稳判据的分析605.1引言605.2算例分析605.2.1算例1605.2.2算例2625.3边坡变形失稳判据的影响因素分析655.3.1不同网格密度的影响655.3.2计算参数对边坡稳定性的影响655.3.3水对边坡稳定性的影响685.4小结70第六章 结论与建议716.1主要结论716.2建议72致 谢74参考文献75在学期间发表的论著及取得的科研成果7811第一章 绪论第一章 绪论1.1问题的提出边坡是人类生存的重要环境，甚至是工程建筑的重要组成部分。随着西部大开发和基础

23、设施建设的不断实施，山区高等级公路的修建中，不可避免地会遇到大量的路堑边坡。边坡在演变过程中，可出现不同形式、不同规模的变形与破坏，如滑坡、崩塌等。我国是一个滑坡、崩塌灾害较为频发的国家，据不完全统计，近十年来几乎平均每年有一次重大崩塌，造成灾害事故。边坡变形破坏过程和它所造成的不良地质环境均可对人类工程活动带来十分重要的危害，并且还可能引起生态环境的失调和破坏，造成更大范围和更为深远的影响。如：1980年7月3日，成昆线路西车站发生大滑坡，滑体总量达2.2106m2，掩埋铁路、堵塞隧道入口，使铁路营运中断达40天之久，造成了重大经济损失。1982年7月17日，四川省云阳县天宝村发生大滑坡，滑

24、坡面积0.3Km2，约7106 m3的滑体下滑100m，90户387人受灾，倒塌房屋487间，破坏良田2.7105。1986年7月16日，湖北秭归县距长江边7 km处发生了土风岩马家坝大滑坡，滑体约2107m3 ，破坏三条公路及许多桥涵，四个自然村被毁。1987年8月1日，四川巫县县城发生岩崩，仅7103m3 的崩塌体，就致使多座楼房被摧毁，98人丧命，等等。由此可见，边坡的稳定性很重要，由于边坡失稳所造成的灾难性后果引起了工程界的强烈关注，并对有潜在危险的边坡加强了监控，这在很大的程度上对边坡的变形失稳有了一定的预测作用，但边坡稳定性预测失误，往往给工程带来不可估量的损失。意大利瓦伊昂水库滑

25、坡事故，即为一沉痛的教训。该水库坝高267m，为当时世界上最高的双曲拱坝。勘测与施工过程中，早已发现库内紧靠左坝肩山体有变形迹象，但直到大坝建成以后仍未对其稳定性和发展趋势做出明确判断。大坝蓄水后，该山体突然以高达25-30m/s的速度沿层面下滑，近2亿多m3土石迅速淤满水库，掀起了高出坝顶100余米的涌浪，库水宣泄而下，摧毁了下游大约3km处一村镇，造成3000人死亡，整个水库变为石库。鉴于此，本文认为边坡失稳的主要原因有两个方面：一方面是由于未建立好边坡的失稳判据，使得工程人员在对监控结果的分析判断上出现了困难；另一方面则是由于边坡的复杂性，不同类型的边坡变异大，失稳判据也有较大的差异，从

26、而导致失稳事件仍频繁发生。随着高等级公路向山区的纵深发展及深基坑的开挖，许多地方都遇到了稳定及失稳性质介于岩质边坡和土质边坡之间的过渡型边坡类土质边坡，及其引起的工程地质问题。文献1中初步提出类土质边坡应包括，“由岩体风化而成的保留或部分继承了原岩的结构面的土体物质或破碎岩体物质构成，无法单独应用传统的土力学理论进行求解的边坡”，即可通俗地理解为：具有结构面效应的土质边坡。结构面可以是节理面、断层面、接触面或软弱夹层，而这些结构面对边坡的稳定性起着相当大的控制作用。由于此类边坡地形条件、地质结构和环境背景复杂多变，坡体构成介质特殊，其变形失稳机制有其自身的特点，稳定特性明显区别于均质土边坡及岩

27、质边坡。相对说来，公路部门在土质边坡及岩质边坡方面积累了一些经验，较成功地用于指导了实际工程，而对于类土质边坡的研究很有限，特别是对于变形失稳机理及其失稳判据的研究不够，使得这类边坡在施工中或完工后的失稳事故频繁发生。因此，有必要加强研究以确保此类边坡的稳定。本文正是基于这一出发点而开展对类土质路堑边坡变形失稳机制及判据的研究，力图为判断此类边坡的失稳提供指导，并为此类边坡的工后病害防治提供一定的理论依据。1.2国内外研究现状1.2.1边坡失稳判据的研究中国科学院地质研究所黄昌乾等人3较全面系统地总结分析了目前边坡工程中常用的各种边坡稳定判据主要包括：(1)安全系数；(2)可靠度或破坏概率；(

28、3)边坡岩体的位移、应力、位移速度等；(4)定性经验结论；(5)干扰能量；(6)声发射率等六种。安全系数法是一种历史悠久而目前仍最普遍应用的定量评价方法，它是通过极限平衡分析法，计算出的可能滑动面上的综合抗滑力与综合下滑力的比值，通过的大小评价边坡岩土体的稳定性。正是由于其历史悠久，人们已经对值的大小与边坡岩土体的稳定程度间的关系有了比较成熟、准确的认识。但由于边坡工程稳定性影响因素是极其复杂和多变的，人们还不可能从绝对意义上去精确计算出边坡的安全系数值，也就是说，安全系数的计算结果是否可靠、阀值的选取等，还得依靠专家进行最终的决断。鉴于这种现状，作者认为目前有必要制定或进一步完善各个行业类别

29、的边坡工程安全系数取值有关规程，这样就可以让人们在具体分析一个边坡工程的稳定状况时，方便、大胆地去按照这一规程来选取比较合理的安全系数值；可靠度或破坏概率的研究与应用为边坡稳定性评价指出了一个新的方向。理论与实践均证明, 影响边坡工程稳定性的诸多因素常常都具有一定的随机性, 它们多是具有一定分布形式的随机变量，而非一个定值，这种以概率论的原理来研究边坡可靠度的方法，避免了安全系数使用过程中的绝对化，只要求出的可靠度足够大，也即破坏概率足够小，小到人们可以接受的程度，就认为边坡过程的设计是可靠的。近十几年来, 随着边坡可靠性分析方法的发展, 可靠度分析已由理论分析步入实践应用。但同安全系数一样，

30、其设计的允许取值界限阀值虽已有了一些建议值，但其间的变化幅度较大，目前尚无定论，还不能独立地作为边坡稳定性的判别指标；边坡岩土体变形是其稳定性最明显、最直观的反映，根据允许的边坡岩土体变形有关参数来评价边坡安全程度是一种概念比较明确的、直观的判据。通过现场监测、物理模拟及数值模拟等方法, 可以获得有关边坡岩土体特定部位的位移量、位移速度、位移方向及应力大小、方向及它们的空间分布等的特点，在工程实践中，人们主要是通过现场监测，选择一些特征部位进行设点监测，然后利用现场监测所获得的上述一个或多个参数的值，来判断边坡岩土体（工程）的稳定性。当然，室内的物理模拟和数值模拟也常常是重要的配合手段。当采用

31、位移量作为安全控制判据时，人们通常是利用边坡岩土体位移量不能超过工程所允许的位移量范围，或采用残余变形不能继续增大两种方法来判别边坡工程的稳定性，而不是采用总位移的大小来判断边坡的稳定性，原因主要是各边坡岩土体破坏时所具有的位移量常常非常分散，人们还很难选取某一总位移量阀值来判断边坡工程是否要发生破坏。目前，还没有看到有关边坡岩土体破坏时的位移量控制标准。利用位移速率作为边坡安全控制判据是目前讨论最多、也是成果最为丰富的一种方法。此外，作者认为边坡岩土体中各点的位移矢量的方向, 也有可能作为边坡变形发展阶段的一个先兆。当边坡岩土体、尤其是大型坡体，在刚开始缓慢变形阶段，坡体中各点的位移常常不一

32、致，当边坡岩土体的变形发展到累进性破坏阶段时，变形总量中弹性变形量所占的比例就非常小，而以沿着控制性的不连续面的塑性变形及部分岩土体的开裂滑动变形为主，这时，边坡岩土体的位移矢量方向就会渐渐趋向于一致。此时，有可能表明边坡总体上将要发生剧烈变形乃至破坏。对边坡应力状态来说，一般实测比较困难，费用又高，且效果常不明显，但若已用挡墙、锚杆（索）等加固措施进行了加固，则测量这些加固设施中的应力状态，进而为分析已有加固措施的加固效果及加固处位移发展状况提供信息，则是值得提倡的；应用成因历史分析法、工程类比分析法、专家系统等方法手段进行边坡稳定性分析与设计的过程实际上就是一个定性研究过程。定性评价虽然不

33、能像极限平衡分析法等那样给出一个定量的、明确的指标，但它的结论却是一种比较客观的评价标准。同时，真正利用安全系数等指标进行边坡稳定性分析时，常常还得借助于这种方法来最终定夺其阀值。从这种意义上讲，定性的经验性边坡稳定结论是目前应用最广泛，也是极重要的一种控制判据。特别是当边坡地质条件比较复杂，勘测研究深度还不够深入，很难用数学符号进行综合逻辑推理时，更能显示出这种判据的重要性和优越性。边坡稳定专家系统的开发使这种定性分析方法向前迈进了一大步；以干扰能量作为失稳判据的原理是基于稳定性分析的能量准则，它以研究对象受干扰后产生的干扰能量值作为判据来考察研究对象是否稳定，该方法是由局部的干扰能量值找出

34、研究对象中比较薄弱的部位，进一步可以寻找潜在的滑体和滑动面；声发射现象是指材料受到一定大小的作用力后，其内部产生微裂隙而发射出声波的现象。一般来说，只有当应力达到或超过材料所受到的最大先期应力时，才会开始有明显的声发射现象。实践证明，岩体材料具有这种特点。研究表明，岩体声发射水平与应力量级间存在着一定的关系。一般情况下，岩体临近破坏前，声发射频度和幅度都显著增加，破坏以后，达到新的平衡，声发射频度和幅度都随之减小。因此，采用声发射法进行检测与分析，可以了解岩体的弱化地点、应力状态和预测其稳定性。除了上述几种边坡稳定性判据之外，人们有时还可以通过比较直观的地表裂缝等地表变形破坏迹象，岩体中的微裂

35、隙和孔隙中赋存的氡气发生释放时的脉冲频率，以及通过物理模拟试验所观察到的变形破坏现象等来直观地判别边坡岩土体的稳定状况。尤其是地表裂隙等现场变形破坏现象，因为几乎所有的边坡破坏之前都会在地表产生一些地表破裂现象。综合分析上述多种边坡稳定性判据可以发现, 由于边坡工程的极端复杂性，人们目前还很难采用某种分析方法或手段来获取一种精确定量的边坡稳定与加固处理判据，本文鉴于实施定性经验结论、干扰能量及声发射率分析边坡失稳的复杂性，而用可靠度或破坏概率不能独立地作为边坡稳定性的判别指标，本文决定采用安全系数及边坡岩土体的变形来分析类土质路堑边坡的失稳判据。河海大学宫必宁等人5在前人研究的基础上，利用有限

36、元强度折减法，对目前研究的主要三个依据进行分析，即依据计算的收敛性，特征部位位移的突变性和塑性区的贯通性。用有限元强度折减法进行边坡稳定分析的基本原理就是将边坡强度参数粘聚力和内摩擦角同时除以一个折减系数F，得到一组新的强度参数值和。然后输入折减后的强度参数，再进行试算，直至边坡达到极限平衡状态(发生剪切破坏)，同时可得到临界滑动面，此时对应的折减系数即为最小安全系数。他们对三个失稳判据的一致性和各自的适用范围进行了研究：目前，岩土边坡破坏的标准主要有三种：根据有限元解的收敛性确定失稳状态，即在给定的非线性迭代次数及限值条件下，最大位移或不平衡力的残差值不能满足所要求的收敛条件，则认为边坡在所

37、给定的强度折减系数下失稳破坏；根据计算域内某一部位的位移与折减系数之间关系曲线的变化特征确定失稳状态，如当折减系数增大到某一特定值时，某一部位的位移突然增大，则认为边坡发生失稳；通过域内广义剪应变等某些物理量的变化和分布来判断，如当域内的塑性区连通时，则判断边坡发生破坏。以上三种破坏标准中 ,第一种失稳判别标准被较多学者采用，但收敛条件和迭代次数的限值差别较大，且收敛准则的不同将直接引起安全系数的差异，有人认为这种方法带有一定的人为因素；第二种失稳判别标准的物理概念明确，但因计算结果会受到迭代次数、容许限值的影响，当容许限值较大时精度较低，从而得不到准确的位移值 ,判定安全系数时就会有偏差，也

38、因此甚至可能判定失稳的状态为稳定状态；第三种失稳判别标准存在剪应变幅值的确定问题 ,如果这一幅值取得较大 ,则可能将已经失稳的状态判为稳定状态或是极限平衡状态，此外也存在非线性迭代次数及容许限值的影响问题。研究结果表明：三种判别标准存在一个共同的问题，即迭代次数及收敛容许限值的确定，应该说都是计算精度方面的问题，但以位移的突变及迭代计算的收敛性作为边坡稳定性的判别标准具有明显的一致性，所分析的结果与传统方法的分析结果吻合较好，是可行的，具有普遍适用性；因受材料泊松比的影响，以塑性区由坡脚至坡顶的贯通作为边坡稳定性的判别标准是不妥的，其适用范围有限。 郑颖人院士等6在此基础上通过有限元强度折减法

39、也对边坡失稳的判据进行了研究，得出的结论：边坡失去稳定，滑体滑出，滑体由稳定静止状态变为运动状态，同时产生很大的位移和塑性应变，且此位移和塑性应变不再是一个定值，而是处于无限塑性流动状态，这是边坡破坏的特征；通过有限元强度折减，使边坡达到破坏状态时，滑动面上的位移将产生突变，产生很大的且无限制的塑性流动，有限元程序无法从有限元方程组中找到一个既能满足静力平衡，又能满足应力应变关系和强度准则的解，此时，不管是从力的收敛标准，还是从位移的收敛标准来判断，有限元计算都不收敛。因此，可以将滑面上节点的塑性应变或者位移出现突变作为边坡整体失稳的标志，以有限元静力平衡方程组是否有解、有限元计算是否收敛作为

40、边坡失稳的判据；边坡塑性区从坡角到坡顶贯通并不一定意味着边坡整体破坏，塑性区贯通是破坏的必要条件，但不是充分条件，还要看塑性应变是否具备继续发展的边界条件，就像水池中的水，由于水没有抗剪强度，但由于池壁的约束，水仍然不会流动，而是处于极限平衡状态。吴春秋7,8提出了动力学判据，运用动力学的思想来分析强度折减过程中边坡的特征，该方法以加速度是否为零来作为边坡是否稳定的判据，同静力方法相比，具有物理意义明确，计算易收敛等的优点。此外，李新平，郭运华，彭元平等9认为边坡最大节点位移时步曲线的收敛性与边坡稳定状态密切相关。在此基础上将最大节点位移时步曲线的收敛性作为极限状态判定准则，采用指定某时步后在

41、规定时步内最大节点位移增量是否一直减小来判断边坡安全状态。此判据克服了以前判定方法需要人为指定容许误差的任意性，计算精度可以根据工程要求来控制，从而得到更加客观、准确的边坡稳定安全系数值。1.2.2边坡稳定性分析 边坡稳定性分析是判断边坡是否失稳，是否需要加固及采取何种防护措施的主要依据，因此它是边坡工程中最基本的最重要的问题。在边坡工程稳定分析领域具有代表性和取得突出成果的有：1973年E. Hoek等出版了专著岩石边坡工程10，从研究露天采矿边坡入手，将边坡失稳破坏归纳为平面破坏、楔体破坏、圆弧破坏、倾倒破坏四种类型，系统论述了边坡破坏的基本力学行为和稳定性分析方法。Douglas. St

42、ead和Erik. Eberhardt在总结露天高边坡的破坏机制时，将边坡失稳机制分为六类：(1)双结构面破坏(Bilinear slabfailure)，(2)犁起破坏(Ploughing)，(3)弯折破坏(Buckling)，(4)逐步破坏(Step-path)，(5)平面型失稳(Planar failure)，(6)旧有构筑失效(Old working collapse)，这种分类方法简明易懂，直观反应了边坡失稳破坏的力学机制(张建永，1999)，1982年，张倬元教授在其专著工程地质分析原理一书中将斜坡变形机制分为六种模式：蠕滑拉裂、滑移压致拉裂、滑移、滑移弯曲、弯曲拉裂、塑流拉裂；用

43、这六种变形模式相互复合可以解释更为复杂的斜坡变形机制。1988年，孙玉科教授等出版了边坡岩体稳定性分析，以岩体工程地质力学为基础，提出了用地质模型来分析边坡岩体变形破坏的机制。这些分类方式或从边坡变形的几何形态入手，或从边坡的塑性变形特性入手，或从边坡变形的地质模型入手，各有特点，能够在一定程度上解释边坡变形的特点和机理。就边坡稳定分析的计算方法而言，目前采用较多的是各种刚体极限平衡法和以有限单元法为代表的数值模拟计算方法。极限平衡法已经发展的相对比较成熟，目前大多数规范均规定采用极限平衡法进行边坡稳定分析。极限平衡法的计算过程一般先假定边坡破坏是土体沿某一确定的滑动面滑动，再根据滑裂土体的静

44、力平衡条件和莫尔库仑破坏准则计算沿该滑动面滑动的可能性，即安全系数的大小，或是破坏概率的高低，然后系统地选取多个可能的滑动面，用同样的办法计算稳定安全系数或是破坏概率。最后安全系数最小或者是破坏概率最高的滑动面就是最可能的滑动面。极限平衡法作了如下假定：1.土体为刚塑性材料，满足Mohr-Coulomb破坏准则；2.滑动面上所有点满足破坏准则，也即在破坏时滑动面上点的抗剪强度完全发挥;3.在破坏时，滑动体处于静态平衡状态。条分法由于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，因而最为常用(如图1.1)。 图1.1 极限平衡条分法示意图Fig1.1 Sketch map of li

45、mit equilibrium slice method在过去的几十年里，曾经提出过许多种极限平衡条分法，从不考虑或部分考虑条块间的作用力，不能满足力的平衡条件的Fellenius法(1936)11，简化Bishop法12等简单的条分法，发展到考虑条间力作用并能满足全部平衡条件的Janbu法，(1954)13，Spencer法(1967)14和Morgensterm&Price法(1965)15等严格条分法。这些方法具有相同的基本思路，均通过建立条块的力学平衡方程，求解滑动体处于临界状态时滑动面上应力值，然后计算该给定滑动面对应的安全系数。在所有的极限平衡法中，简化Bishop法被认为是最标准

46、的圆弧计算法，己被纳入各国规范。但由于此法是通过力矩平衡来确定安全系数的，力的平衡得不到满足，因而不是严格的极限平衡方法，而且对于非圆弧滑面，求矩中心的确定是任意的。在实际工程中滑动面有相当大一部分并非圆弧形，这样就出现了另外一些适用于任何滑裂面形状且满足全部平衡条件的方法(如Janbu法，Morgenstern-Price法和Spencer法等)。在任何情况下都是精确的(除非遇到数值分析问题)。这些方法计算的成果相互误差不超过12%，相对于一般认为是正确的答案的误差不会超过6%，所有这些方法也都有数值分析问题。故本文在极限平衡法的选择上会以此为依据选择最接近工程实例的方法来计算。极限平衡法历史悠久，在工程应用中积累了丰富的经验，已被证明是分析边坡稳定相对比较可靠的方法，安全系数的取值是边坡设计中最重要的环节。由于安全系数的取值在边坡工程中具有重要的技术经济意义，现将部分取值资料简介如下。1.香港岩土边坡工程手册的安全系数值如下表： 表1.1新开挖边坡推荐的安全系数Tab1.1 The safety factor is recom