浅析高边坡的监测及稳定性分析方法.doc

1、浅析高边坡的监测及稳定性分析方法摘要：边坡监测工作是边坡工程承前启后的关键环节。目的是分析监测资料所反映的边坡安全状态，根据监测资料，及时修改和调整边坡岩土体物理力学参数和岩土介质物理力学模型，并及时对监测结果进行分析，由此对边坡的安全与稳定状态提出预警信息，并及时反馈预警信息，以便设计单位及管理单位及时进行设计与施工的变更优化，确保边坡的长期稳定。 关键词： 深边坡监测预警稳定性分析 中图分类号： U416.1 文献标识码： A 边坡作为一项重要的岩土工程，其地质地形条件复杂多变，要在边坡工程的设计阶段就准确无误地预测该边坡工程的基本状况及其在施工、运行过程中的变化，目前几乎是不可能的。因此

2、，边坡工程的安全不仅取决于合理的设计与施工，而且取决于贯穿在工程设计、施工和运行始终的原型试验与监测。 1 监测技术 边坡工程监测是为研究岩土体及与岩土体相关的工程结构的稳定性与安全性，采用一定的技术手段安装或埋设仪器设备，对高边坡稳定性状态及变化规律进行动态化测试的技术操作，是种综合性很强的应用技术，它以工程地质学、土力学、岩体力学、钢筋混凝土力学以及土木工程设计原理和方法为理论基础、以仪器仪表、传感器技术、计算机与通信技术、大地测量技术、测试技术、信息科学等学科为技术支持。 监测技术发展及应用状况自 20 世纪 50 年代末期以来，现代科技成就，特别是电子技术和计算技术的成就被引用到地质工

3、程及岩土工程中来，极大地推动了勘察测试技术的进展（魏道垛，1998） 。作为工程建设重要内容的监测技术的发展与进步，加速了信息化施工的推行。 大时间尺度的监测主要是以遥感（RS）为主，配合中长距离的 GPS监测，主要了解大范围地质环境演变过程，为灾害危险性区划服务。通常数月或几年复测一次，以便掌握在不同阶段地质环境的演变过程。小时间尺度的监测主要监测单体突发性地质灾害，以实时自动监测手段为主，辅以个别间断监测手段（如三角测量、水准测量、钻孔倾斜仪测量） 。根据灾害体的具体情况，选定监测内容。 杨志法（1993）按照工程地质综合集成理论（EGMS）提出地质灾害监测系统建立的原则，先根据地质条件分

4、析、理论分析和专家群体经验判断来确定（滑坡）变形敏感区、应力集中区和可能破坏区；再在此基础上设计监测系统。当然，在施工过程中诱发的大裂隙和塌方等灾害，一般也属于重点监测部位。另外，为了进行对比分析，某些地质条件或工程上十分典型的有代表性的地段虽然不属于变形敏感区、应力集中区和可能破坏区，但也应埋设必要的测点。在现场监测中应合理确定监测范围及监测点的布置，埋设必要的量测仪器，获得数据以了解地层和地下结构中的应力场、位移场的实际变化规律，作为采取工程措施的依据。2.地质预警预报 滑坡预测预报主要包括空间和时间两个方面,缺一不可。 空间预测是指对滑坡发生的地点、规模等的预测,目前使用较多的方法有以下

5、几种: 神经网络法：神经网络法能通过对已知样本的学习,掌握输入与输出间复杂的非线性映射关系,并对这种关系进行存储记忆,直接为预测提供知识库,同时,还具有高速的运行处理能力、自组织学习能力、高速的容错性、灵活性和适应性等优点。神经网络对斜坡稳定性空间预测是用研究程度较高的斜坡地段作为已知样本对网络进行训练,直到网络掌握数据间的非线性映射关系为止,然后用该地区其它稳定性未知的地段作为预测样本,输入已经学习好的网络,通过网络的联想记忆功能直接预测稳定性。信息模型法：信息模型法把各种滑坡因素在滑坡作用过程中所起作用的大小程度用信息量表达。灾变模型预测法计算边坡的稳定系数需要涉及到岩土的计算参数,由于岩

6、土性质的不确定性和离散性,使得同一边坡采用不同的计算参数得出差别较大结果,甚至得出相反的结论。采用灾变理论避开了这些不确定性的参数的影响, 通过数学方法,研究系统状态的稳定与否与各量值的关系。该方法综合考虑了各种边坡要素对边坡稳定性的不同程度的影响,能较真实地描绘边坡系统的状态。 模糊综合评判法：边坡的稳定性受诸多因素的影响,很难用一个确定的结论来表述其稳定还是不稳定,往往用模糊概念来表述,如把边坡的稳定等级分为“危险区” 、 “不稳定区” 、 “较不稳定” 、 “稳定区”等。模糊综合评判方法就是对边坡稳定性等级进行分类,并通过专家评分或构造隶属函数确定对同一等级各因素以及某一因素在不同等级中

7、对边坡稳定性的影响程度(隶属度),建立模糊评判矩阵,确定边坡的稳定性对各等级的隶属程度,最后按择优原则预测边坡的稳定性。该方法的最终结果是否可靠,受单因素的选择和隶属度的确定影响较大。 时间预报是指对滑坡发生的具体时间的预报,即对已获取的监测数据,通过数学模型来预测未来某一时刻坡体的状态。目前常用的方法有: 灰色理论模型预测是根据德国数学及生物学家 Verhulst 用灰色系统理论建立的用于生物繁殖量的预测模型演变过来的滑坡时间预测预报模型。灰色理论的预测是趋势性预测,在实际使用中,为了保证预测的现实逼近性,通常需要用最新的实测数据进行建模。 非线性动力学模型是按照非线性动力学的观点并运用耗散

8、结构理论和协同学的宏观研究方法从时间序列数据中建立的边坡系统动力学模型。多参数预报法：选取多种参数,预测滑坡发生时间。美国学者B.Voight 于 1989 年提出多参数预报 神经网络预报法：与神经网络用于空间预测预报中一样,时间预报是用监测到的原始位移建立网络模型,属于一种非参数预报方法。该预报方法无须事先假设边坡的破坏模型,避免事先假设模型所带来的误差。 1.3 稳定性分析 目前，研究边坡稳定性已有很多种分析法，归纳起来主要有：极限平衡法，极限分析法，有限元法和滑移线场法。 极限平衡法是土力学中的一个经典的领域，其以摩尔-库伦的抗剪强度理论为基础，将滑坡体划分为若干垂直土条，然后建立作用在

9、这些垂直土条上的力的平衡方程式，从而求解安全系数。主要方法有瑞典圆弧法、毕肖普法、陆军师团法、Lowe-Karafiath 法、不平衡推力法、Janbu法、Morgenstern-Price 法和 Spence 法等等。 极限分析法（或称能量法）运用塑性力学上、下限定理求解边坡稳定问题。上限定理解即能量法，通常需要假设一个滑裂面，并将滑动土体分成若干刚性块，然后构筑一个协调位移场。为此需要假设滑移面的一部分为对数螺旋线或直线，然后根据虚功原理求解滑体处于极限状态时的极限荷载、临界坡高或安全系数。 有限元法分析边坡稳定问题，可计算出边坡内部的应力，然后假定滑动面，比极限平衡法更为精确合理。但是有

10、限元分析不能直接与稳定建立关系，需要定义合适的安全系数，才能使之在计算时方便的利用有限元分析的结果。 滑移线场法是土塑性力学的重要应用之一，严格来说也是一种极限平衡法。在不考虑土体的变形与强度硬软化情况下，将土体分成塑性区与刚性区，塑性区具体范围待定。在塑性区内，连续介质力学中的应力平衡方程必须满足，另外应力还须遵守 Mohr-Coulomb 准则。二者结合起来，可以得到一组偏微分方程，在简单的边界条件和土质分布条件下用特征线法可得有限的闭合解答。 在进行边坡稳定性分析与研究时，寻求边坡的最危险滑移面成为问题的关键所在。当滑面形状为圆弧时，利用现代微机不借助任何优化手段也能十分准确地搜索到临界滑弧；当滑面为任意形状时，计算任务就艰巨地多。任意形状临界滑动面搜索问题已成为近二十年岩土工程界研究的热门课题之一。 参考文献 1 胡厚田等.边坡地质灾害的预测预报成都，西南交通大学出版社，20001 2 黄永顺 张四平，胡岱文边坡工程 重庆.重庆大学出版社.2003.7 3王文灿刘庆元 路堑高边坡预应力锚索锚固力的变化规律 2005.4 2426