1、毕业论文题目基于随机数值模拟法的秦巴山区岩石边坡稳定性分析院（系）土木工程与建筑学院专业土木工程姓名学号1119014013指导教师完成地点陕西理工学院时间2015年6月陕西理工学院毕业论文第1页共66页基于随机数值模拟法的秦巴山区岩石边坡稳定性分析作者（陕西理工学院土建学院土木工程1101班，陕西汉中723000）指导老师摘要边坡稳定性研究一直是岩土工程领域的一个重要内容。由于影响边坡稳定性的因素具有明显的不确定性，传统的安全系数无法表达边坡发生破坏的可能性。基于此,本文探讨了蒙托卡罗方法在岩质边坡滑坡稳定性评价中的应用,并以汉中市城固县天明镇的道路滑坡为例,分析了滑坡的基本特征,对岩体裂隙
2、砂土进行了物理力学试验,得到了计算所需的岩体裂隙砂土的参数。采用蒙托卡罗方法对影响边坡稳定性的各个因素进行了数值模拟,得出了影响滑坡稳定性的主要因素。主要研究内容如下（1）论文介绍了岩质边坡滑坡对人们的生活带来的巨大危害，以及岩质边坡稳定性当前的研究现状，并指出当前研究方法中存在的一些不足。（2）论文对蒙托卡罗方法在滑坡稳定性分析中的应用做了基本介绍,并且介绍了蒙托卡罗数值模拟法的基本原理，以及运用蒙托卡罗数值模拟法分析边坡稳定性的优势。（3）以秦巴山区典型滑坡岩石为研究对象，对汉中市城固县天明镇的道路滑坡进行了现场调研，并采集了风化层岩体裂隙的砂土样。在此基础上，运用室内剪切实验分析了岩石裂
3、隙砂土的剪切强度，并人工配制了不同含水率的土样，研究了含水率对岩石裂隙砂土剪切强度的影响规律。（4）为了研究岩体边坡高度、坡度、节理走向和间距、节理间摩擦角等参数对岩石边坡稳定性的影响，论文运用蒙托卡罗数值模拟的方法，分别深入探讨分析了以上诸多因素对岩石边坡稳定性的影响，并得出了安全系数的分布规律。最后分析了岩体孔隙水充盈率以及锚固措施对安全系数的影响，得出了排水措施和锚固方法对增强岩石边坡的稳定性效果都比较显著。关键词岩石边坡滑动破坏倾倒破坏蒙托卡罗数值模拟陕西理工学院毕业论文第2页共66页STOCHASTICNUMERICALSIMULATIONOFROCKSLOPESTABILITYIN
4、QINBAMOUNTAINAREAAUTHOR（CLASS1101,CIVILENGINEERING，SCHOOLOFCIVILENGINEERINGANDARCHITECTURE，SHAANXIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY，HANZHONG723000，SHAANXI）TUTORABSTRACTTHESTUDYOFSLOPESTABILITYHASBEENANIMPORTANTPARTOFGEOTECHNICALENGINEERINGBECAUSEOFTHESIGNIFICANTUNCERTAINTYOFFACTORSWHICHAFFECTTHESLOPESTABILITY,
5、THETRADITIONALSAFETYFACTORHASBEENUNABLETOINDICATETHEPOSSIBILITYOFTHEOCCURRENCEOFSLOPEFAILUREBASEDONTHIS,THEPAPERDISCUSSESTHEMONTECARLOMETHODINROCKSLOPESTABILITYEVALUATION,INVESTIGATESTHELANDSLIDEINTIANMINGTOWN,CHENGGUCOUNTRYOFHANZHONGCITYANDTHENTHEINDOORPHYSICALTESTOFTHESANDSAMPLESFROMTHEROCKFISSURE
6、SWASCONDUCTEDINORDERTOOBTAINTHEBASICPARAMETERSFORBOTHCALCULATIONSANDSIMULATIONSUSINGTHEMOTHECARLOMETHOD,DIFFERENTFACTORSWHICHINFLUENCETHESLOPESTABILITYHASBEENSIMULATED,THEMAINCONTENTSAREASFOLLOWS（1）THISPAPERDESCRIBESTHEGREATHARMONPEOPLESLIVES,ANDTHECURRENTRESEARCHSTATUSOFTHEROCKSLOPESTABILITYALSOTHE
7、SHORTCOMINGSOFTHECURRENTRESEARCHHASBEENPOINTEDOUTINTHISPAPER（2THEMONTECARLOMETHODINTHELANDSLIDESTABILITYANALYSISHASBEENINTRODUCED,ANDALSOTHEBASICPRINCIPLESANDTHEADVANTAGESOFTHEAPPROACHHASBEENANALYZED（3）THELANDSLIDEINTIANMINGTOWN,CHENGGUCOUNTRYOFHANZHONGCITYWASINVESTIGATED,ANDTHESANDSAMPLESFROMTHEROC
8、KFISSURESWASCOLLECTEDBASEDONTHIS,THEINDOORDIRECTSHEARTESTSFORDIFFERENTWATERCONTENTSWERECONDUCTEDWITHTHEPURPOSEOFGETTINGTHERELATIONOFWATERCONTENTANDSHEARSTRENGTH（4）INORDERTOSTUDYTHESEFACTORSSUCHASROCKSLOPEHEIGHT,SLOPEEFFECT,JOINTSTRIKEANDPITCH,JOINTPARAMETERSANDFRICTIONANGLEONTHEROCKSLOPESTABILITY,MO
9、NTECARLOSIMULATIONMETHODWASUSEDINTHISPAPERTHERESULTSSHOWTHEDISTRIBUTIONFACTOROFSAFETYUNDERDIFFERENTEFFECTFACTORSFINALLY,THEINFLUENCEOFROCKPOREWATERFILLINGRATEANDANCHORAGEONTHESAFETYFACTORWASANALYZED,ANDTHERESULTSSHOWTHATBOTHTHEOBTAINEDDRAINAGEMEASURESANDANCHORINGMETHODFORENHANCINGTHEROCKSLOPESTABILI
10、TYAREVERYSIGNIFICANTKEYWORDSROCKSLOPESLIDINGFAILURETOPPLINGMONTECARLO陕西理工学院毕业论文第3页共66页目录目录3第一章绪论511选题的意义及背景意义512研究现状6121定性分析法7122定量评价方法813当前研究中存在的主要问题914本文研究的内容和方法10141主要研究内容10142岩石边坡滑动的防治10143主要研究方法11144技术路线12第二章现场调查与室内实验1321现场调查1322室内试验17221土的含水率实验18222土的直接剪切实验1823本章小结23第三章蒙托卡罗数值模拟法基本原理及其岩石边坡常见的破坏
11、模式2431蒙托卡罗数值模拟法基本原理2432常见岩石边坡破坏模式及其判别准则25321滑动破坏26322倾倒破坏2833锚杆（索）加固32331预应力锚杆（索）加固原理32332锚固力P的计算33333最优安装角的确定34334最小锚固长度35335锚固伸长量36336预应力损失3634本章小结36第四章蒙托卡罗数值模拟及结果分析3741蒙托卡罗数值模拟37陕西理工学院毕业论文第4页共66页42结果分析40421坡体的坡高对安全系数的影响规律40422岩体坡角对安全系数的影响规律43423岩体顶面倾角对安全系数的影响规律45424岩体滑动节理层倾角对安全系数的影响规律47425岩体倾倒节理层
12、倾角对安全系数的影响规律48426滑动节理层间距对安全系数的影响规律50427倾倒节理层间距对安全系数的影响规律52428滑动层内摩擦角对安全系数的影响规律53429倾倒层内摩擦角对安全系数的影响规律5643岩石边坡的治理措施58431减小孔隙水充盈率584211坡角支护和锚杆的使用6044本章小结62第五章结论与讨论63致谢64参考文献65陕西理工学院毕业论文第5页共66页第一章绪论11选题的意义及背景意义多年来，滑坡一直困扰着人们，影响着人们的正常生活。中国也是世界上滑坡非常严重的国家之一15，特别是20世纪80年代以来，随着经济建设的逐渐恢复与飞速发展及各种各样自然因素的影响，滑坡灾害呈
13、现出越来越严重的趋势。据初步统计，全国至少有400多个市、县、区、镇，10000多个自然村受到滑坡灾害严重侵害，有证可查的滑坡灾害点40余万处，总面积超过173万KM2占国土总面积的18以上（截止2000年）。近年来，秦巴山地滑坡灾害时有发生，而且频次越来越高，给当地人民的生命和财产带来了巨大的损失也越来越大。随着西部大开发的实施以及西部经济的快速崛起，防灾减灾形势凸显严峻，对滑坡问题的研究和治理日益引起人们的重视，从维护人民群众生命及财产安全和发展地区经济的需要出发，滑坡问题亟待解决，刻不容缓69。秦巴山区就是长江最大支流，即汉水上游的秦岭大巴山及其毗邻地区，地跨甘肃、四川、陕西、重庆、河南
14、、湖北六省市，其主体位于陕南地区。秦巴山区既是陕南的主要产粮区，又是长江上游地区一个重要的生态屏障,而且其秦巴山区的地下矿藏和水资源也十分丰富1014。陕西省的秦巴山区被列为全国11个连片特困地区之一，也将是陕西省今后扶贫开发工作的重点地区和主战场。另外，实施片区扶贫攻坚工程，深入探索区域发展与扶贫攻坚的新机制和新模式，也是国家扶贫开发战略的重大创新和完善。然而，滑坡泥石流等自然灾害却在这个宝地频发，在很大程度上影响了陕南社会、经济和政治的发展。2013年6月18日，暴雨致商洛山体滑坡，一个村几乎被埋没。2012年7月9日，汉中市南郑县法镇及红庙镇两地由于山体滑坡和泥石流等自然灾害造成4人失踪
15、，1人受伤。2011年9月18日，由于多日来强降雨，造成柞水县红岩寺镇跃进村发生一起突发性滑坡，这次滑坡事故造成3人被埋。2011年7月6日略阳县山体滑坡18人死亡，受灾人数达30万。2010年8月3日，在安康市白河县小双乡东村二组也发生了一起山体滑坡事故，这次事故致使5人死亡2人下落不明。在2010年7月18日安康市汉滨区大竹园镇七堰村、岚皋县四季乡木竹村发生的一起特大滑坡灾害中，有14人不幸遇难，35人失踪。2010年5月31日，汉中汉台区河东店镇红旗村沥水沟发生了一切山体滑坡事故，这次滑坡事故致使29户群众的生命财产受到严重的威胁。2008年8月14日凌晨，陕西安康石泉县暴雨引发山体滑坡
16、造成房屋倒塌，致使该县银龙乡两村民死亡。凡此种种，不胜枚举。陕南地区的秦巴山区多年来都是地质灾害的频发区，据相关资料不完全统计，就在19802012年期间，陕西省一共发生崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害近万起，导致超过12万余人死亡，这些自然灾害大多数发生在陕南秦巴山区1519。由于经济的飞速发展以及社会的不断进步，越来越多的边坡工程问题体现在工程活动中。通过长时间的理论总结与工程实践，由于大量工程地质工作者的努力，已对边坡工程形成了比较完善的理论体系，该理论可以对人类工程活动行进非常有效地指导。近年来，随着国际减轻自然灾害十年来的开展以及人们环境保护意识的普遍增强，人类已清楚地认识到人类在进行生
17、产建设的同时，必须顾及到边坡的环境效应，并且把人类的发展置于环境之中，因而相继开展了工程活动与地质环境相互作用研究领域，在这些领域中，边坡作为地质工程的分支之一，一直是人们研究的重点课题。在对滑坡灾害进行研究治理的过程中2022，边坡的稳定性评价一直是滑坡防治中的关键环节之一，它是滑坡预报的重要内容，也是进行工程设计和制定相应防治措施的重要依据。到目前为止，关于滑坡稳定性评价的技术方法已经有很多种，概括起来主要分三大类以极限平衡法为主的传统算法、以有限元为主的模拟计算方法和以现代非线性科学、信息科学为主的新技术方法，传统的边坡稳定性评价方法是以稳定性系数作为评价边坡工程安全性的指标，其计算结果
18、的准确性取决于计陕西理工学院毕业论文第6页共66页算模型的吻合程度和计算参数的准确性。在工程实践中，个别滑坡稳定性系数FS12或更高，在认为是稳定的情况下，滑坡失稳破坏的事件也偶有所闻，其原因是忽视了边坡工程中许多不确定性因数的影响。边坡岩土体是长期地质作用的产物，是一种自然地质体，它所涉及的工程地质条件及岩土体性质参数是复杂的，多变的，随机的，其稳定性受多种因素的影响，如地形地貌、地层岩性、地质构造、地下水作用、地震作用、地应力、气象水文以及人类工程活动等。由于滑坡不同部位的结构构造不同，其稳定性状态也明显不同，因此，在计算工程中，将滑坡的各种影响因素作为稳定性数值，计算出确定的、唯一的滑坡
19、稳定性系数，与实际情况明显不符，得出的稳定性系数并不能客观地反映滑坡的真实安全程度。基于此，滑坡的可靠性分析理论得到了迅速发展，并形成和发展成基于风险概念的可靠性分析方法23。由于在滑坡结构的不同部分的不同的结构，它的稳定性状态是明显不同的，因此，在工程计算时，影响滑坡的稳定性的各种因素，如计算出的值来确定，唯一的滑坡稳定性系数，而实际的情况是与所获得的稳定性系数明显不符而不能客观地反映安全滑坡的实际水平。在此基础上，对滑坡可靠性理论得到了迅速发展，以及可靠性分析方法基于风险的概念的形成和发展本着科学研究为社会服务的基本宗旨，为有效地预防和控制地域特色显著的滑坡灾害的发生，促进国家片区扶贫攻坚
20、工程的实施，本项目立足于秦巴山区滑坡的实际情况，拟在室内物理实验和岩石力学实验的基础上，综合分析秦巴山区土质的力学特性，并借助蒙托卡罗思想，从随机模拟的层面进行动态仿真分析，有望对秦巴山区的防灾减灾工作起到一定的理论指导和技术支撑。12研究现状坡稳定性研究一直是岩土工程领域一项重要的研究内容，影响边坡稳定性的因素主要有内在因素和外部因素两方面，内在因素包括组成边坡的地貌特征、地质构造、岩土体的性质、岩体初始应力、岩土体结构等。外部因素包括水的作用、地震、岩体风化程度、工程荷载条件及人为因素。内在因素对边坡的稳定性起控制作用，外部因素起诱发破坏作用24。自上世纪初到现在，已经形成一系列的边坡稳定
21、性计算方法。虽然有一些方法还有待进一步完善，但是总的说来，边坡的稳定性研究已经形成了比较完善的理论体系。尤其是随着人们对岩石边坡认识的不断深入以及计算机技术的发展，岩质边坡稳定性分析方法近年来发展迅速，取得了一系列研究成果。概括起来，目前边坡的稳定性计算方法主要有极限平衡法，数值分析法、可靠性分析方法以及一些多学科交叉的新技术方法，例如模糊数学、灰色理论、遗传算法和人工神经网络等。张宏涛，赵宇飞，纪洪广，刘应华等人运用GOODMAN节理单元和上限分析定理研究节理岩体边坡稳定情况。他们假设组成岩体的岩块和节理满足MOHRCOULOMB屈服准则的同时，岩块和节理都是理想刚塑性。他们通过把外载或自重
22、的载荷乘子作为目标函数，这样就把边坡稳定性问题变成了带等式约束的非线性数学规划问题，同时运用一种无搜索直接迭代算法来求解。研究结果表明单组节理岩体的节理方向对岩体边坡稳定影响明显25。邵龙潭,唐洪祥,韩国城等人运用有限元应力分析的手段，讨论了边坡稳定安全系数定义的物理意义，通过广义数学规划命题和模式来搜索最危险的滑动面。同时把该方法得到的计算结果和其他方法的计算结果相比较。因为明确了安全系数的定义的同时，条分法中安全系数的定义和该边坡稳定性安全系数的定义具有相同的物理意义，因此该方法计算出的安全系数与条分法计算出的安全系数具有可比性，因此有望运用到工程实际26。李洲结合西南山区某岩石边坡工程，
23、采用弹塑性有限元方法并结合工程地质分析,研究了高边坡在开挖、降雨、地震等多种组合工况下的稳定性，并给出了开挖松动区范围，为工程设计提供了参考。得到以下结论（1）边坡整体是稳定的，不具备产生大规模整体破坏的条件，边坡破坏主要为发生在边坡浅层受结构面控制的局部楔形体失稳破坏，但是块体只要通过一些加固措施的处理，就能满足运营稳定的要求。（2）边坡位移和应力量级及其分布形态，主要取决于边坡岩体的初始应力状态和坡面形态。该工程边坡的拉应力区和塑性区分布深度一般在20M以内,拉应力区主要出现陕西理工学院毕业论文第7页共66页在各级边坡的中上部和各级马道部位,是加固处理应予重视的部位，坡面水平位移量值在15
24、CM左右。（3）边坡开挖过程中,受开挖卸荷效应、爆破等因素的影响,近开挖面一定范围岩体将发生“张开位移”这不仅破坏了边坡岩体结构的完整性,而且开挖松动区的边界很有可能构成边坡失稳的边界条件，因此,开挖松动区是工程技术人员最为关心的问题之一，其范围的确定也具有较大的工程价值。根据各级边坡开挖后的塑性区和拉应力区分布规律，可得到边坡的开挖松动区范围,以供下阶段支护设计参考27。赵华，黄润秋基于岩质边坡的特点，结合这类工程目前存在的相关问题进行分析和讨论，包括有关边坡生态恢复设计的关键技术问题，形成基层结构，使用辅助材料等，提出应注重生态护坡的研究。得出以下结论（1）建议通过数值模拟对支护结构与地基
25、的相互作用、基层等进行分析，从而优化支护结构设计。（2）基层的填固应保证局部和岩体的粘结效果，并解决覆土厚度不足的问题。（3）护坡基层材料应优先使用考虑多孔材料。应该重点研究材料材料性质、组分28。高玮为了解决边坡稳定性的分析问题，他首次把蚁群聚类算法引入岩石边坡工程领域，这是一种新近提出的仿生聚类算法，是分析岩石边坡稳定性问题的新方法。这种方法是根据岩石边坡工程实例的相关资料，通过使用蚁群聚类算法，用工程类比的思想判断岩石边坡的稳定状态。这种算法能自动将岩石边坡分成几种类似的状态。而且判断准确率较高、计算速度较快，所以该方法是一种非常实用并且值得在岩石边坡分析领域推广的新的边坡稳定性分析方法
26、2930。黄美发，景晖，匡兵，钟艳如，蒋向前等人，针对蒙托卡罗方法在测量不确定度评定时存在的收敛速度较慢以及仿真结果不稳定的不足,通过蒙托卡罗数值模拟法进行测量不确定度的评定。大量的结果表明，蒙托卡罗数值模拟法收敛速度快，而且计算结果比较稳定，可以运用于测量不确定度的评定。由于蒙托卡罗数值模拟方法可以简化测量不确定度相关评定流程，同时该方法可以避免实验结果波动较大等缺陷，因此该方法可以简单而又高效地评定测量不确定度中的相关参数，故该方法可以广泛地运用在测量不确定度的评定中31。罗红明，唐辉明，胡斌，余波等人针对反倾层状岩石边坡的岩体结构特点,以弯曲拉裂倾倒变形的地质模型为基础，基于突变理论建立
27、了反倾层状岩石边坡尖点突变模型。从突变条件对边坡的失稳进行了理论分析，并提出了临界失稳深度，在此基础上建立了反倾层状岩石边坡的稳定性评价方法。通过对工程实例进行分析表明，对于反倾层状岩石边坡，该稳定性评价方法是成功有效的32。随着社会经济的发展，人类工程活动越来越向着更深层次发展，在经济建设过程中，将会有许多规模越来越大边坡工程，这些边坡工程其重要程度也会越来越高，并且边坡失稳所造成的地质灾害越来越受到人们的重视。所以边坡稳定性研究一直倍数关注。边坡稳定性分析与评价的目的，一是定性和定量评价与工程有关的天然边坡稳定性；二是为了给合理设计合理地设计人工边坡和边坡变形破坏的防治措施提供理论依据。边
28、坡稳定性分析评价的方法很多，目前，边坡稳定性的分析方法大体可以分为定性分析法与定量分析法。定性分析方法可分为类比法和图解法赤平极射投影、实体比例投影、摩擦圆法等,定量分析方法主要有极限平衡法、数值分析法有限元、边界元、离散元等及可靠度分析方法蒙托卡罗法和随机有限元法等。另外,还有诸如模糊数学分析法、灰色理论分析法及神经网络分析法等33。现在简要归纳如下121定性分析法定性分析法分析影响边坡稳定性的主要因素、变形破坏的可能方式、失稳的力学机制及工程的综合功能等，同时也对边坡的成因及演化历史进行分析，以此来评价边坡稳定状况及其可能发展趋势。定性分析方法的优势在于它可以综合考虑影响边坡稳定性的因素，
29、快速地对边坡的稳定性做出评价和预测。常用的方法有52（1）地质分析法（历史成因分析法）地质分析法是根据边坡的地形地貌形态、地质条件和边坡变形破坏的基本规律，追溯边坡演变的全过程，预测边坡稳定性发展的总趋势及其破坏方式，从而对边坡的稳定性做出评价，对已发生陕西理工学院毕业论文第8页共66页过滑坡的边坡，则判断其能否复活或转化。（2）工程地质类比法工程地质类比法是将自然边坡或人工边坡的研究设计经验总结出来，然后将这种经验应用到条件相似的新边坡的研究和人工边坡的研究设计中去。这种方法需要详细的调查研究已有边坡，并且全面分析工程地质因素的相似性和差异性，分析影响边坡变形发展的主导因素的相似性和差异性，
30、同时，还应考虑工程的类别、等级及其对边坡的特定要求等。这种方法虽然是一种经验方法，但是往往在边坡设计中，尤其是设计中小型工程时，该方法很通用的方法。（3）图解法图解法可以分为两类用一定的曲线和偌谟图来表征边坡有关参数之间的定量关系，由此求出边坡稳定性系数，或已知稳定系数及其它参数（结构面倾角、坡角、坡高）仅一个未知的情况下，求出稳定坡角或极限坡高。这是力学计算的简化。利用图解求边坡变形破坏的边界条件，分析软弱结构面的组合关系，分析滑体的形态、滑动方向，评价边坡的稳定程度，为力学计算创造条件。常用的为赤平极射投影分析法及实体比例投影法。（4）边坡稳定专家系统工程地质领域最早研制出的专家系统是用于
31、地质勘察的专家系统PROPECTER，由斯坦福大学于70年代中期完成的。另外，MIT在80年代中期研制的测井资料咨询的专家系统也得到成功地应用。在国内，许多单位正在进行研制，并取得了很多的成果。专家系统使得一般工程技术人员在解决工程地质问题时能象有经验的专家给出比较正确的判断并做出结论，因此，专家系统的应用为工程地质的发展提供了一条新思路。122定量评价方法实质是一种半定量的方法，虽然评价结果表现为确定的数值，但最终判定仍依赖人为的判断。目前，所有定量的计算方法都是基于定性方向之上。（1）极限平衡法在边坡工程领域，使用时间最长，积累经验最多的边坡稳定性分析方法是极限平衡法。目前许多边坡稳定分析
32、方法都是建立在极限平衡理论基础之上，而且大都采用刚体极限平衡法，这个方法以摩尔库仑抗剪强度理论为基础，将滑坡体划分为若干条块，建立作用在这些条块上的力的平衡方程式，求解安全系数。这个方法，没有像传统的弹、塑性力学那样引入应力应变关系来求解本质上为静不定的问题，而是直接对某些多余未知量作假定，使得方程式的数量和未知数的数量相等，因而使问题变得静定可解。根据边坡破坏的边界条件，借助于野外勘测和其他方法确定边坡破坏面或者潜在的破坏面，利用三维或二维力的平衡或力矩平衡，应用力学分析的方法，对可能发生的滑动面，在各种荷载作用下进行理论计算和抗滑强度的力学分析。通过反复计算和分析比较，对可能的滑动面给出稳
33、定性系数，来评价边坡的稳定性。只不过，极限平衡法的基本出发点是把岩块作为一个刚体,为方便计算作了一些假定,不考虑岩体的应力应变关系,因而这种建立在刚体极限平衡理论上的稳定性分析方法无法考虑边坡的变形与应力分布33。安全系数只是由确定的信息得到的一个定值，它未能考虑计算参数客观存在的变异性。也就是说，安全系数的大小并不能完全确切地表征边陕西理工学院毕业论文第9页共66页坡的安全程度。经验丰富的专家无论是在评价还是在设计时，均采用保守的做法，以此来弥补这种变异性所带来的边坡破坏不可知性34。（2）数值计算方法进行岩石边坡的稳定性分析运用数值方法有许多优点。因为一般的岩石边坡工程所处的边界条件和地质
34、环境相对而言都是比较复杂的,而且岩体具有不连续性、不均匀性、各向异性等特性,所以使得边坡问题变得十分的复杂,数值方法它是基于岩体的破坏准则，通过确定边坡的塑性区、拉裂和压碎区，分析边坡渐进破坏过程和确定边坡起始破坏部位，因此可以得到岩石边坡的应力场、应变场和位移场，可以分析边坡工程的分布开挖、边坡岩体与加固结构的相互作用，可以考虑地下水渗流、爆破和地震等因素对边坡稳定性的影响等35。随着计算机技术的飞速发展，数值方法在岩石边坡稳定性分析中正发挥着越来越重要的作用。（3）其他方法当前岩石边坡工程中所涉及的岩体形成于不同条件、不同环境，经地壳多次运动作用。既有宏观上的不连续性又有微观上的不连续性，
35、所以不同的研究方法从不同的角度对岩石边坡的稳定性及相关问题进行了分析研究，如离散元从离散块体的角度对边坡进行应力和位移计算，而极限平衡方法仅从考虑变形破坏的极限状态来进行分析。但是岩体的形态往往比较复杂，确定性的计算方法又不能将其复杂性概括。所以通过抽象的数学模型得到的确定性的解往往与实际情况存在着很大的差异。基于此，近年来国内外出现了许多的不确定性的研究方法。在边坡工程中，影响边坡稳定性因素的敏感性分析也非常重要。当前最常用的敏感性分析方法首先是选定一个技术指标，再通过该指标确定其影响因素和变动的范围。传统的敏感性分析主要缺点是，它是一种对各参数变化大量试算的分析方法。这种方法其计算量比较大
36、，而且还要做复杂的数据准备工作。夏元友、熊海丰基于人工神经网络的非线性映射功能，用RBF神经网络模型进行边坡稳定性影响因素敏感性分析，同时将正交表试验设计理论、效用函数理论与神经网络结合起来进行边坡影响因素敏感性分析，最后以圆弧滑动边坡工程实例为例给出敏感性分析的具体算法。最后将该算法得到的分析结果和传统理论得到的分析结果进行了比较分析。从分析结果得到，对边坡稳定性影响因素进行敏感性分析时，运用用人工神经网络方法具有简便，可靠的优点38。岩石边坡稳定性分析在边坡工程当中具有非常重要的作用。尤其是近十几年来在边坡稳定性分析领域取得了许多的研究成果。许多传统的研究方法不断被完善优化，一些新的理论新
37、的研究方法不断应用到边坡稳定性分析领域。虽然当前岩石边坡稳定性分析方法有许多种，但是现行的边坡稳定性分析方法很多，但是大多数都属于极限平衡法的范畴。这些研究方法虽然简便易行，但这种方法都将滑体视为一个刚体，而且边界条件也过于简化，所有得到的安全系数要么过于浪费要么就是偏于不安全。所以在边坡稳定性分析领域从未来发展的趋势看，应该努力研究出一些新方法新理论来来克服、完善以上综述的缺点35。13当前研究中存在的主要问题在岩石边坡稳定性分析领域，虽然现行的边坡稳定性分析方法很多中,但是它们大多数属于极限平衡法的范畴。这些研究方法虽然简便易行，但这种方法都将滑体视为一个刚体，而且边界条件也过于简化，所有
38、得到的安全系数要么过于浪费要么就是偏于不安全。然而在通过分析结果如何评估岩石边坡的稳定性，到目前为止，还没有形成一个完善的、在边坡工程领域普遍被接受的方法。同时,岩石边坡由于它本身的复杂性、岩体本构关系确定的人为性、单元间应力的不连续性等等。而且影响边坡稳定性的因素很多，所以使得岩石边坡的数值分析还需要进一步的研究发展。岩石边坡工程实际情况的复杂性和影响因素的多样性,往往采用单纯一种方法如极限平衡法或有限元法不能完全准确评判一个边坡的特性3940。陕西理工学院毕业论文第10页共66页边坡稳定性分析是不确定性问题，具有随机性、模糊性。以上这些计算方法存在两个缺陷1）以上这些方法为定值方法，无论是
39、直接确定的安全系数还是间接确定的安全系数都是单一的数值，没有考虑实际影响因素所存在的不确定性，所得到的安全系数并不能完全反映所要研究的对象真实的安全度和可靠度。而且也没有考虑不同条件不同环境实际松散岩体中各种不确定因素，所以得到的安全系数不具有代表性。2）没有综合考虑各种因素在同时变化的时候，对确定安全系数的影响。所以得到的安全系数不够全面。岩体稳定性分析中采用新方法新理论，如神经网络、模糊数学方法等，虽然发展迅速，但还是不够完善，没有得到普遍应用。14本文研究的内容和方法141主要研究内容（1）对蒙托卡罗数值方法在边坡稳定性分析中的应用做基本介绍，包括基本原理等等。（2）充分调查秦巴山区典型
40、滑坡，研究分析滑坡区域的地质条件，系统分析滑坡的基本特征，类型结构，影响因素及其演化机制，为边坡的稳定性研究提供理论基础。（3）对采集的各滑动面的试样进行室内岩石力学强度等试验，从土力学的角度深入了解典型滑坡岩质的物理力学性质，进一步分析滑坡发生的内在因素，获取边坡稳定性计算所需的岩体参数。为提出防治滑坡的措施提供理论依据。（4）根据边坡稳定理论，构建滑坡的计算模型。根据蒙托卡罗随机模拟理论进行安全稳定性分析，研究坡角、坡高、岩石节理方向和岩块大小、密度、粗糙程度等对安全系数的影响规律。图11理想化岩石边坡几何模型（5）根据研究结果，提出防治滑坡的有效措施。142岩石边坡滑动的防治在岩石边坡工
41、程中，岩石边坡滑坡现象已经屡见不鲜，由于岩石边坡滑坡造成的危害也是大大影响了人们的正常生活，为了避免这种危险情况的发生，应该采取相应的治理措施来进行防治41。（1）降低岩石剪应力降低岩石剪应力的做法是一种非常有效的方法，这种方法通过将岩石边坡的坡脚整平以减小有陕西理工学院毕业论文第11页共66页滑动危险的岩体重量，在岩石边坡施工中，在岩石边坡高度较小的情况下，可以通过削缓坡面的方式缩小坡面与水平面的夹角；如果岩石边坡高度较大，则可以采用台阶式的方式，将整个坡面分成多个小段削缓，这样可以有效地降低岩石边坡的滑动性。另外，也可以通过修建挡土墙减少岩石边坡的滑动性，但是修建挡土墙的要求是挡土墙必须修
42、建在比较稳定的地层上，防止挡土墙与边坡滑动体一同滑落。在滑动体上打桩可以防止滑落的现象，桩可以选择打入式的或灌注式的，为避免滑动体渗水引起滑落的现象发生，可在挡土墙底部的位置设置排水设施，用来避免滑动体渗水引起的滑落现象。（2）改变岩石的物理性质改变岩石的性质也可以降低岩石边坡的滑动性，地下水和地表水是影响岩石性质的主要因素，因此，改变岩石的物理性质，就是通过一定的有效措施将存在于岩石边坡中的地下水和地表水予以排除，采用修建排水沟的方式控制水对岩石边坡的影响，排水沟有明沟和暗沟两种，它们起到排除地下水的功能，排除地下水是降低岩石边坡中的水含量的唯一办法。修建截水沟，可以拦截从岩石边坡上部留到下
43、部的地表水，在修建截水沟时，必须保证其具有良好的防渗透性，这有这样才能有效地排除地表水。修建排水巷道，可以排除岩石边坡滑动岩体下部的地下水。除此之外，还有很多种方法可以改变岩石的物理性质，如冻结法、水泥胶结法、电化学法等，而修建排水沟、截水沟、排水巷道等方法在改变岩石物理性质加固边坡的牢固性中是比较常用的方法。（3）消弱滑坡形成作用在防止岩石边坡滑动的方法中，消弱滑坡的形成也是一个很好的方法。主要工作就是修建防护堤、导流堤等方式来防止岩石坡脚受到地表水冲刷。（4）生态护坡岩石边坡，尤其是坡角较大的岩石边坡，由于其本身地形及结构条件的限制，如果进行生态恢复与重建工作将具有很大的难度。赵华，黄润秋
44、等人基于岩石边坡的特点，并结合边坡工程目前所存在的问题，对有关的关键技术问题进行了分析探讨，包括与生态恢复相关的坡型设计、基层结构的形成、辅助材料的运用等，提出了生态护坡是今后重点研究的方向42。143主要研究方法蒙托卡罗数值模拟法是蒙托卡罗模拟法和室内模拟试验的结合，蒙托卡罗方法又称计算机随机模拟方法。蒙托卡罗方法是一种采用统计抽样理论近似地求解数学问题或物理问题的方法，其基本思想是首先建立与所描述问题有相似性的概率模型，并利用这种相似性把这个概率模型的某些特征如随机变量的均值、方差等与数学计算问题的解答联系起来，然后对模型进行随机模拟或统计抽样，最终利用所得结果求出这些特征的统计估计值作为
45、原来的数学计算问题的近似解43。由于蒙托卡罗方法能够比较逼真地描述事物的特点及物理实验过程，可以解决一些数值方法难以解决的问题，因此蒙托卡罗方法的应用领域越来越广泛。所以采用蒙托卡罗数值模拟法确定安全系数，不仅可以提高计算效率，而且可以得到多个数值，将蒙托卡罗数值模拟法应用到边坡稳定性分析领域，通过模拟可以得到安全系数的一个分部概率，因为模型和实际问题之间有相似之处，这些生成的数值就可以模拟实际问题中随机因素的变化，最后，这个模型的计算特征值即输出变量的值或标准偏差等可以为实际问题提供一个近似解决方案44。综合分析得到的安全系数更具有代表性，更加接近实际情况。随着计算机技术的不断发展，数值模拟
46、次数得到不断提高，相应的计算结果也更加精确。采用蒙托卡罗方法进行边坡稳定性分析，陕西理工学院毕业论文第12页共66页根据分析的结果评估边坡的稳定性具有很多优势，相比其他方法该方法能更合理地描述和反映滑坡的稳定状态和安全程度，这对滑坡的稳定性评价具有十分重要的意义。144技术路线1现场调查调查秦巴山区典型滑坡，收集相关的资料。对秦巴山区滑坡进行现场调查。2室内试验进行室内裂隙砂土含水率，剪切强度等试验。3数值模拟采用蒙托卡罗数值模拟法，对影响岩石边坡稳定性的各个因素进行了数值模拟。4结果分析根据蒙托卡罗随机模拟理论进行安全稳定性分析，探索坡高，坡角，顶面倾角，滑动节理层间距，倾倒节理层间距，滑动
47、节理层倾角，倾倒节理层倾角，空隙水压力，锚固作用对安全系数分布规律的影响，提出岩石边坡滑动防治的方案。基于蒙托卡罗数值模拟法对岩石边坡稳定性的研究秦巴山区滑坡现场调查进行室内岩石裂隙砂土剪切试验结构坡角大小结构坡高大小岩石节理岩石内摩擦角岩石孔隙水充盈率边坡稳定性分析蒙托卡罗数值模拟得出结论与建议锚固作用陕西理工学院毕业论文第13页共66页第二章现场调查与室内实验21现场调查秦巴山区指长江最大支流，即汉水上游的秦岭大巴山及其毗邻地区，地跨甘肃、四川、陕西、重庆、河南、湖北六省市，其主体位于陕南地区。然而，滑坡泥石流等自然灾害却在这个宝地频发，在很大程度上影响了陕南社会、经济和政治的发展。为了进
48、一步了解该地区滑坡的相关情况，近日，通过实地考察，了解到陕南部分地区滑坡严重。很大程度上影响力人们的正常生活。图21陕南地区随处可见岩石边坡图22包茂高速公路塌方路段图22为塌方的包茂高速公路安康至西安方向滚子沟隧道路段，该次塌方事故未造成人员伤亡，但有大量受阻车辆和群众。陕西理工学院毕业论文第14页共66页图23滑坡严重影响交通图24滑坡的岩石碎块堆积在公路中间位于陕西省汉中市城固县城南12公里董家营，公路一侧大多为岩石边坡，其滑坡相当严重，大面积的滑坡已经严重阻碍了这里的道路交通。图23和图24为该地区某一路段的滑坡，很明显的看出由于岩石滑坡导致了交通不便。陕西理工学院毕业论文第15页共6
49、6页图25岩石滑坡的滑动断面走进观察该处岩石滑坡的滑动断面，可以发现岩石文理清晰可见，分层比较明显，大多属于条状，块状。侧面观察该边坡的坡角，大概是60左右，坡高为4米左右。那么是什么导致该边坡滑动的呢图26边坡主要是岩石和砂土组成仔细观察该边坡的组成，不难发现，该边坡并不是单纯的岩石边坡，它主要是岩块和分化的砂土的混合物。陕西理工学院毕业论文第16页共66页（A）（B）图27岩质边坡滑动倾倒层节理从图27可以很明显的看出由于风化作用，岩石出现十分明显的岩石节理，红色线为滑动层节理，绿色线为倾倒层节理。陕西理工学院毕业论文第17页共66页图28人工护坡为了防治边坡的滑坡，该地区的人们已经采取了相应的措施，对边坡进行了加固。如图28所示。22室内试验由于条件限制，实验室没办法做岩石相关力学强度实验，我们知道，如果岩体是一个整体，不可能产生滑坡，正是因为长年累月岩体的风化作用使整块的岩体产生了岩石节理，岩石节理中的裂隙水对岩体有浸润作用。岩石节理中的裂隙砂土的抗剪强度都会影响岩石边坡的稳定性。所以经过现场调查之后，取了一些裂隙砂土回到实验室测其相应的指标。主要的实验有裂隙砂土的含水率实验，裂隙砂土的直接剪切实验。图29现场采集的岩石和砂土陕西理工学院毕业论文第18页共66页221土的含水率实验一、实验方法酒精燃烧法二、实验土样砂类土三、主要仪器设备称量盒
