巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法的綜述

1、o邊坡分類公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范中提出,土質(zhì)路塹邊坡坡高大于20m,巖質(zhì)或土石混合路塑 邊坡坡高大于30m為高邊坡,路堤邊坡坡高大于20m為高邊坡,坡度超過(guò)1:都為 斜坡路堤 ;、邊坡安全性評(píng)價(jià)方法研究現(xiàn)狀二十世紀(jì) 60年代以前,自然災(zāi)害研究主要限于災(zāi)害機(jī)理及預(yù)測(cè)研究 ,針對(duì)邊坡工程的研究多是基于邊坡失穩(wěn)的機(jī)理分析 , 所以在這一時(shí)期發(fā)展起的邊坡安全 性評(píng)價(jià)方法主要是著眼于邊坡失穩(wěn)機(jī)理的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法。 70年代以后,隨著自然災(zāi)害破壞損失的加劇 , 促使人們拓寬了災(zāi)害研究領(lǐng)域 , 在繼續(xù)深入研究災(zāi)害發(fā) 生機(jī)理的同時(shí) , 開(kāi)始了滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析與安全性評(píng)價(jià)工作。 在我國(guó) 80年代以后 ,隨著地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)

2、域相關(guān)理論的發(fā)展 , 地質(zhì)災(zāi)害的安全性評(píng)價(jià) （ 又稱危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)或 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) ）才起步, 并應(yīng)用于我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)中。 由于邊坡系統(tǒng)與周圍環(huán)境密切 相關(guān), 是一個(gè)龐大的、復(fù)雜的系統(tǒng)工程 , 在其分析過(guò)程中存在大量的主觀和客觀上 的不確定性。并且 , 對(duì)邊坡失穩(wěn)機(jī)理至今還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí) , 所以如何充分利 用具有可變性、多樣性、不確定性（模糊性、隨機(jī)性 ）和不完全性特征的多源信息 ,實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡安全穩(wěn)定性的科學(xué)分析與評(píng)價(jià) , 是一個(gè)急待解決的問(wèn)題 , 這些顯然是 傳統(tǒng)的基于失穩(wěn)機(jī)理的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。因此 , 近年來(lái)在邊坡工 程中 , 基于一些新理論和新方法 （ 如模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

3、、灰色理論等 ）的邊坡安全性評(píng)價(jià)方法得到了快速的發(fā)展 , 這些方法的共同點(diǎn)都是通過(guò)綜合考慮影響邊坡 穩(wěn)定的各種確定和不確定性因素 , 對(duì)邊坡工程進(jìn)行整體安全性的綜合評(píng)價(jià) , 對(duì)邊 坡工程安全性評(píng)價(jià)研究起到了極大的推動(dòng)作用。綜上 , 人類對(duì)于邊坡安全性評(píng)價(jià)的研究工作基本上經(jīng)歷了由表及里 , 由淺入 深、由經(jīng)驗(yàn)到理論、由定性到定量、由單一指標(biāo)評(píng)價(jià)到綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)、由傳統(tǒng)理 論方法到新理論、 新技術(shù)的發(fā)展過(guò)程。 在這一發(fā)展過(guò)程中各種邊坡安全性評(píng)價(jià)方 法應(yīng)運(yùn)而生。 目前工程界對(duì)邊坡安全性評(píng)價(jià)方法大致可分為定性分析方法、 定量 分析方法和不確定性分析方法。定性分析方法邊坡安全穩(wěn)定的定性分析方法主要是通過(guò)工

4、程地質(zhì)勘察 , 分析邊坡穩(wěn)定的主 要影響因素及可能的破壞形式和失穩(wěn)的力學(xué)機(jī)制等。主要分析邊坡的發(fā)育歷史 從它的過(guò)去推測(cè)它的現(xiàn)在及其未來(lái)的安全穩(wěn)定趨勢(shì) ; 對(duì)邊坡安全穩(wěn)定進(jìn)行多因素 分析, 在大量的調(diào)查研究基礎(chǔ)上 , 依據(jù)與該邊坡工程地質(zhì)條件相似的邊坡安全穩(wěn) 定狀況 , 來(lái)評(píng)價(jià)該邊坡的安全穩(wěn)定情況 , 并類比推測(cè)其未來(lái)的安全穩(wěn)定趨勢(shì)。 該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以綜合考慮影響邊坡安全穩(wěn)定性的多種確定和不確定因素, 快速地 對(duì)邊坡的安全穩(wěn)定狀況及其發(fā)展趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)。 對(duì)邊坡安全穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法 的發(fā)展起到了很大的促進(jìn)作用。其最大的缺點(diǎn)就是人為主觀因素太多 , 依賴專家 經(jīng)驗(yàn), 在相同的環(huán)境地質(zhì)等條件下不同

5、經(jīng)驗(yàn)水平的人有可能會(huì)得出不同的結(jié)論。其主要方法包括自然 （成因）歷史分析法、工程類比分析法、 圖解法、數(shù)據(jù)庫(kù)和專 家系統(tǒng)分析法定量分析方法邊坡安全穩(wěn)定性定量分析方法與定性分析方法是相互聯(lián)系的 , 定性分析是進(jìn) 行定量分析的基礎(chǔ) , 而定量分析為定性分析的補(bǔ)充。邊坡安全穩(wěn)定性定量分析方 法的基本思想就是在進(jìn)行地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上 , 將邊坡系統(tǒng)這一復(fù)雜問(wèn)題通過(guò)合理 的抽象,得到簡(jiǎn)化的模型 , 并通過(guò)參數(shù)的調(diào)節(jié)選取 , 最終得到一個(gè)適宜可行的邊坡 模型進(jìn)行邊坡安全穩(wěn)定性的定量計(jì)算。 邊坡安全穩(wěn)定性定量分析方法中運(yùn)用最為 廣泛的分為兩大類 :一是基于極限平衡理論的極限平衡分析法 ; 二是數(shù)值分析法 ,其

6、中包括有限元法、離散元法、邊界元法等。極限平衡分析法極限平衡分析理論是邊坡穩(wěn)定分析最經(jīng)典的確定性分析方法 , 該方法的兩個(gè) 關(guān)鍵就是確定最危險(xiǎn)滑面和選取計(jì)算模型。 其具體分析過(guò)程是將具有滑動(dòng)趨勢(shì)范 圍內(nèi)的邊坡巖土體按照某種規(guī)則劃分為諸多小塊體 , 通過(guò)考慮每個(gè)塊體的平衡條 件建立起整個(gè)邊坡的平衡方程 , 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行邊坡安全穩(wěn)定性分析。該方法是 最早在工程實(shí)踐中應(yīng)用、 也是目前最廣泛使用的一種定量分析方法。 經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,目前已有了諸多種極限平衡分析方法,如:Fellenius法（瑞典圓弧條分法）、Bish op 法、Janbu 法、Morge nste mPrince 法、剩余推力法、S

7、arma 法、楔 體極限平衡分析法等等。極限平衡法將巖土體視為剛體 , 不考慮巖土體變形 , 但塊體間進(jìn)行力傳遞 , 巖, 其形狀一般為土體的破 壞是由滑動(dòng)體沿滑動(dòng)面產(chǎn)生滑動(dòng)引起的。通常假設(shè)滑動(dòng)面為已知 平面、圓弧面、對(duì)數(shù)螺旋面或其它不規(guī)則面 , 通過(guò)考慮坡體上由滑動(dòng)面形成的滑體及其分塊 的靜力平衡 , 分析坡體的受力狀態(tài)以及坡體上的下滑力和抗滑力之間的定量關(guān)系來(lái)評(píng)價(jià)邊坡 的安全穩(wěn)定性。 極限平衡分析方法由于其計(jì)算簡(jiǎn)單 , 物理意義明確 , 參數(shù)和安全系數(shù)可以結(jié)合 室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)、工程經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)規(guī)范確定 , 所以得到了廣泛的應(yīng)用 , 其理論發(fā)展也相對(duì)比較完 善。但是其也存在諸多不足之處 ,主要有

8、,一是將巖土體視為剛體不考慮變形 ,明顯與實(shí)際情 況有較大出入 , 從而無(wú)法評(píng)價(jià)由變形引起的邊坡破壞 ; 二是滑坡主滑面的確定存在不確定性 尤其是復(fù)雜滑坡問(wèn)題 ,其滑面性質(zhì)變化大主滑面不易確定 ; 三是計(jì)算中荷載考慮為集中力 ,沒(méi) 有考慮應(yīng)力的不均勻分布以及對(duì)應(yīng)的邊坡破壞特征。因此該方法比較適用于幾何特征明確、 結(jié)構(gòu)面性質(zhì)相對(duì)單一的邊坡穩(wěn)定性分析。規(guī)范中采用圓弧滑動(dòng)法計(jì)算 Ks瑞典圓弧法簡(jiǎn)化 Bishop 法 簡(jiǎn)化 Janbu 法數(shù)值分析方法極限平衡分析法雖然計(jì)算簡(jiǎn)單、物理意義明晰 , 但無(wú)法考慮巖土體內(nèi)部應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系、 材料非線性、 巖土體的應(yīng)力歷史及加載應(yīng)力條件等。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù) 的應(yīng)

9、用與發(fā)展 , 數(shù)值模擬技術(shù)在邊坡安全穩(wěn)定分析評(píng)價(jià)中得到廣泛應(yīng)用 , 為邊坡的變形和材料強(qiáng)度安全穩(wěn)定性分析提供了強(qiáng)大的計(jì)算工具。其代表有有限元FEM離散元DEM此外,在數(shù)值模擬技術(shù)方面的另一標(biāo)志性成就是 FLACK值分析方法的提出。這種方法不僅可以考慮材料的非線性 , 而且可以使塑性破壞和塑 性流動(dòng)得到體現(xiàn) ;并采用顯式時(shí)間差分解析法 , 使運(yùn)算速度大大提高 ; 該方法適用 于求解非線性大變形 , 但其仍節(jié)點(diǎn)位移連續(xù) , 故本質(zhì)上仍屬于求解連續(xù)介質(zhì)范疇。利用數(shù)值分析法研究邊坡安全穩(wěn)定性 , 彌補(bǔ)了極限平衡法不能反映巖土體的應(yīng)力 一應(yīng)變關(guān)系以及與實(shí)際狀態(tài)不完全相符的不足 ,計(jì)算結(jié)果比較精確。但數(shù)值

10、分析方法也存在局限性 , 主要表現(xiàn)為 : 一是地質(zhì)條件和現(xiàn)有理論技術(shù) 的局限性 , 使得邊坡地質(zhì)模型和本構(gòu)關(guān)系的確定不可避免的存在誤差 ; 二是現(xiàn)有技術(shù)手段下計(jì)算參數(shù)的選取誤差對(duì)計(jì)算精度的影響較大; 三是作為數(shù)值理論和方 法載體的數(shù)值軟件也存在一定的偏差。有限元(FEM)法有限元法是一種十分成熟的數(shù)值方法 , 它幾乎可適用于所有的計(jì)算領(lǐng)域。該 方法在邊坡巖土體的穩(wěn)定性分析中最早 (1967) 得到應(yīng)用,也是目前最廣泛使用的 一種數(shù)值分析方法。 目前, 已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多個(gè)二維及三維有限元分析程序 , 可以用來(lái) 求解彈性、彈塑性、粘彈塑性、粘塑性等問(wèn)題。有限元的基本思想是將一個(gè)連續(xù)體離散化 ,變換成有

11、限數(shù)量的有限大的單元集合, 這些單元之間只通過(guò)結(jié)點(diǎn)來(lái)連接和制約 , 用變換后的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)代替實(shí)際的 系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)分析來(lái)進(jìn)行處理。其原理其實(shí)可用支配方程來(lái)闡述 :KD=R式中 :K 整體剛度矩陣 ;D 整體結(jié)點(diǎn)位移 ;R 整體等效荷載。盡管有限元應(yīng)用十分廣泛 , 但它還不能很好地求解大變形和位移不連續(xù)等問(wèn) 題, 對(duì)于邊坡穩(wěn)定分析中的無(wú)限域、應(yīng)力集中問(wèn)題等的求解還不理想。邊界元（BEM）法邊界元法是 20世紀(jì) 70年代發(fā)展起來(lái)的一種數(shù)值方法 ,Cronch S L 于1976 年首先將其應(yīng)用于分析層狀巖體的開(kāi)挖穩(wěn)定問(wèn)題。與有限元方法不同 ,它只對(duì)研究區(qū)的邊界進(jìn)行離散 , 因而它要求的數(shù)據(jù)輸入量

12、較少。邊界元法本質(zhì)上是求解邊 界積分方程的一種數(shù)值方法 , 它與有限元法有某些相似之處 ,通過(guò)形函數(shù)對(duì)單元進(jìn)行等參變換 , 其基本未知量是邊界單元上的函數(shù)值。該方法對(duì)處理無(wú)限域和半 無(wú)限域問(wèn)題較為理想。邊界元法的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用Guass定理使問(wèn)題降階，將三維問(wèn)題化為二維問(wèn)題， 將二維問(wèn)題化為一維問(wèn)題 ,大大減少了計(jì)算工作量 ,并保持了較高的精度。邊界元法的缺點(diǎn)是必須事先知道求解問(wèn)題的控制微分方程的基本解 , 它在處理材料的非 線性、不均勻性、模擬分步開(kāi)挖等方面還遠(yuǎn)不如有限元法 , 尤其對(duì)于非線性問(wèn)題 ,基本解的求出十分困難 , 它同樣不能求解大變形問(wèn)題 ,它目前在邊坡巖體穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用還遠(yuǎn)不如

13、在地下洞室中應(yīng)用廣泛。無(wú)界元（IDEM）法為了克服有限元法在計(jì)算時(shí)其計(jì)算范圍和邊界條件不易確定的這一缺 點(diǎn) ,Bettess P 于 1977年提出了無(wú)界元方法。它可以看作是有限元方法的推廣它采用了一種特殊的形函數(shù)及位移插值函數(shù) , 能夠反映在無(wú)窮遠(yuǎn)處的邊界條件 ,近年來(lái)已比較廣泛地應(yīng)用于非線性問(wèn)題、 動(dòng)力問(wèn)題和不連續(xù)問(wèn)題等的求解。 無(wú)界 元的優(yōu)點(diǎn)是有效地解決了有限元方法的 /邊界效應(yīng) 0及人為確定邊界的缺點(diǎn) , 在 動(dòng)力問(wèn)題中尤為突出 ;顯著地減小了解題規(guī)模 , 提高了求解精度和計(jì)算效率 , 這一 點(diǎn)對(duì)三維問(wèn)題尤為顯著。它目前常常與有限元法聯(lián)合使用 , 互取所長(zhǎng)?？焖倮窭嗜辗治觯‵LAC）

14、法為了克服有限元等數(shù)值分析法不能求解巖土大變形問(wèn)題的缺陷 , 最早由Cundall P A提出了 FLAC數(shù)值分析方法,它是一種顯式時(shí)間差分解析法，由美國(guó)Itasca 咨詢公司首先使用并推廣。 該方法基于牛頓運(yùn)動(dòng)定理 , 考慮到材料的非線 性和幾何學(xué)上的非線性 , 使用了離散模型方法、動(dòng)態(tài)松弛方法和有限差分方法三 種技術(shù)將連續(xù)介質(zhì)的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程轉(zhuǎn)化為離散節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程和離散單元的本 構(gòu)方程求解 , 即首先由節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力和外力 （或速度）變化和時(shí)間步長(zhǎng)利用虛功原理求節(jié)點(diǎn)不平衡力和速度 , 再根據(jù)單元的本構(gòu)方程 , 由節(jié)點(diǎn)速度求單元的應(yīng)變?cè)隽俊?應(yīng)力（或位移）增量和總應(yīng)力 , 進(jìn)而進(jìn)入新的循環(huán)。該方

15、法較有限元方法能更好地 考慮巖土體的不連續(xù)性和大變形特征 , 求解速度較快 , 適用于求解非線性大變形 ,但其缺點(diǎn)是同有限元方法一樣 , 計(jì)算邊界、單元網(wǎng)格的劃分帶有很大的隨意性 本質(zhì)上仍屬于求解連續(xù)介質(zhì)范疇的方法。1）快速拉格朗日有限差分法連續(xù)介質(zhì)快速拉格朗日法是基于顯式差分法來(lái)求解偏微分方程， 將計(jì)算區(qū)域 劃分為差分網(wǎng)格后， 對(duì)某一節(jié)點(diǎn)施加荷載， 該節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程可以寫(xiě)成時(shí)間步長(zhǎng)At的有限差分形式，在某一個(gè)微小的時(shí)段內(nèi)，作用在該節(jié)點(diǎn)的荷載只對(duì)周圍的若干節(jié)點(diǎn)有影響。根據(jù)單元節(jié)點(diǎn)的速度變化和時(shí)段A t可以求出單元之間的相對(duì)位移，進(jìn)而可以求出單元應(yīng)變； 再由單元材料的本構(gòu)方程求單元應(yīng)力， 隨著時(shí)

16、段 的增長(zhǎng)，這一過(guò)程將擴(kuò)展到整個(gè)計(jì)算范圍， 直到邊界； 計(jì)算得到單元之間的不平 衡力，將此不平衡力重新加到各節(jié)點(diǎn)上， 再進(jìn)行下一步的迭代運(yùn)算， 直到不平衡 力足夠小或者各節(jié)點(diǎn)的位移趨于平衡為止。 求解過(guò)程中若某一時(shí)刻各個(gè)節(jié)點(diǎn)的速 度已知，則根據(jù)高斯定理可求得單元的應(yīng)變率， 然后根據(jù)材料的本構(gòu)方程就可求 得單元的新的應(yīng)力。對(duì)于平面問(wèn)題，將具體的計(jì)算對(duì)象用四邊形單元?jiǎng)澐殖捎邢薏罘志W(wǎng)格， 每個(gè)單元可以再劃成兩個(gè)常應(yīng)變?nèi)切螁卧?三角形單元的有限差分公式用高斯 發(fā)散量定理的廣義形式推導(dǎo)得出。離散元（DEM法離散元法是由Cundall P A于20世紀(jì)70年代首先提出應(yīng)用于巖土體穩(wěn)定性分析的一種數(shù)值分

17、析方法。它是一種動(dòng)態(tài)的數(shù)值分析方法 , 可以用來(lái)模擬邊坡巖 體的非均質(zhì)、不連續(xù)和大變形等特點(diǎn) ,因而, 也就成為目前較為流行的一種巖土體 穩(wěn)定性分析數(shù)值方法。該方法在進(jìn)行計(jì)算時(shí) , 首先將邊坡巖體劃分為若干剛性塊 體（目前已可以考慮塊體的彈性變形 ）, 以牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ) ,結(jié)合不同本構(gòu)關(guān)系, 考慮塊體受力后的運(yùn)動(dòng)及由此導(dǎo)致的受力狀態(tài)和塊體運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間的變 化。它允許塊體間發(fā)生平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng),甚至脫離母體下落,結(jié)合CAD技術(shù)可以在計(jì)算 機(jī)上形象地反應(yīng)出邊坡巖體中的應(yīng)力場(chǎng)、位移及速度等力學(xué)參量的全程變化。該法適用于不連續(xù)介質(zhì)、大變形、低應(yīng)力水平 , 對(duì)塊狀結(jié)構(gòu)、層狀破裂或一 般碎裂結(jié)構(gòu)巖體比較適

18、合 , 特別適用于節(jié)理巖體 , 可解決準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題 , 但對(duì)真正的 動(dòng)態(tài)問(wèn)題需做些處理。DEM方法存在的主要問(wèn)題是阻尼的選取和迭代計(jì)算的收斂非連續(xù)變形分析 （DDA）DDA是石根華教授于20世紀(jì)80年代提出的一種新的數(shù)值方法。 該方法用一 種類似于離散元的塊體元來(lái)模擬被不連續(xù)面切割成的塊體系統(tǒng) , 在此過(guò)程中 , 塊體通過(guò)不連續(xù)面間的接觸連成整體。 此方法的計(jì)算網(wǎng)格 （單元）與巖體物理網(wǎng)絡(luò)相一致, 可以反映巖體連續(xù)和不連續(xù)的具體部位。DDA通過(guò)不連續(xù)面間的相互約束建立整個(gè)系統(tǒng)的力學(xué)平衡條件 ,但與一般的連續(xù)介質(zhì)法不同 ,它引入了非連續(xù)接觸和慣性力 , 采用運(yùn)動(dòng)學(xué)方法來(lái)解決非連續(xù)的靜力和動(dòng)力問(wèn)題

19、, 其特點(diǎn)是考慮了 變形的不連續(xù)性和引入了時(shí)間因素 , 既可以計(jì)算靜力問(wèn)題 , 又可以計(jì)算動(dòng)力問(wèn)題。它可以計(jì)算破壞前的小位移 , 也可以計(jì)算破壞后的大位移 , 如滑動(dòng)、崩塌、爆破及 貫入等,還可考慮漸進(jìn)型破壞,因此,DDA特別適合于極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)計(jì)算,這為 其在工程界的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景。DDA方法的理論體系嚴(yán)密，總體上由變分原理控制，方程組的求解以位移為未知量,屬位移法,其位移的模式與有限元法相同。它在求解方程組的過(guò)程中 ,若剛度矩陣是病態(tài)的 , 可采用時(shí)間步或罰函數(shù)來(lái)限制剛體運(yùn)動(dòng) , 但它們的選取較為 困難, 并且防止塊體相互侵入的容許值很難確定 , 而且在實(shí)際應(yīng)用時(shí) , 常因考慮之 塊

20、體數(shù)量眾多，計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，這些問(wèn)題使得DDAS到限制，應(yīng)用還不十分廣泛, 但無(wú)疑它是一種很有潛力的數(shù)值分析方法。流形元（NNM法流形元法是石根華通過(guò)研究 DDA與有限元的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)于1995年提出的,是DDA與有限元的統(tǒng)一形式。流形元以最小位能原理和現(xiàn)代數(shù)學(xué) /流形0分析中的有限覆蓋技術(shù)為基礎(chǔ) , 建立起一種新的數(shù)值分析方法 ,統(tǒng)一解決了連續(xù)與非連續(xù)變形的力學(xué)問(wèn)題。有限覆蓋由物理覆蓋和數(shù)學(xué)覆蓋組成 ,有限元在流形方法中只有一個(gè)單獨(dú)的物理覆蓋,它覆蓋了全部的數(shù)學(xué)覆蓋；而DDA在流形元法中,則有許 多物理覆蓋 , 它們各自覆蓋一部分?jǐn)?shù)學(xué)覆蓋。這兩種方法在流形元法中只是兩個(gè) 特殊的例子。在流形元法 ,

21、只要用兩種不同的覆蓋組合 ,就可以解決比有限元和DDA更具有普遍意義的復(fù)雜問(wèn)題。該方法被用來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)體的位移和變形,在積 分方法上采用與傳統(tǒng)數(shù)值方法不同的方法 ) 單純形上的解析積分形式。流形元 方法有很大的靈活性 ,可計(jì)算塊體和裂隙中明顯可見(jiàn)的變形和位移 ,因此可適用于不連續(xù)介質(zhì)、大變形,可以統(tǒng)一解決FEMDDA和其它數(shù)值方法耦合的計(jì)算問(wèn)題。目前流形元法還處于初始發(fā)展階段 , 期待進(jìn)一步的深入研究。無(wú)單元(EFM)法無(wú)單元法是一種新的數(shù)值分析方法 ,它采用滑動(dòng)最小二乘法所產(chǎn)生的光滑函數(shù)近似場(chǎng)函數(shù) , 將計(jì)算區(qū)域離散成若干節(jié)點(diǎn) , 進(jìn)而根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的形函數(shù)集成整 體方程組進(jìn)行計(jì)算。無(wú)單元法最早

22、由Lacaster P等提出,用于構(gòu)造插值函數(shù)來(lái)擬合曲線和曲面。 Nayroles 等于 1992年在研究有限元法的過(guò)程中提出 ,Bleytschko等于 1994 年對(duì) Nayroles 的方法進(jìn)行了改進(jìn) , 提出了無(wú)單元伽遼金法 , 之后, 得到 許多學(xué)者的完善和發(fā)展 ,無(wú)單元法在許多領(lǐng)域逐步得到應(yīng)用。 與有限元不同,無(wú)單 元法只需結(jié)點(diǎn)信息參數(shù)而不需劃分單元 ,節(jié)點(diǎn)可以自由分布 ,且與積分網(wǎng)格無(wú)關(guān) ,具有信息簡(jiǎn)單、靈活和精度高的特點(diǎn) ,可以求解復(fù)雜邊界條件的邊值問(wèn)題 ,它特別適用于巖土工程數(shù)值分析 ,具有廣闊的應(yīng)用前景。 當(dāng)然,無(wú)單元法本質(zhì)上是一種非 線性插值方法 ,雖有助于提高解答的精度

23、和解的連續(xù)性 ,但因與各種非線性因素的交織與相互作用 , 在研究中還存在著一些困難 , 如何合理準(zhǔn)確地確定影響半徑 的大小、權(quán)函數(shù)選擇、已知邊界條件的處理 (特別是位移邊界條件的處理 )等,它們是目前無(wú)單元法研究中的主要困難 , 另外無(wú)單元的計(jì)算量相比有限元有較大的 增加。有限差分法 (FDM)有限差分法的基本思想是將連續(xù)的定解區(qū)域用有限個(gè)離散點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)格來(lái)代替, 把連續(xù)定解區(qū)域上的連續(xù)變量的函數(shù)用在網(wǎng)格上定義的離散變量函數(shù)來(lái)近 似,把原方程和定解條件中的微商用差商來(lái)近似 , 積分用積分和來(lái)近似 ,于是原微分方程和定解條件就近似地代之以代數(shù)方程組 , 即有限差分方程組 ,解此方程組就可以得到原

24、問(wèn)題在離散點(diǎn)上的近似解 , 然后再利用插值方法便可以從離散解得 到定解問(wèn)題在整個(gè)區(qū)域上的近似解。 由于這種方法比較直觀 ,容易編制程序 ,所以從 20 世紀(jì) 40 年代以來(lái) , 至今仍得到廣泛的應(yīng)用。但對(duì)于邊坡穩(wěn)定的分析較少直 接用有限差分法進(jìn)行 , 而在某些特定的條件下 , 將差分法和其它方法結(jié)合使用來(lái) 處理一些課題 , 可使數(shù)值方法解決問(wèn)題的能力得到提高。非確定性分析方法由于邊坡工程影響因素較多 , 在其設(shè)計(jì)和分析中往往涉及大量具有隨機(jī)性和 模糊性的不確定性因素 , 如坡體巖性、地質(zhì)條件、取樣和試驗(yàn)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)以及計(jì) 算模型的選取等都存在諸多不確定性 , 致使傳統(tǒng)的邊坡安全穩(wěn)定性分析方法存在

25、 許多問(wèn)題和不足。發(fā)展基于簡(jiǎn)單測(cè)試手段 , 在對(duì)邊坡工程進(jìn)行大量信息采集的基礎(chǔ), 應(yīng)用各種不確定性分析方法來(lái)提高邊坡工程質(zhì)量狀態(tài)評(píng)判精度,在當(dāng)前十分必要。因此 , 基于新理論、新方法的邊坡安全穩(wěn)定性非確定性分析方法得到了快 速的發(fā)展 , 其中主要有可靠度分析法、模糊分析法、灰色系統(tǒng)分析法、人工神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)分析法和支持向量機(jī)分析法等。二、規(guī)范中公路邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法根據(jù)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D30-2004)，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范GB50330-2002)高邊坡路堤與陡坡路堤安全系數(shù)要求簡(jiǎn)化 Bishop 法巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，在發(fā)育 3 組以上結(jié)構(gòu)面，且不存在優(yōu)勢(shì)外傾結(jié)構(gòu) 面組的條件下， 可以認(rèn)為巖體為各向同性介質(zhì)， 在斜坡規(guī)模相對(duì)較大時(shí)， 其破壞 通常按近似圓弧滑面發(fā)生，宜采用 圓弧滑動(dòng)面條分法 計(jì)算。不平衡推力法不平衡推力傳遞法 ，計(jì)算中應(yīng)注意如下可能出現(xiàn)的問(wèn)題：1 ）當(dāng)滑面形狀不規(guī)則， 局部凸起而使滑體較薄時(shí)， 宜考慮從凸起部位剪出 的可能性，可進(jìn)行分段計(jì)算；2）由于不平衡推力傳遞法的計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)實(shí)際上是滑坡最前部條塊的穩(wěn)定系數(shù)，若最前部條塊劃分過(guò)小， 在后部傳遞力不大時(shí)， 邊坡穩(wěn)定系數(shù)將顯著地受 該條塊形狀和滑面角度影響而不能客觀地反映邊坡整體穩(wěn)定性狀態(tài)。 因此，在計(jì) 算條塊劃分時(shí)，不宜將最下部條塊分得大??；3 ）當(dāng)滑體前部滑面較緩， 或出現(xiàn)反傾段時(shí)，