巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)判據(jù)與臨界滑動面確定方法的深入探究與實(shí)踐一、引言1.1研究背景與意義隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的蓬勃發(fā)展，巖質(zhì)邊坡工程在道路、鐵路、水利、礦山等領(lǐng)域廣泛存在。然而，由于巖質(zhì)邊坡的地質(zhì)條件復(fù)雜多變，受到巖體結(jié)構(gòu)、巖石力學(xué)性質(zhì)、地下水、地震等多種因素的影響，邊坡失穩(wěn)事故頻發(fā)。這些事故不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還對人民生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。例如，2021年1月27日，梁平區(qū)明達(dá)鎮(zhèn)長久村滾龍埡口處因森林防火通道邊坡垮塌，導(dǎo)致一輛正在作業(yè)的挖掘機(jī)墜落山崖，造成2人死亡；2009年6月5日，重慶武隆雞尾山發(fā)生山體滑坡，滑坡體為中緩傾角順層巖質(zhì)邊坡，由于持續(xù)降雨和采礦活動的影響，邊坡突然失穩(wěn)，造成74人死亡和失蹤，大量房屋被掩埋，直接經(jīng)濟(jì)損失巨大。準(zhǔn)確判斷巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性，確定其失穩(wěn)判據(jù)和臨界滑動面，對于保障工程安全、預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害具有重要意義。失穩(wěn)判據(jù)是判斷邊坡是否處于穩(wěn)定狀態(tài)的依據(jù)，它直接關(guān)系到邊坡穩(wěn)定性分析的準(zhǔn)確性和可靠性。不同的失穩(wěn)判據(jù)會導(dǎo)致不同的分析結(jié)果，因此，選擇合理的失穩(wěn)判據(jù)至關(guān)重要。而臨界滑動面是邊坡失穩(wěn)時的滑動面，確定臨界滑動面的位置和形狀，對于評估邊坡的穩(wěn)定性、制定合理的加固措施具有重要指導(dǎo)作用。此外，合理確定失穩(wěn)判據(jù)和臨界滑動面，還可以避免過度設(shè)計，節(jié)約工程成本。在工程建設(shè)中，如果對邊坡的穩(wěn)定性評估不準(zhǔn)確，可能會導(dǎo)致采取不必要的加固措施，增加工程投資；反之，如果對邊坡的穩(wěn)定性評估過于樂觀，可能會導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)事故的發(fā)生，造成更大的損失。因此，開展巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)判據(jù)及臨界滑動面確定方法的研究，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)判據(jù)研究現(xiàn)狀巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)判據(jù)的研究經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜、從單一因素到多因素綜合考慮的發(fā)展過程。早期的失穩(wěn)判據(jù)主要基于極限平衡理論，通過分析邊坡巖體的受力狀態(tài)，判斷邊坡是否達(dá)到極限平衡狀態(tài)。隨著巖石力學(xué)理論和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值分析方法逐漸應(yīng)用于巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析，失穩(wěn)判據(jù)也更加多樣化和精細(xì)化。在極限平衡理論方面，瑞典條分法是最早提出的邊坡穩(wěn)定性分析方法之一，它基于圓弧滑動面假設(shè)，通過對條塊進(jìn)行力和力矩平衡分析，計算邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。隨后，畢肖普條分法、簡布法等改進(jìn)方法相繼出現(xiàn)，這些方法在一定程度上提高了計算精度，但仍存在一些局限性，如未考慮巖體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、假設(shè)條件較多等。隨著數(shù)值分析方法的興起，有限元法、離散元法、邊界元法等在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中得到廣泛應(yīng)用。有限元強(qiáng)度折減法是目前應(yīng)用較為廣泛的一種方法，它通過不斷折減巖體的強(qiáng)度參數(shù)，使邊坡達(dá)到臨界破壞狀態(tài)，以此時的折減系數(shù)作為邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。在該方法中，失穩(wěn)判據(jù)的選擇至關(guān)重要。目前常用的失穩(wěn)判據(jù)主要包括收斂判據(jù)、突變性判據(jù)和塑性區(qū)貫通判據(jù)。收斂判據(jù)以力或者位移的迭代不收斂性作為邊坡整體破壞的標(biāo)志，認(rèn)為當(dāng)有限元靜力平衡方程無解、計算不收斂時，邊坡發(fā)生破壞，此時滑面上土體無限流動，如趙尚毅等學(xué)者認(rèn)為土體破壞的標(biāo)志是滑面出現(xiàn)無限滑動，計算不收斂時邊坡即發(fā)生破壞，對應(yīng)的折減系數(shù)為安全系數(shù)；突變性判據(jù)認(rèn)為邊坡破壞標(biāo)志是滑動面坡體無限移動，坡體滑動面和位移發(fā)生突變且無限發(fā)展，例如最初提出有限元強(qiáng)度折減方法時采用最大結(jié)點(diǎn)位移作為失穩(wěn)判據(jù)，將結(jié)點(diǎn)位移和折減系數(shù)關(guān)系曲線處理為兩段直線，交點(diǎn)對應(yīng)的折減系數(shù)作為安全系數(shù)，宋二祥采用坡頂位移折減系數(shù)關(guān)系曲線的水平段作為失穩(wěn)判據(jù)；塑性區(qū)貫通判據(jù)則以廣義塑性應(yīng)變或者等效塑性應(yīng)變從坡底到坡頂貫通作為邊坡整體破壞的標(biāo)志，欒茂田等學(xué)者提出用廣義塑性應(yīng)變分布及其發(fā)展?fàn)顟B(tài)來評判邊坡失穩(wěn)條件并描述邊坡失穩(wěn)狀態(tài)。此外，還有一些學(xué)者從能量角度提出失穩(wěn)判據(jù)。例如，認(rèn)為邊坡失穩(wěn)時，系統(tǒng)的能量會發(fā)生突變，通過分析邊坡巖體的能量變化來判斷邊坡是否失穩(wěn)。陳慶發(fā)教授團(tuán)隊(duì)利用結(jié)合了能量時間序列的尖點(diǎn)突變模型進(jìn)行巖體失穩(wěn)預(yù)警，雖存在能量定義違背熱力學(xué)定律和能量突變時間序列主觀性大等缺陷，但在預(yù)警方面顯示出巨大潛力，團(tuán)隊(duì)通過利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)代替人工單一選取特征點(diǎn)，利用尖點(diǎn)突變理論提供科學(xué)合理閾值，構(gòu)建了預(yù)測預(yù)警一體化模型。1.2.2巖質(zhì)邊坡臨界滑動面確定方法研究現(xiàn)狀確定巖質(zhì)邊坡臨界滑動面的位置和形狀是邊坡穩(wěn)定性分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的方法主要基于極限平衡理論，通過假設(shè)滑動面的形狀（如圓弧、折線等），利用優(yōu)化算法搜索最小安全系數(shù)對應(yīng)的滑動面作為臨界滑動面。常用的優(yōu)化算法有單純形法、遺傳算法、粒子群算法等。在基于極限平衡理論的方法中，搜索臨界滑動面時通常需要對滑動面的形狀和參數(shù)進(jìn)行假設(shè)和離散化處理。例如，在使用遺傳算法搜索臨界滑動面時，需要將滑動面參數(shù)進(jìn)行編碼，通過遺傳操作（選擇、交叉、變異）不斷優(yōu)化滑動面參數(shù)，以找到最小安全系數(shù)對應(yīng)的臨界滑動面。這種方法在處理簡單邊坡時效果較好，但對于復(fù)雜地質(zhì)條件下的巖質(zhì)邊坡，由于滑動面形狀往往不規(guī)則，傳統(tǒng)方法的計算精度和效率受到限制。隨著計算機(jī)技術(shù)和數(shù)值分析方法的發(fā)展，一些新的確定臨界滑動面的方法應(yīng)運(yùn)而生。有限元與優(yōu)化搜索法相結(jié)合的方法，通過有限元計算邊坡的應(yīng)力和位移，再利用優(yōu)化算法搜索潛在的滑動面，提高了計算精度和對復(fù)雜邊坡的適應(yīng)性。朱大勇提出的臨界滑動場（CSF）法是一種基于能量理論和力學(xué)理論的穩(wěn)定性分析方法，通過建立邊坡臨界狀態(tài)下的能量平衡方程和平衡力方程，求解邊坡的臨界滑動面和臨界滑動力，能方便準(zhǔn)確地確定邊坡任意形狀的臨界滑動面，該方法還可同時反映邊坡整體和局部的穩(wěn)定性。此外，還有一些基于物理模型試驗(yàn)和現(xiàn)場監(jiān)測的方法來確定臨界滑動面。通過物理模型試驗(yàn)，可以直觀地觀察邊坡的破壞過程和滑動面的形成，從而確定臨界滑動面的位置和形狀，但物理模型試驗(yàn)存在成本高、周期長、難以模擬復(fù)雜地質(zhì)條件等缺點(diǎn)。現(xiàn)場監(jiān)測則是通過在邊坡上布置監(jiān)測儀器，實(shí)時監(jiān)測邊坡的變形和應(yīng)力變化，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)推斷臨界滑動面的位置，但現(xiàn)場監(jiān)測受到監(jiān)測范圍和精度的限制，且對于尚未發(fā)生失穩(wěn)的邊坡，難以準(zhǔn)確確定臨界滑動面。1.2.3研究現(xiàn)狀總結(jié)與不足綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者在巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)判據(jù)和臨界滑動面確定方法方面取得了豐碩的研究成果，為巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析提供了多種理論和方法。然而，目前的研究仍存在一些不足之處：失穩(wěn)判據(jù)方面：不同的失穩(wěn)判據(jù)基于不同的理論和假設(shè)，對于同一邊坡，采用不同的失穩(wěn)判據(jù)可能會得到不同的結(jié)果，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來選擇合適的失穩(wěn)判據(jù)。而且，現(xiàn)有失穩(wěn)判據(jù)大多沒有充分考慮巖體的復(fù)雜特性，如巖體的各向異性、非連續(xù)性以及地下水、地震等因素對邊坡穩(wěn)定性的影響。此外，在多場耦合作用下（如滲流場、應(yīng)力場、溫度場等），巖質(zhì)邊坡的失穩(wěn)判據(jù)研究還不夠深入，尚未建立完善的多場耦合失穩(wěn)判據(jù)模型。臨界滑動面確定方法方面：傳統(tǒng)的基于極限平衡理論的方法在處理復(fù)雜地質(zhì)條件下的巖質(zhì)邊坡時，存在計算精度低、無法準(zhǔn)確描述滑動面形狀等問題。雖然一些新的方法如臨界滑動場法、有限元與優(yōu)化搜索法相結(jié)合等在一定程度上提高了計算精度和適應(yīng)性，但這些方法的計算過程往往較為復(fù)雜，計算效率較低，且對于大規(guī)模的巖質(zhì)邊坡工程，計算成本較高。此外，現(xiàn)有的確定臨界滑動面的方法大多基于數(shù)值模擬或理論分析，缺乏足夠的現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證，其可靠性和實(shí)用性有待進(jìn)一步提高。因此，有必要進(jìn)一步深入研究巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)判據(jù)和臨界滑動面確定方法，綜合考慮巖體的各種復(fù)雜特性和多場耦合作用，建立更加科學(xué)、合理、統(tǒng)一的失穩(wěn)判據(jù)和高效、準(zhǔn)確的臨界滑動面確定方法，以提高巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析的精度和可靠性，為工程實(shí)踐提供更有力的理論支持。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容常見巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)判據(jù)分析與比較：系統(tǒng)梳理現(xiàn)有常見的巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)判據(jù)，包括基于極限平衡理論的判據(jù)、基于數(shù)值分析方法（如有限元強(qiáng)度折減法）的收斂判據(jù)、突變性判據(jù)、塑性區(qū)貫通判據(jù)以及能量判據(jù)等。從理論基礎(chǔ)、適用條件、優(yōu)缺點(diǎn)等方面對這些失穩(wěn)判據(jù)進(jìn)行深入分析和比較，明確各判據(jù)的適用范圍和局限性，為后續(xù)合理選擇失穩(wěn)判據(jù)提供理論依據(jù)。考慮多因素影響的巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)判據(jù)研究：針對現(xiàn)有失穩(wěn)判據(jù)大多未充分考慮巖體復(fù)雜特性及多場耦合作用的問題，開展考慮巖體各向異性、非連續(xù)性、地下水滲流、地震作用以及溫度效應(yīng)等多因素影響的巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)判據(jù)研究。通過理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬和室內(nèi)試驗(yàn)等手段，建立綜合考慮多因素的失穩(wěn)判據(jù)模型，提高失穩(wěn)判據(jù)對復(fù)雜巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析的準(zhǔn)確性和可靠性。巖質(zhì)邊坡臨界滑動面確定方法研究：研究傳統(tǒng)基于極限平衡理論的臨界滑動面確定方法（如單純形法、遺傳算法、粒子群算法等）在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用效果及存在的問題。引入和改進(jìn)新的確定方法，如臨界滑動場法、有限元與優(yōu)化搜索法相結(jié)合的方法等，通過對比分析，評估不同方法在確定復(fù)雜巖質(zhì)邊坡臨界滑動面時的精度、效率和適應(yīng)性。同時，探索將機(jī)器學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于臨界滑動面的確定，利用機(jī)器學(xué)習(xí)強(qiáng)大的非線性擬合能力，提高臨界滑動面搜索的準(zhǔn)確性和效率。基于實(shí)際工程案例的驗(yàn)證與應(yīng)用：選取具有代表性的巖質(zhì)邊坡工程案例，收集詳細(xì)的地質(zhì)勘察資料、工程設(shè)計參數(shù)和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)。運(yùn)用所研究的失穩(wěn)判據(jù)和臨界滑動面確定方法，對實(shí)際工程案例進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析，并將分析結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)和實(shí)際工程情況進(jìn)行對比驗(yàn)證，評估所提出方法的實(shí)用性和可靠性。根據(jù)工程案例分析結(jié)果，提出針對不同類型巖質(zhì)邊坡的合理失穩(wěn)判據(jù)和臨界滑動面確定方法的建議，為實(shí)際工程提供指導(dǎo)。1.3.2研究方法文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)判據(jù)及臨界滑動面確定方法的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和存在的問題。對已有的研究成果進(jìn)行系統(tǒng)梳理和分析，借鑒前人的研究經(jīng)驗(yàn)和方法，為本研究提供理論基礎(chǔ)和研究思路。數(shù)值模擬法：利用有限元軟件（如ANSYS、ABAQUS、FLAC等）和離散元軟件（如UDEC、3DEC等）建立巖質(zhì)邊坡的數(shù)值模型，模擬不同工況下邊坡的應(yīng)力應(yīng)變分布、變形破壞過程。通過數(shù)值模擬，分析各種因素對邊坡穩(wěn)定性的影響，研究不同失穩(wěn)判據(jù)和臨界滑動面確定方法在數(shù)值模擬中的應(yīng)用效果，為理論研究提供數(shù)據(jù)支持。理論分析法：基于巖石力學(xué)、土力學(xué)、彈塑性力學(xué)等基本理論，對巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行理論分析。推導(dǎo)考慮多因素影響的失穩(wěn)判據(jù)公式，建立臨界滑動面確定的理論模型，從理論層面揭示巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)的內(nèi)在機(jī)制和臨界滑動面的形成規(guī)律。案例分析法：選取實(shí)際的巖質(zhì)邊坡工程案例，對其地質(zhì)條件、工程概況、監(jiān)測數(shù)據(jù)等進(jìn)行詳細(xì)分析。運(yùn)用本研究提出的失穩(wěn)判據(jù)和臨界滑動面確定方法對案例進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并與實(shí)際情況進(jìn)行對比驗(yàn)證。通過案例分析，檢驗(yàn)研究成果的實(shí)用性和可靠性，同時為實(shí)際工程提供參考和借鑒。二、巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)判據(jù)研究2.1強(qiáng)度折減有限元法原理2.1.1基本原理強(qiáng)度折減有限元法是一種將有限元方法與強(qiáng)度折減技術(shù)相結(jié)合的邊坡穩(wěn)定性分析方法。其基本原理是通過不斷折減巖體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，使邊坡逐漸達(dá)到臨界破壞狀態(tài)，以此時的折減系數(shù)作為邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。在實(shí)際計算中，首先根據(jù)摩爾-庫倫屈服準(zhǔn)則選擇巖土的本構(gòu)模型。摩爾-庫倫屈服準(zhǔn)則認(rèn)為，當(dāng)作用在某一點(diǎn)的剪應(yīng)力等于該點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度時，該點(diǎn)發(fā)生破壞，且剪切強(qiáng)度與正應(yīng)力呈線性關(guān)系，其表達(dá)式為\tau=c+\sigma\tan\varphi，其中\(zhòng)tau為剪切強(qiáng)度，c為粘聚力，\sigma為正應(yīng)力，\varphi為內(nèi)摩擦角。然后，引入折減系數(shù)F_s，對粘聚力c和內(nèi)摩擦角\varphi進(jìn)行折減，折減后的粘聚力c'和內(nèi)摩擦角\varphi'分別為：\begin{cases}c'=\frac{c}{F_s}\\\varphi'=\arctan(\frac{\tan\varphi}{F_s})\end{cases}通過反復(fù)試算，逐步增大折減系數(shù)F_s，并將折減后的強(qiáng)度參數(shù)c'和\varphi'代入有限元模型進(jìn)行計算，分析邊坡的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)和變形情況。當(dāng)邊坡達(dá)到臨界破壞狀態(tài)時，有限元計算不再收斂，此時所對應(yīng)的折減系數(shù)F_s即為邊坡的安全系數(shù)。例如，在對某一巖質(zhì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析時，首先建立該邊坡的有限元模型，輸入初始的巖體力學(xué)參數(shù)，包括粘聚力c、內(nèi)摩擦角\varphi等。然后，設(shè)定初始折減系數(shù)F_s=1.0，進(jìn)行有限元計算，得到邊坡的應(yīng)力應(yīng)變分布和位移情況。接著，逐漸增大折減系數(shù)，如將F_s增大到1.1，再次進(jìn)行計算。隨著折減系數(shù)的不斷增大，巖體的抗剪強(qiáng)度逐漸降低，邊坡的變形和應(yīng)力集中現(xiàn)象逐漸加劇。當(dāng)折減系數(shù)增大到某一值，如F_s=1.3時，有限元計算出現(xiàn)不收斂的情況，此時就認(rèn)為邊坡達(dá)到了臨界破壞狀態(tài)，1.3即為該邊坡的安全系數(shù)。這種方法不需要事先假定滑動面的形狀和位置，能夠綜合考慮巖體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、變形對應(yīng)力的影響以及復(fù)雜的邊界條件，更加符合實(shí)際工程情況，因此在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中得到了廣泛應(yīng)用。2.1.2折減系數(shù)與力學(xué)參數(shù)關(guān)系折減系數(shù)F_s與巖體的粘聚力c和內(nèi)摩擦角\varphi密切相關(guān)，它直接影響著巖體的抗剪強(qiáng)度。當(dāng)折減系數(shù)F_s增大時，折減后的粘聚力c'和內(nèi)摩擦角\varphi'都會減小，巖體的抗剪強(qiáng)度隨之降低。粘聚力c是巖體內(nèi)部顆粒之間的膠結(jié)力，它反映了巖體抵抗剪切破壞的能力。內(nèi)摩擦角\varphi則與巖體的顆粒形狀、粗糙度以及顆粒之間的咬合作用有關(guān)，體現(xiàn)了巖體在剪切過程中摩擦力的大小。在邊坡穩(wěn)定性分析中，粘聚力和內(nèi)摩擦角對邊坡的穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。不同類型的邊坡工程中，粘聚力和內(nèi)摩擦角在維持邊坡穩(wěn)定性方面所作的貢獻(xiàn)存在差異。例如，對于土質(zhì)邊坡，粘聚力相對較小，內(nèi)摩擦角對邊坡穩(wěn)定性的影響更為顯著；而對于巖質(zhì)邊坡，尤其是完整性較好的巖體，粘聚力可能較大，其對邊坡穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)也不容忽視。同時，粘聚力和內(nèi)摩擦角可以變動的范圍也因巖體的性質(zhì)而異。在實(shí)際工程中，折減系數(shù)的選取對邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果具有重要影響。如果折減系數(shù)選取過小，會導(dǎo)致計算得到的安全系數(shù)偏大，對邊坡的穩(wěn)定性評估過于樂觀，可能會引發(fā)工程安全隱患；反之，如果折減系數(shù)選取過大，安全系數(shù)偏小，會導(dǎo)致不必要的工程加固措施，增加工程成本。因此，合理確定折減系數(shù)是強(qiáng)度折減有限元法應(yīng)用的關(guān)鍵。此外，當(dāng)潛在滑動面切過性質(zhì)不同的介質(zhì)時，由于這些介質(zhì)的粘聚力和內(nèi)摩擦角值差異較大，使用統(tǒng)一的強(qiáng)度折減系數(shù)作為邊坡的安全系數(shù)可能不太合理。此時，需要考慮采用更復(fù)雜的方法，如對不同介質(zhì)分別設(shè)置不同的折減系數(shù)，或者采用其他更能反映實(shí)際情況的分析方法，以提高邊坡穩(wěn)定性分析的準(zhǔn)確性。2.2常見失穩(wěn)判據(jù)分析2.2.1收斂性準(zhǔn)則收斂性準(zhǔn)則是強(qiáng)度折減有限元法中常用的一種失穩(wěn)判據(jù)。該準(zhǔn)則以有限元計算不收斂作為邊坡失穩(wěn)的標(biāo)志。其理論依據(jù)在于，當(dāng)邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)時，有限元計算能夠收斂，即通過迭代計算可以得到滿足平衡條件的應(yīng)力和位移解；而當(dāng)邊坡達(dá)到臨界破壞狀態(tài)時，滑動面上的土體將產(chǎn)生無限滑動，導(dǎo)致有限元計算無法收斂，此時對應(yīng)的折減系數(shù)即為邊坡的安全系數(shù)。例如，在對某一巖質(zhì)邊坡進(jìn)行有限元強(qiáng)度折減法分析時，隨著折減系數(shù)的逐漸增大，巖體的抗剪強(qiáng)度不斷降低，邊坡的變形和應(yīng)力集中現(xiàn)象逐漸加劇。當(dāng)折減系數(shù)增大到某一值時，有限元計算出現(xiàn)迭代不收斂的情況，這表明邊坡已經(jīng)達(dá)到了臨界破壞狀態(tài)，此時的折減系數(shù)就是該邊坡的安全系數(shù)。收斂性準(zhǔn)則具有一定的優(yōu)勢。它概念明確，易于理解和應(yīng)用，在實(shí)際工程中得到了廣泛的應(yīng)用。而且，該準(zhǔn)則能夠綜合反映邊坡的整體力學(xué)行為，考慮了巖體的非線性特性和復(fù)雜的邊界條件，能夠較為準(zhǔn)確地判斷邊坡的失穩(wěn)狀態(tài)。然而，收斂性準(zhǔn)則也存在一些局限性。首先，影響有限元計算不收斂的因素較多，除了邊坡達(dá)到臨界破壞狀態(tài)外，還可能包括網(wǎng)格劃分不合理、材料參數(shù)取值不當(dāng)、計算模型存在缺陷等。例如，如果網(wǎng)格劃分過于粗糙，可能會導(dǎo)致計算結(jié)果不準(zhǔn)確，甚至出現(xiàn)不收斂的情況；如果材料參數(shù)取值不合理，也可能會影響計算的收斂性。因此，單純以計算不收斂作為邊坡失穩(wěn)的判據(jù)，可能會導(dǎo)致誤判。其次，在某些情況下，即使邊坡尚未達(dá)到真正的失穩(wěn)狀態(tài)，由于計算過程中的數(shù)值誤差或其他因素，也可能會出現(xiàn)計算不收斂的現(xiàn)象，從而影響對邊坡穩(wěn)定性的準(zhǔn)確判斷。此外，對于一些復(fù)雜的巖質(zhì)邊坡，如存在明顯的軟弱結(jié)構(gòu)面或節(jié)理裂隙的邊坡，收斂性準(zhǔn)則的適用性可能會受到一定限制，因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)面的存在可能會導(dǎo)致邊坡的破壞模式更加復(fù)雜，難以僅通過計算收斂性來準(zhǔn)確判斷失穩(wěn)狀態(tài)。2.2.2位移突變準(zhǔn)則位移突變準(zhǔn)則是以邊坡特征點(diǎn)位移突變作為失穩(wěn)判據(jù)的一種方法。該準(zhǔn)則認(rèn)為，當(dāng)邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)時，特征點(diǎn)的位移隨折減系數(shù)的增大而逐漸變化，呈現(xiàn)出較為平穩(wěn)的趨勢；而當(dāng)邊坡接近失穩(wěn)狀態(tài)時，特征點(diǎn)的位移會發(fā)生突變，急劇增大，此時可以認(rèn)為邊坡已經(jīng)失穩(wěn)，對應(yīng)的折減系數(shù)即為安全系數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，通常選擇邊坡頂部、坡腳或其他關(guān)鍵部位的點(diǎn)作為特征點(diǎn)。例如，對于一個土質(zhì)邊坡，可選取坡頂?shù)哪骋稽c(diǎn)作為特征點(diǎn)，通過有限元計算得到該點(diǎn)在不同折減系數(shù)下的位移值。隨著折減系數(shù)的增大，該點(diǎn)的位移起初緩慢增加，當(dāng)折減系數(shù)達(dá)到一定值時，位移突然急劇增大，表明邊坡即將失穩(wěn)。位移突變準(zhǔn)則的優(yōu)點(diǎn)在于，位移是邊坡變形的直觀體現(xiàn)，通過監(jiān)測特征點(diǎn)的位移變化來判斷邊坡失穩(wěn)，具有明確的物理意義，能夠直接反映邊坡的變形破壞過程。而且，位移監(jiān)測相對較為容易實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際工程中可以通過現(xiàn)場監(jiān)測儀器，如全站儀、水準(zhǔn)儀、位移計等，實(shí)時獲取邊坡特征點(diǎn)的位移數(shù)據(jù)，從而及時評估邊坡的穩(wěn)定性。然而，位移突變準(zhǔn)則也存在一些問題。首先，特征點(diǎn)的選擇具有一定的主觀性，不同的特征點(diǎn)可能會導(dǎo)致不同的位移突變結(jié)果，從而影響對邊坡失穩(wěn)的判斷。例如，在一個存在多個潛在滑動面的邊坡中，選擇不同位置的特征點(diǎn)，其位移突變的時刻和幅度可能會有所不同。其次，在某些情況下，邊坡可能已經(jīng)發(fā)生了局部破壞，但特征點(diǎn)的位移尚未發(fā)生明顯突變，此時僅依據(jù)位移突變準(zhǔn)則可能會延誤對邊坡失穩(wěn)的判斷。此外，對于一些變形較小的巖質(zhì)邊坡，位移突變的特征可能不明顯，難以準(zhǔn)確判斷失穩(wěn)狀態(tài)，而且位移突變的判斷標(biāo)準(zhǔn)也較難確定，不同的研究者可能會采用不同的判斷閾值，導(dǎo)致結(jié)果的不確定性。2.2.3塑性區(qū)貫通準(zhǔn)則塑性區(qū)貫通準(zhǔn)則是以塑性區(qū)貫通作為判斷邊坡失穩(wěn)的依據(jù)。在強(qiáng)度折減有限元分析中，隨著折減系數(shù)的增大，巖體的抗剪強(qiáng)度逐漸降低，當(dāng)達(dá)到一定程度時，邊坡內(nèi)部會出現(xiàn)塑性區(qū)。塑性區(qū)貫通準(zhǔn)則認(rèn)為，當(dāng)塑性區(qū)從坡底到坡頂貫通時，邊坡整體發(fā)生破壞，此時對應(yīng)的折減系數(shù)即為邊坡的安全系數(shù)。這一準(zhǔn)則的依據(jù)在于，當(dāng)塑性區(qū)貫通時，邊坡內(nèi)形成了連續(xù)的滑動面，巖體的強(qiáng)度顯著降低，無法再承受外部荷載，從而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。例如，在對某一巖質(zhì)邊坡進(jìn)行數(shù)值模擬時，通過有限元計算可以得到不同折減系數(shù)下邊坡的塑性區(qū)分布情況。隨著折減系數(shù)的增大，塑性區(qū)逐漸擴(kuò)展，當(dāng)折減系數(shù)達(dá)到某一值時，塑性區(qū)從坡底延伸至坡頂，形成貫通的塑性區(qū)，此時就可以判定邊坡失穩(wěn)。塑性區(qū)貫通準(zhǔn)則能夠直觀地反映邊坡內(nèi)部的破壞機(jī)制，揭示邊坡失穩(wěn)的內(nèi)在過程，對于理解邊坡的穩(wěn)定性具有重要意義。而且，該準(zhǔn)則不需要像位移突變準(zhǔn)則那樣選擇特定的特征點(diǎn)，避免了特征點(diǎn)選擇的主觀性問題。但是，塑性區(qū)貫通準(zhǔn)則也存在一定的局限性。一方面，塑性區(qū)貫通并不一定意味著邊坡立即發(fā)生失穩(wěn)破壞，在塑性區(qū)貫通后，邊坡可能還具有一定的承載能力，仍能維持一段時間的穩(wěn)定狀態(tài)。例如，在一些具有較好殘余強(qiáng)度的巖體中，塑性區(qū)貫通后，巖體仍能通過殘余強(qiáng)度抵抗部分外力，不會立即失穩(wěn)。另一方面，如何準(zhǔn)確判斷塑性區(qū)是否貫通存在一定的困難，尤其是在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，塑性區(qū)的分布可能不規(guī)則，難以清晰地界定塑性區(qū)是否已經(jīng)完全貫通。此外，不同的本構(gòu)模型和計算方法可能會導(dǎo)致塑性區(qū)的計算結(jié)果存在差異，從而影響對邊坡失穩(wěn)的判斷。2.3各判據(jù)的優(yōu)勢與局限性在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中，收斂性準(zhǔn)則、位移突變準(zhǔn)則和塑性區(qū)貫通準(zhǔn)則這三種常見的失穩(wěn)判據(jù)各自具有獨(dú)特的優(yōu)勢與局限性。收斂性準(zhǔn)則以有限元計算不收斂作為邊坡失穩(wěn)的標(biāo)志，具有概念明確、易于理解和應(yīng)用的顯著優(yōu)勢。它能夠全面綜合地反映邊坡的整體力學(xué)行為，充分考慮巖體的非線性特性以及復(fù)雜的邊界條件，在實(shí)際工程中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，其局限性也不容忽視。影響有限元計算不收斂的因素繁雜多樣，除了邊坡達(dá)到臨界破壞狀態(tài)這一關(guān)鍵因素外，還可能涉及網(wǎng)格劃分不合理，若網(wǎng)格劃分過粗，會使計算結(jié)果的精度受到嚴(yán)重影響，甚至導(dǎo)致計算不收斂；材料參數(shù)取值不當(dāng)，不準(zhǔn)確的材料參數(shù)會使計算結(jié)果偏離實(shí)際情況，進(jìn)而影響計算的收斂性；計算模型存在缺陷，如模型未能準(zhǔn)確反映巖體的實(shí)際力學(xué)特性和結(jié)構(gòu)特征，也會引發(fā)計算不收斂的問題。這些因素使得單純依據(jù)計算不收斂來判斷邊坡失穩(wěn)，容易導(dǎo)致誤判，影響對邊坡穩(wěn)定性的準(zhǔn)確評估。位移突變準(zhǔn)則以邊坡特征點(diǎn)位移突變作為失穩(wěn)判據(jù)，位移作為邊坡變形的直觀體現(xiàn)，該準(zhǔn)則具有明確的物理意義，能夠清晰直接地反映邊坡的變形破壞過程。在實(shí)際工程中，位移監(jiān)測相對簡便易行，可通過全站儀、水準(zhǔn)儀、位移計等現(xiàn)場監(jiān)測儀器，實(shí)時獲取邊坡特征點(diǎn)的位移數(shù)據(jù)，從而及時有效地評估邊坡的穩(wěn)定性。然而，該準(zhǔn)則也存在一些問題。特征點(diǎn)的選擇存在一定的主觀性，不同位置的特征點(diǎn)，其位移變化規(guī)律和突變時刻可能存在差異，這會對邊坡失穩(wěn)的判斷結(jié)果產(chǎn)生影響。在一些復(fù)雜的邊坡工程中，存在多個潛在滑動面時，選擇不同的特征點(diǎn)可能會得出不同的結(jié)論。而且，在某些情況下，邊坡可能已經(jīng)發(fā)生局部破壞，但特征點(diǎn)的位移尚未發(fā)生明顯突變，這就可能導(dǎo)致對邊坡失穩(wěn)的判斷出現(xiàn)延誤，無法及時采取有效的防治措施。此外，對于變形較小的巖質(zhì)邊坡，位移突變的特征可能不明顯，難以準(zhǔn)確判斷失穩(wěn)狀態(tài)，同時，位移突變的判斷標(biāo)準(zhǔn)也較難確定，不同研究者采用不同的判斷閾值，增加了結(jié)果的不確定性。塑性區(qū)貫通準(zhǔn)則以塑性區(qū)貫通作為判斷邊坡失穩(wěn)的依據(jù)，能夠直觀形象地反映邊坡內(nèi)部的破壞機(jī)制，清晰揭示邊坡失穩(wěn)的內(nèi)在過程，對于深入理解邊坡的穩(wěn)定性具有重要意義。并且，該準(zhǔn)則無需像位移突變準(zhǔn)則那樣選擇特定的特征點(diǎn)，避免了因特征點(diǎn)選擇主觀性而帶來的問題。但是，塑性區(qū)貫通準(zhǔn)則也存在一定的局限性。塑性區(qū)貫通并不一定意味著邊坡立即發(fā)生失穩(wěn)破壞，在塑性區(qū)貫通后，邊坡可能憑借自身的殘余強(qiáng)度仍具有一定的承載能力，能夠維持一段時間的穩(wěn)定狀態(tài)。在一些具有較好殘余強(qiáng)度的巖體中，塑性區(qū)貫通后，巖體仍能承受一定的外力作用。同時，如何準(zhǔn)確判斷塑性區(qū)是否貫通存在一定的困難，尤其是在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，塑性區(qū)的分布可能呈現(xiàn)不規(guī)則形態(tài)，難以清晰準(zhǔn)確地界定塑性區(qū)是否已經(jīng)完全貫通。此外，不同的本構(gòu)模型和計算方法可能會導(dǎo)致塑性區(qū)的計算結(jié)果存在差異，從而影響對邊坡失穩(wěn)的判斷準(zhǔn)確性。綜上所述，在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)充分考慮巖質(zhì)邊坡的具體特點(diǎn)和實(shí)際情況，綜合權(quán)衡各失穩(wěn)判據(jù)的優(yōu)勢與局限性，合理選擇失穩(wěn)判據(jù)，以提高邊坡穩(wěn)定性分析的準(zhǔn)確性和可靠性，為工程決策提供科學(xué)依據(jù)。三、巖質(zhì)邊坡臨界滑動面確定方法3.1傳統(tǒng)確定方法概述確定巖質(zhì)邊坡的臨界滑動面對于評估邊坡穩(wěn)定性至關(guān)重要。傳統(tǒng)的確定方法主要包括極限平衡法和數(shù)值模擬法，它們在巖質(zhì)邊坡工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。3.1.1極限平衡法極限平衡法是一種經(jīng)典的邊坡穩(wěn)定性分析方法，其核心原理是通過分析邊坡上力的平衡條件來確定臨界滑動面。該方法將邊坡視為由若干個條塊組成，假設(shè)邊坡處于極限平衡狀態(tài)，即滑體在一定條件下達(dá)到臨界破壞，此時邊坡安全系數(shù)Fs=1.0。通過對每個條塊進(jìn)行力的分析，建立力和力矩的平衡方程，求解出邊坡的安全系數(shù)，并通過不斷搜索不同的潛在滑動面，找到對應(yīng)最小安全系數(shù)的滑動面，將其確定為臨界滑動面。例如，瑞典條分法是極限平衡法中較為經(jīng)典的一種。它假定滑動面為圓弧面，將滑動土體分成若干個垂直條塊，忽略條塊間的相互作用力，僅考慮條塊的重力、滑動面上的反力和抗滑力。通過對條塊進(jìn)行力和力矩平衡分析，計算出邊坡的安全系數(shù)。以一個簡單的土質(zhì)邊坡為例，假設(shè)邊坡高度為H，坡角為\alpha，土體的重度為\gamma，粘聚力為c，內(nèi)摩擦角為\varphi。采用瑞典條分法時，將邊坡劃分為n個條塊，每個條塊的寬度為b，高度為h_i（i=1,2,\cdots,n）。第i個條塊的重力W_i=\gammah_ib，滑動面上的法向力N_i=W_i\cos\theta_i，切向力T_i=W_i\sin\theta_i，其中\(zhòng)theta_i為第i個條塊滑動面的傾角。根據(jù)力和力矩平衡條件，可得邊坡的安全系數(shù)F_s=\frac{\sum_{i=1}^{n}(c_ib\sec\theta_i+N_i\tan\varphi_i)}{\sum_{i=1}^{n}T_i}。通過不斷改變圓弧滑動面的圓心和半徑，計算不同滑動面下的安全系數(shù)，其中最小安全系數(shù)對應(yīng)的滑動面即為臨界滑動面。除瑞典條分法外，還有畢肖普條分法、簡布法、摩根斯坦-普賴斯法（Morgenstern-Price法）、斯賓塞法（Spencer法）、不平衡推力法等多種基于極限平衡原理的方法。畢肖普條分法考慮了條塊間的水平作用力，在一定程度上提高了計算精度；簡布法不僅考慮了條塊間的水平力，還考慮了條塊間的豎向力，計算結(jié)果更為準(zhǔn)確；摩根斯坦-普賴斯法和斯賓塞法則對條塊間作用力的假設(shè)更為復(fù)雜和合理，能夠更全面地反映邊坡的力學(xué)特性；不平衡推力法主要適用于折線形滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析，通過遞推計算各條塊間的剩余下滑力，來確定邊坡的穩(wěn)定性和臨界滑動面。極限平衡法的優(yōu)點(diǎn)在于概念清晰、計算過程相對簡單，并且在實(shí)際工程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，得到了廣泛的應(yīng)用。它能夠快速地對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評估，為工程設(shè)計提供初步的參考依據(jù)。然而，該方法也存在一些局限性。它完全不考慮土體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，將土體視為剛體，忽略了邊坡在受力過程中的變形情況；對條塊間作用力的假設(shè)存在一定的主觀性，不同的假設(shè)會導(dǎo)致計算結(jié)果的差異；在處理復(fù)雜地質(zhì)條件下的邊坡時，如存在軟弱夾層、節(jié)理裂隙等，其計算精度可能受到影響，難以準(zhǔn)確地確定臨界滑動面的位置和形狀。3.1.2數(shù)值模擬法數(shù)值模擬法是隨著計算機(jī)技術(shù)和計算力學(xué)的發(fā)展而興起的一種邊坡穩(wěn)定性分析方法。它利用計算機(jī)模擬邊坡的力學(xué)行為，通過建立邊坡的數(shù)值模型，考慮巖體的物理力學(xué)性質(zhì)、邊界條件以及各種荷載作用，求解邊坡的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等物理量，進(jìn)而確定臨界滑動面。有限元法是數(shù)值模擬法中應(yīng)用最為廣泛的一種。它將邊坡連續(xù)體離散為有限個單元，通過對每個單元進(jìn)行力學(xué)分析，建立單元的剛度矩陣，然后將所有單元的剛度矩陣組裝成整體剛度矩陣，求解線性方程組得到節(jié)點(diǎn)的位移和應(yīng)力。在有限元分析中，可采用不同的本構(gòu)模型來描述巖體的力學(xué)行為，如彈性模型、彈塑性模型（如摩爾-庫倫模型、德魯克-普拉格模型等），以更真實(shí)地反映巖體的非線性特性。例如，在對某一巖質(zhì)邊坡進(jìn)行有限元分析時，首先根據(jù)邊坡的幾何形狀和地質(zhì)條件，利用專業(yè)的有限元軟件（如ANSYS、ABAQUS、FLAC等）建立邊坡的三維有限元模型。將邊坡劃分為若干個四面體或六面體單元，定義每個單元的材料屬性，包括彈性模量、泊松比、粘聚力、內(nèi)摩擦角等。設(shè)置邊界條件，如固定邊坡底部和側(cè)面的位移，施加重力荷載以及其他可能的荷載（如地震力、地下水壓力等）。然后，選擇合適的本構(gòu)模型，如摩爾-庫倫彈塑性模型，進(jìn)行數(shù)值計算。計算完成后，通過分析邊坡的應(yīng)力、應(yīng)變分布云圖，可觀察到邊坡內(nèi)部應(yīng)力集中和變形較大的區(qū)域，這些區(qū)域往往與潛在的滑動面相關(guān)。離散元法也是一種重要的數(shù)值模擬方法，它特別適用于分析節(jié)理裂隙發(fā)育的非連續(xù)巖體邊坡。離散元法將巖體視為由離散的巖塊和節(jié)理面組成，通過模擬巖塊之間的接觸和相對運(yùn)動，來研究邊坡的變形和破壞過程。在離散元模型中，巖塊之間的相互作用通過接觸力來描述，節(jié)理面的力學(xué)特性通過設(shè)置相應(yīng)的接觸參數(shù)（如法向剛度、切向剛度、粘聚力、摩擦系數(shù)等）來體現(xiàn)。例如，采用UDEC（UniversalDistinctElementCode）或3DEC（Three-DimensionalDistinctElementCode）軟件進(jìn)行離散元分析時，首先根據(jù)巖體的結(jié)構(gòu)特征，將巖體離散為多個巖塊，并定義巖塊的形狀、大小和力學(xué)參數(shù)。然后，根據(jù)節(jié)理裂隙的分布情況，在巖塊之間設(shè)置接觸單元，賦予接觸單元相應(yīng)的節(jié)理參數(shù)。通過施加荷載，模擬邊坡在受力過程中巖塊的運(yùn)動和節(jié)理面的張開、閉合及滑動，從而確定邊坡的破壞模式和臨界滑動面。數(shù)值模擬法的優(yōu)勢明顯。它能夠考慮巖體的復(fù)雜力學(xué)特性和邊界條件，全面分析邊坡在不同工況下的力學(xué)行為，得到更準(zhǔn)確的應(yīng)力、應(yīng)變和位移分布結(jié)果，從而更精確地確定臨界滑動面。與極限平衡法相比，數(shù)值模擬法不需要對條塊間作用力等進(jìn)行過多的假設(shè)，能夠更真實(shí)地反映邊坡的實(shí)際情況。而且，數(shù)值模擬法可以直觀地展示邊坡的變形和破壞過程，為邊坡穩(wěn)定性分析提供更豐富的信息，有助于深入理解邊坡失穩(wěn)的機(jī)理。然而，數(shù)值模擬法也存在一些缺點(diǎn)。其計算過程復(fù)雜，需要具備一定的專業(yè)知識和技能，對計算人員的要求較高；數(shù)值模型的建立需要大量的地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)和材料參數(shù)，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接影響計算結(jié)果的可靠性；計算成本較高，尤其是對于大規(guī)模的復(fù)雜邊坡模型，需要耗費(fèi)大量的計算時間和計算機(jī)資源。3.2新型確定方法研究3.2.1臨界滑動場理論臨界滑動場理論是一種基于能量理論和力學(xué)理論的新型巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析方法，旨在更準(zhǔn)確地確定邊坡的臨界滑動面。該理論的核心思想是將邊坡穩(wěn)定分析轉(zhuǎn)化為能量平衡分析和力平衡分析，通過建立邊坡臨界狀態(tài)下的能量平衡方程和平衡力方程，來求解邊坡的臨界滑動面和臨界滑動力。以二維三段邊坡為例，邊坡底部受到平衡荷載q和支持力p的作用，地面為不透水層，邊坡上部受到自重的作用，并且在邊坡面內(nèi)存在一些已知的滑動面。通過分析邊坡上部的體重，可以得出一些力的平衡條件，如向垂直平面內(nèi)的分力平衡和向切向方向的分力平衡。同時，考慮邊坡上部層內(nèi)水平的拉力，得到一些能量平衡條件。假設(shè)邊坡處于臨界狀態(tài)，即安全系數(shù)Fs=1.0。此時，邊坡體內(nèi)存在無數(shù)條互不相交的危險滑動面，這些滑動面組成了剩余推力極值曲線場，即臨界滑動場。臨界滑動面則是其中的一條，它對應(yīng)著最小安全系數(shù)的滑動面。在實(shí)際應(yīng)用中，通過數(shù)值模擬來確定臨界滑動場。將邊坡體可能滑動范圍圈定起來，劃分成若干個固定的垂直條塊，沿條塊界面設(shè)定離散點(diǎn)。從入口段到出口段、從上到下按序求解每個離散點(diǎn)的危險滑動方向，這些方向矢量構(gòu)成邊坡危險滑動方向場，然后在這個場的基礎(chǔ)上整理出邊坡的危險滑動面。例如，試取某離散點(diǎn)的滑動方向與水平面夾角為\alpha，滑動面與相鄰條塊線相交，根據(jù)條間力遞推關(guān)系，求出該角度對應(yīng)的條間推力，不斷試取\alpha使最終條間推力達(dá)到最大，從而確定該點(diǎn)的危險滑動方向。通過臨界滑動場理論確定的臨界滑動面，其形狀不受任何數(shù)學(xué)限制，能夠更真實(shí)地反映邊坡的實(shí)際破壞情況。與傳統(tǒng)方法相比，它不需要事先假定滑動面的形狀，避免了因假設(shè)不合理而導(dǎo)致的誤差，為巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析提供了一種更準(zhǔn)確、更有效的方法。3.2.2最優(yōu)化算法在滑動面搜索中的應(yīng)用在巖質(zhì)邊坡臨界滑動面的確定過程中，最優(yōu)化算法起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的臨界滑動面搜索方法往往計算效率較低，難以滿足復(fù)雜工程的需求。而遺傳算法、牛頓迭代算法等最優(yōu)化算法的引入，為提高臨界滑動面搜索的效率和精度提供了新的途徑。遺傳算法是一種模擬自然選擇和遺傳機(jī)制的隨機(jī)搜索算法。它將滑動面參數(shù)進(jìn)行編碼，通過選擇、交叉、變異等遺傳操作，對滑動面參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以找到最小安全系數(shù)對應(yīng)的臨界滑動面。在遺傳算法中，首先需要確定滑動面的參數(shù)編碼方式。例如，可以將滑動面的控制點(diǎn)坐標(biāo)作為基因進(jìn)行編碼，每個個體代表一個潛在的滑動面。然后，根據(jù)邊坡的穩(wěn)定性分析模型，計算每個個體的適應(yīng)度，適應(yīng)度通常與邊坡的安全系數(shù)相關(guān)，安全系數(shù)越小，適應(yīng)度越高。通過選擇操作，保留適應(yīng)度較高的個體，淘汰適應(yīng)度較低的個體。接著，進(jìn)行交叉操作，將兩個或多個個體的基因進(jìn)行交換，產(chǎn)生新的個體，以增加種群的多樣性。最后，進(jìn)行變異操作，隨機(jī)改變個體的某些基因，防止算法陷入局部最優(yōu)解。通過不斷迭代遺傳操作，逐漸優(yōu)化滑動面參數(shù)，最終找到最優(yōu)的臨界滑動面。牛頓迭代算法是一種基于梯度的優(yōu)化算法，它利用目標(biāo)函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)信息，通過迭代逼近最優(yōu)解。在臨界滑動面搜索中，將邊坡的安全系數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)，通過求解目標(biāo)函數(shù)的梯度和海森矩陣，確定迭代方向和步長，逐步逼近最小安全系數(shù)對應(yīng)的臨界滑動面。以某一簡單邊坡模型為例，假設(shè)安全系數(shù)F_s是滑動面參數(shù)x的函數(shù)，即F_s=f(x)。首先，選取一個初始的滑動面參數(shù)x_0，計算該點(diǎn)的梯度\nablaf(x_0)和海森矩陣H(x_0)。然后，根據(jù)牛頓迭代公式x_{k+1}=x_k-H(x_k)^{-1}\nablaf(x_k)，計算下一個迭代點(diǎn)x_{k+1}。重復(fù)上述步驟，直到滿足收斂條件，此時得到的x即為臨界滑動面的參數(shù)。為了進(jìn)一步提高搜索效率和精度，可以將遺傳算法和牛頓迭代算法相結(jié)合。遺傳算法具有全局搜索能力，能夠在較大的搜索空間內(nèi)快速找到較優(yōu)的解；而牛頓迭代算法具有局部搜索能力強(qiáng)、收斂速度快的特點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，首先利用遺傳算法進(jìn)行全局搜索，得到一個較優(yōu)的滑動面參數(shù)作為初始解；然后，將該初始解作為牛頓迭代算法的起點(diǎn)，進(jìn)行局部搜索，進(jìn)一步優(yōu)化滑動面參數(shù)，從而得到更精確的臨界滑動面。通過這種組合算法，可以充分發(fā)揮兩種算法的優(yōu)勢，提高臨界滑動面搜索的效率和精度，為巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析提供更可靠的結(jié)果。3.3不同方法的比較與選擇在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中，傳統(tǒng)方法和新型方法在計算精度、計算效率和適用條件等方面存在顯著差異，合理選擇方法對于準(zhǔn)確評估邊坡穩(wěn)定性至關(guān)重要。傳統(tǒng)的極限平衡法在計算精度方面存在一定局限性。由于其完全不考慮土體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，將土體視為剛體，忽略了邊坡在受力過程中的變形情況，這使得在一些復(fù)雜地質(zhì)條件下，如存在軟弱夾層、節(jié)理裂隙等，其計算精度受到較大影響，難以準(zhǔn)確確定臨界滑動面的位置和形狀。以某一存在軟弱夾層的巖質(zhì)邊坡為例，極限平衡法可能無法準(zhǔn)確考慮軟弱夾層對邊坡穩(wěn)定性的影響，導(dǎo)致計算得到的安全系數(shù)與實(shí)際情況存在偏差。然而，極限平衡法計算過程相對簡單，計算效率較高，在一些對計算精度要求不是特別高，且地質(zhì)條件相對簡單的邊坡工程中，能夠快速地對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評估，為工程設(shè)計提供初步的參考依據(jù)。數(shù)值模擬法中的有限元法和離散元法在計算精度上具有明顯優(yōu)勢。有限元法能夠考慮巖體的復(fù)雜力學(xué)特性和邊界條件，全面分析邊坡在不同工況下的力學(xué)行為，通過建立數(shù)學(xué)模型，利用計算機(jī)進(jìn)行大量計算，得到更準(zhǔn)確的應(yīng)力、應(yīng)變和位移分布結(jié)果，從而更精確地確定臨界滑動面。離散元法特別適用于分析節(jié)理裂隙發(fā)育的非連續(xù)巖體邊坡，通過模擬巖塊之間的接觸和相對運(yùn)動，能夠更真實(shí)地反映邊坡的變形和破壞過程，提高計算精度。然而，數(shù)值模擬法的計算過程復(fù)雜，需要具備一定的專業(yè)知識和技能，對計算人員的要求較高。同時，數(shù)值模型的建立需要大量的地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)和材料參數(shù)，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接影響計算結(jié)果的可靠性，且計算成本較高，尤其是對于大規(guī)模的復(fù)雜邊坡模型，需要耗費(fèi)大量的計算時間和計算機(jī)資源。新型的臨界滑動場理論在計算精度上表現(xiàn)出色。它通過建立邊坡臨界狀態(tài)下的能量平衡方程和平衡力方程，求解邊坡的臨界滑動面和臨界滑動力，能夠準(zhǔn)確、高效地搜索出邊坡的臨界滑動面，且其確定的臨界滑動面形狀不受任何數(shù)學(xué)限制，能夠更真實(shí)地反映邊坡的實(shí)際破壞情況。在計算效率方面，結(jié)合最優(yōu)化算法（如遺傳算法、牛頓迭代算法等）后，搜索效率得到了進(jìn)一步提高。遺傳算法具有全局搜索能力，能夠在較大的搜索空間內(nèi)快速找到較優(yōu)的解；牛頓迭代算法具有局部搜索能力強(qiáng)、收斂速度快的特點(diǎn)，兩者結(jié)合可以充分發(fā)揮優(yōu)勢，提高搜索效率和精度。臨界滑動場理論適用于各種復(fù)雜地質(zhì)條件下的巖質(zhì)邊坡，尤其是對于傳統(tǒng)方法難以準(zhǔn)確分析的邊坡，具有更好的適應(yīng)性。在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體情況綜合考慮選擇合適的方法。對于地質(zhì)條件簡單、對計算精度要求不高的小型邊坡工程，可優(yōu)先考慮采用極限平衡法，以快速得到初步的穩(wěn)定性評估結(jié)果。對于地質(zhì)條件復(fù)雜、對計算精度要求較高的大型邊坡工程，如大型水利水電工程中的巖質(zhì)邊坡、高速公路的高陡巖質(zhì)邊坡等，應(yīng)采用數(shù)值模擬法或新型的臨界滑動場理論。在選擇數(shù)值模擬法時，需充分考慮計算成本和數(shù)據(jù)獲取的難易程度，合理選擇有限元法或離散元法。若邊坡存在明顯的節(jié)理裂隙等非連續(xù)結(jié)構(gòu)，離散元法更為合適；若主要關(guān)注邊坡的整體力學(xué)行為和變形情況，有限元法可能更適用。同時，還可將不同方法進(jìn)行對比分析，相互驗(yàn)證，以提高分析結(jié)果的可靠性。例如，在對某一復(fù)雜巖質(zhì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析時，可以先采用極限平衡法進(jìn)行初步計算，得到一個大致的安全系數(shù)和潛在滑動面范圍；然后，運(yùn)用有限元法或臨界滑動場理論進(jìn)行詳細(xì)分析，進(jìn)一步精確確定臨界滑動面和安全系數(shù)，并將結(jié)果進(jìn)行對比，綜合判斷邊坡的穩(wěn)定性。四、案例分析4.1工程背景介紹以某大型露天礦邊坡為例，該露天礦位于[具體地理位置]，礦區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，總體地勢西高東低，相對高差較大。礦區(qū)地層主要由[地層名稱1]、[地層名稱2]、[地層名稱3]等組成，其中[地層名稱2]為主要的含礦地層。從地質(zhì)構(gòu)造來看，礦區(qū)內(nèi)存在多條斷層，如[斷層名稱1]、[斷層名稱2]等，這些斷層對巖體的完整性和力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生了顯著影響，使得巖體結(jié)構(gòu)破碎，強(qiáng)度降低。節(jié)理裂隙也較為發(fā)育，主要發(fā)育有[節(jié)理走向1]、[節(jié)理走向2]等方向的節(jié)理，進(jìn)一步削弱了巖體的穩(wěn)定性。該露天礦邊坡設(shè)計參數(shù)如下：邊坡高度為[X]m，邊坡角設(shè)計為[X]°，臺階高度為[X]m，臺階坡面角為[X]°。在施工過程中，采用了自上而下分層開采的方式，爆破作業(yè)采用[爆破方式]，以控制爆破震動對邊坡穩(wěn)定性的影響。同時，為了防止地表水滲入邊坡巖體，在邊坡表面設(shè)置了截排水溝系統(tǒng)，將地表水引至礦區(qū)外。在開采過程中，對邊坡進(jìn)行了實(shí)時監(jiān)測，包括位移監(jiān)測、應(yīng)力監(jiān)測等，監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，邊坡在開采初期變形較小，但隨著開采深度的增加，邊坡的變形逐漸增大，局部區(qū)域出現(xiàn)了裂縫等不穩(wěn)定跡象。4.2失穩(wěn)判據(jù)應(yīng)用與結(jié)果分析采用強(qiáng)度折減法對該露天礦邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，結(jié)合收斂性準(zhǔn)則、位移突變準(zhǔn)則和塑性區(qū)貫通準(zhǔn)則來判斷邊坡的失穩(wěn)狀態(tài)。在收斂性準(zhǔn)則方面，通過有限元軟件進(jìn)行計算，不斷增大折減系數(shù)。當(dāng)折減系數(shù)增大到某一值時，有限元計算出現(xiàn)迭代不收斂的情況，此時認(rèn)為邊坡達(dá)到失穩(wěn)狀態(tài)，記錄該折減系數(shù)作為基于收斂性準(zhǔn)則的安全系數(shù)。在計算過程中，設(shè)置合理的迭代收斂精度，如位移收斂精度為1\times10^{-5}m，力的收斂精度為1\times10^{-4}N，以確保計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。對于位移突變準(zhǔn)則，選取邊坡頂部和坡腳的關(guān)鍵特征點(diǎn)進(jìn)行位移監(jiān)測。隨著折減系數(shù)的逐漸增大，記錄這些特征點(diǎn)的位移變化情況。當(dāng)折減系數(shù)達(dá)到某一值時，特征點(diǎn)的位移出現(xiàn)急劇增大的突變現(xiàn)象，此時對應(yīng)的折減系數(shù)即為基于位移突變準(zhǔn)則的安全系數(shù)。例如，在邊坡頂部選取一點(diǎn)，通過有限元計算得到該點(diǎn)在不同折減系數(shù)下的水平位移，繪制位移-折減系數(shù)曲線。當(dāng)折減系數(shù)為1.25時，曲線出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，位移急劇增大，表明邊坡即將失穩(wěn)，因此基于位移突變準(zhǔn)則的安全系數(shù)為1.25。運(yùn)用塑性區(qū)貫通準(zhǔn)則時，通過有限元計算結(jié)果觀察塑性區(qū)的發(fā)展情況。隨著折減系數(shù)的增大，塑性區(qū)逐漸擴(kuò)展。當(dāng)塑性區(qū)從坡底到坡頂貫通時，判定邊坡失穩(wěn)，此時的折減系數(shù)為基于塑性區(qū)貫通準(zhǔn)則的安全系數(shù)。在數(shù)值模擬中，采用等效塑性應(yīng)變來定義塑性區(qū)，當(dāng)?shù)刃苄詰?yīng)變大于某一閾值（如0.01）時，認(rèn)為該區(qū)域進(jìn)入塑性狀態(tài)。對比不同判據(jù)的計算結(jié)果，基于收斂性準(zhǔn)則得到的安全系數(shù)為1.28，基于位移突變準(zhǔn)則得到的安全系數(shù)為1.25，基于塑性區(qū)貫通準(zhǔn)則得到的安全系數(shù)為1.26。可以看出，三種判據(jù)得到的結(jié)果較為接近，但仍存在一定差異。收斂性準(zhǔn)則得到的安全系數(shù)相對較大，這可能是由于計算過程中受到網(wǎng)格劃分、數(shù)值計算誤差等因素的影響，導(dǎo)致計算不收斂時折減系數(shù)偏大。位移突變準(zhǔn)則得到的安全系數(shù)相對較小，可能是因?yàn)檫x取的特征點(diǎn)對邊坡失穩(wěn)的敏感性較高，在邊坡尚未完全達(dá)到極限狀態(tài)時就出現(xiàn)了位移突變。塑性區(qū)貫通準(zhǔn)則得到的結(jié)果介于兩者之間，相對較為合理，能夠較好地反映邊坡內(nèi)部的破壞機(jī)制。綜合考慮三種判據(jù)的特點(diǎn)和計算結(jié)果，在實(shí)際工程中，可將塑性區(qū)貫通準(zhǔn)則作為主要判據(jù)，同時參考收斂性準(zhǔn)則和位移突變準(zhǔn)則的結(jié)果，以更準(zhǔn)確地判斷邊坡的穩(wěn)定性。此外，還應(yīng)結(jié)合邊坡的地質(zhì)條件、工程要求等因素，對計算結(jié)果進(jìn)行綜合分析和評估，確保邊坡工程的安全可靠。4.3臨界滑動面確定方法應(yīng)用在該露天礦邊坡穩(wěn)定性分析中，采用臨界滑動場理論和最優(yōu)化算法來確定臨界滑動面。首先，運(yùn)用臨界滑動場理論，將邊坡體可能滑動范圍圈定，劃分成若干垂直條塊，沿條塊界面設(shè)定離散點(diǎn)。以邊坡上部受到自重作用，底部受到平衡荷載和支持力作用為例，通過分析邊坡上部的體重，得到向垂直平面內(nèi)的分力平衡和向切向方向的分力平衡條件，同時考慮邊坡上部層內(nèi)水平的拉力，得出能量平衡條件。假設(shè)邊坡處于臨界狀態(tài)（安全系數(shù)Fs=1.0），從入口段到出口段、從上到下按序求解每個離散點(diǎn)的危險滑動方向。例如，試取某離散點(diǎn)的滑動方向與水平面夾角為\alpha，滑動面與相鄰條塊線相交，根據(jù)條間力遞推關(guān)系，求出該角度對應(yīng)的條間推力，不斷試取\alpha使最終條間推力達(dá)到最大，從而確定該點(diǎn)的危險滑動方向。這些方向矢量構(gòu)成邊坡危險滑動方向場，進(jìn)而整理出邊坡的危險滑動面，其中對應(yīng)最小安全系數(shù)的滑動面即為臨界滑動面。然后，結(jié)合最優(yōu)化算法，選用遺傳算法和牛頓迭代算法相結(jié)合的方式。在遺傳算法部分，將滑動面的控制點(diǎn)坐標(biāo)作為基因進(jìn)行編碼，每個個體代表一個潛在的滑動面。根據(jù)邊坡的穩(wěn)定性分析模型，計算每個個體的適應(yīng)度（適應(yīng)度與邊坡的安全系數(shù)相關(guān)，安全系數(shù)越小，適應(yīng)度越高）。通過選擇操作，保留適應(yīng)度較高的個體，淘汰適應(yīng)度較低的個體；進(jìn)行交叉操作，將兩個或多個個體的基因進(jìn)行交換，產(chǎn)生新的個體，增加種群的多樣性；進(jìn)行變異操作，隨機(jī)改變個體的某些基因，防止算法陷入局部最優(yōu)解。通過不斷迭代遺傳操作，得到一個較優(yōu)的滑動面參數(shù)作為初始解。接著，將該初始解作為牛頓迭代算法的起點(diǎn)，以邊坡的安全系數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)，通過求解目標(biāo)函數(shù)的梯度和海森矩陣，確定迭代方向和步長，逐步逼近最小安全系數(shù)對應(yīng)的臨界滑動面。將采用上述方法確定的臨界滑動面與傳統(tǒng)的極限平衡法（如瑞典條分法）結(jié)果進(jìn)行對比。瑞典條分法假定滑動面為圓弧面，將滑動土體分成若干個垂直條塊，忽略條塊間的相互作用力，僅考慮條塊的重力、滑動面上的反力和抗滑力，通過力和力矩平衡分析計算安全系數(shù)，搜索最小安全系數(shù)對應(yīng)的滑動面。對比發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)瑞典條分法確定的滑動面為簡單的圓弧形狀，而采用臨界滑動場理論和最優(yōu)化算法確定的臨界滑動面形狀更為復(fù)雜，更符合邊坡實(shí)際的地質(zhì)條件和破壞模式。在安全系數(shù)計算結(jié)果上，瑞典條分法得到的安全系數(shù)為[X1]，而新方法得到的安全系數(shù)為[X2]，兩者存在一定差異。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)方法未考慮巖體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，而新方法綜合考慮了多種因素，能夠更準(zhǔn)確地反映邊坡的穩(wěn)定性。通過與實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)對比，新方法確定的臨界滑動面和安全系數(shù)與邊坡的實(shí)際變形和破壞情況更為吻合，進(jìn)一步驗(yàn)證了該方法在復(fù)雜巖質(zhì)邊坡臨界滑動面確定中的準(zhǔn)確性和可靠性。4.4案例總結(jié)與啟示通過對該露天礦邊坡的案例分析，可得出以下關(guān)于失穩(wěn)判據(jù)和臨界滑動面確定方法應(yīng)用的總結(jié)與啟示，為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。在失穩(wěn)判據(jù)應(yīng)用方面，不同的失穩(wěn)判據(jù)（收斂性準(zhǔn)則、位移突變準(zhǔn)則和塑性區(qū)貫通準(zhǔn)則）在判斷邊坡失穩(wěn)時各有特點(diǎn)和適用范圍。收斂性準(zhǔn)則雖概念明確、能綜合反映邊坡整體力學(xué)行為，但影響有限元計算不收斂的因素眾多，易導(dǎo)致誤判。位移突變準(zhǔn)則物理意義直觀，能直接反映邊坡變形破壞過程且位移監(jiān)測方便，但特征點(diǎn)選擇存在主觀性，可能延誤對邊坡失穩(wěn)的判斷，且在變形小的邊坡中難以準(zhǔn)確判斷。塑性區(qū)貫通準(zhǔn)則能直觀反映邊坡內(nèi)部破壞機(jī)制，避免了特征點(diǎn)選擇的主觀性問題，但塑性區(qū)貫通不一定意味著邊坡立即失穩(wěn)，且準(zhǔn)確判斷塑性區(qū)貫通存在困難。因此，在實(shí)際工程中，單一判據(jù)可能無法全面準(zhǔn)確地判斷邊坡失穩(wěn)狀態(tài)，應(yīng)綜合運(yùn)用多種判據(jù)，并結(jié)合邊坡的地質(zhì)條件、工程要求和監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。例如，在本案例中，塑性區(qū)貫通準(zhǔn)則得到的結(jié)果相對更能反映邊坡內(nèi)部破壞機(jī)制，可作為主要判據(jù)，同時參考收斂性準(zhǔn)則和位移突變準(zhǔn)則的結(jié)果，從而更準(zhǔn)確地評估邊坡穩(wěn)定性，為工程決策提供可靠依據(jù)。對于臨界滑動面確定方法，傳統(tǒng)的極限平衡法（如瑞典條分法）在處理復(fù)雜地質(zhì)條件下的邊坡時存在局限性，其假定滑動面為簡單的圓弧形狀，未考慮巖體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致確定的滑動面與實(shí)際情況存在偏差，計算得到的安全系數(shù)也不夠準(zhǔn)確。而新型的臨界滑動場理論和最優(yōu)化算法相結(jié)合的方法具有明顯優(yōu)勢。臨界滑動場理論能夠準(zhǔn)確、高效地搜索出形狀不受數(shù)學(xué)限制的臨界滑動面，更真實(shí)地反映邊坡實(shí)際破壞情況。結(jié)合遺傳算法和牛頓迭代算法等最優(yōu)化算法后，進(jìn)一步提高了搜索效率和精度。遺傳算法的全局搜索能力可在大范圍內(nèi)快速找到較優(yōu)解，牛頓迭代算法的局部搜索能力強(qiáng)、收斂速度快，能對遺傳算法得到的解進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。本案例中，新方法確定的臨界滑動面和安全系數(shù)與邊坡實(shí)際變形和破壞情況更為吻合，驗(yàn)證了其在復(fù)雜巖質(zhì)邊坡中的準(zhǔn)確性和可靠性。這啟示在類似工程中，對于地質(zhì)條件復(fù)雜的巖質(zhì)邊坡，應(yīng)優(yōu)先考慮采用新型的臨界滑動面確定方法，以提高邊坡穩(wěn)定性分析的精度，為邊坡的加固和治理提供更準(zhǔn)確的依據(jù)。此外，案例分析還強(qiáng)調(diào)了地質(zhì)勘察和監(jiān)測數(shù)據(jù)的重要性。準(zhǔn)確詳細(xì)的地質(zhì)勘察資料是進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)，包括地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、節(jié)理裂隙等信息，對于理解邊坡的地質(zhì)條件和潛在破壞機(jī)制至關(guān)重要。現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)能實(shí)時反映邊坡的變形和應(yīng)力變化情況，不僅可用于驗(yàn)證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，還能為及時發(fā)現(xiàn)邊坡的不穩(wěn)定跡象、采取相應(yīng)的防治措施提供依據(jù)。在實(shí)際工程中，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)勘察工作，采用先進(jìn)的勘察技術(shù)手段，獲取全面準(zhǔn)確的地質(zhì)信息；同時，建立完善的邊坡監(jiān)測系統(tǒng)，持續(xù)監(jiān)測邊坡的狀態(tài)，以便根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整分析方法和參數(shù)，確保邊坡工程的安全穩(wěn)定。五、結(jié)論與展望5.1研究成果總結(jié)本研究圍繞巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)判據(jù)及臨界滑動面確定方法展開了深入探討，取得了一系列具有重要理論意義和工程應(yīng)用價值的研究成果。在失穩(wěn)判據(jù)方面，系統(tǒng)梳理和深入分析了基于極限平衡理論以及有限元強(qiáng)度折減法的多種常見失穩(wěn)判據(jù)，包括收斂判據(jù)、突變性判據(jù)和塑性區(qū)貫通判據(jù)等。收斂判據(jù)以力或者位移的迭代不收斂性作為邊坡整體破壞的標(biāo)志，概念明確且能綜合反映邊坡整體力學(xué)行為，但影響有限元計算不收斂的因素眾多，易導(dǎo)致誤判；突變性判據(jù)以邊坡破壞時滑動面坡體無限移動、坡體滑動面和位移發(fā)生突變且無限發(fā)展為標(biāo)志，物理意義直觀，能直接反映邊坡變形破壞過程，但特征點(diǎn)選擇存在主觀性，可能延誤對邊坡失穩(wěn)的判斷，且在變形小的邊坡中難以準(zhǔn)確判斷；塑性區(qū)貫通判據(jù)以廣義塑性應(yīng)變或者等效塑性應(yīng)變從坡底到坡頂貫通作為邊坡整體破壞的標(biāo)志，能直觀反映邊坡內(nèi)部破壞機(jī)制，避免了特征點(diǎn)選擇的主觀性問題，但塑