基于因素敏感性的边坡稳定性分析汪志强

基于因素敏感性的边坡稳定性分析汪志强

汪志强

中国水利水电第十四工程局有限公司云南省昆明市650000

摘要：本文在正交实验原理的基础上，分析边坡稳定系数的参数敏感性分析，根据边坡材料使用到的力学参数，建造正交试验，利用刚体极限平衡法来对稳定性进行分析，利用极差分析方法得到边坡稳定关键性的因素，为边坡稳定性分析提供更加准确的依据。

关键词：刚体极限平衡法；正交试验原理；边坡稳定性分析

1、引言

在边坡工程治理过程中边坡稳定性分析是最重要的问题，边坡稳定性有2种分析评价方法，一种是定性评价方法，一种是定量评价方法，定性分析法主要包括历史成因分析法、工程地质类比法、图解法和地质力学模型等分析方法；定量分析方法主要包括刚体极限平衡法、基于有差理论的强度折减法和有限单元理论的强度折减法。刚体极限平衡法是目前推荐使用的方法，广泛应用在边坡工程稳定性评价中。边坡稳定性计算的结果主要在准确建立和实际情况一致的数值模型上，其中岩土力学参数的准确性是最重要的一项，但是在实际工程中，岩土在取样和实验过程中，难免受到人为因素的干扰，所以由实验得到的岩土材料力学参数具有一定的不确定性和随机性，必然会影响到边坡稳定性数值计算的可靠性，对此分析岩土材料力学参数变化对边坡稳定性的影响，找出其影响因素，针对边坡岩土材料的主要力学参数建立正交试验，利用刚体极限平衡方法对边坡稳定性进行分析，然后利用极差分析法对边坡稳定的关键性因素进行分析，指出边坡稳定性中岩土勘察的重点，可以为后期工程勘察提供更加精确的参考依据。

从以上公式可以看出，极差Rj参数在第i水平下统计参数Kij最大值和最小值差，它主要反映了第j列因素水平变动时，试验指标变化的最大幅值。极差Rj参数越大表示在该因素水平变动对试验指标的影响越显著，也就是敏感度就越高。Rj参数越小，不能说在该因素下不属于敏感因素，只能表明在该因素所选用范围内变化时，该试验对指标影响相比比较小。

3、边坡稳定系数的参数敏感性分析

边坡稳定影响因素比较多，各种因素的大小对边坡稳定性具有一定的影响，所以边坡稳定属于多因素多水平的问题，利用力学参数对边坡稳定影响因素进行分析，为了更加准确确定边坡稳定的力学参数影响因素，另外为了减少试验量，采用正交试验法对边坡的3个因素和3个水平进行正交试验，3个因素分别为容重（γ）、粘聚力（C）和内摩擦角（φ），然后针对每一个因素分别选取3个水平，参数值分别选取了工程中常用的取值，表1为总共9组因素水平数据，编号从1到9，每组实验结果见表2，然后根据刚体极限平衡法划分25个条块，然后对边坡稳定性进行分析，分析结果见表3.从实验结果中可以看出边坡滑动面呈现圆弧状，下部的滑出点接近边坡脚，计算结果符合通常边坡失稳的状况。利用极差分析法对3个因素进行分析发现，敏感性从大到小依次为内摩擦角（φ）→粘聚力（C）→容度（γ）。随着材料容重的增加，边坡稳定系数也随着增加，这一点和通常边坡稳定性分析的结果一致，总之，使用材料的容重对边坡稳定性系数影响最小，粘聚力对边坡稳定性系数影响最大，内摩擦角的取值对边坡的稳定系数影响最明显。所以在实际工程中，要特别关注岩土的粘聚力和内摩擦角的选取，这样才能保证数值模拟计算结果对边坡稳定状态做出合理的推断。

4、结语

通过建立正交试验，利用刚体极限平衡法对边坡稳定性进行分析，利用极差分析法来分析边坡稳定性的关键因素，可以得出以下结论：（1）边坡材料的内摩擦角对边坡的稳定性系数影响最明显，粘聚力对边坡稳定性系数影响其次，材料容重的变化对边坡稳定性系数影响最小。所以在进行工程勘察过程中，需要着重关注岩土材料的内摩擦角和粘聚力，严格保证提供的数据反映的是工程的实际情况，这样才可以进一步保证数值计算结果可以真实地评价出边坡的稳定情况。（2）利用正交试验方法可以得出材料力学参数，可以更加直观的反应出对边坡稳定性安全系数的影响程度，为实际工程的分析提供一定的参考价值。

参考文献：

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