摘 要：由于路基邊坡分析中存在復(fù)雜性和不確定性，傳統(tǒng)的確定分析方法理論用于邊坡分析結(jié)果不十分理想。文章結(jié)合多種分析方法的優(yōu)劣勢(shì)，討論模糊數(shù)學(xué)法用于評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性的重要性和未來(lái)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：路基邊坡；分析方法；模糊數(shù)學(xué)法

1 前言

巖土工程在實(shí)際施工中存在一個(gè)普遍性的問(wèn)題，即邊坡穩(wěn)定性的失穩(wěn)。其評(píng)價(jià)最終數(shù)據(jù)的正確性與整個(gè)工程的效果呈現(xiàn)正比關(guān)系。目前，我國(guó)的巖土工程發(fā)展日臻純熟與深入。巖土邊坡的施工在深度上已經(jīng)逾百米，特別是在巖石性質(zhì)的邊坡工程中。其中以我國(guó)馳名海外的三峽工程為例。伴隨著研究的深入，現(xiàn)今對(duì)于工程穩(wěn)定性的分析手段越來(lái)越豐富，但是同樣由于工程所需要面臨的困難也呈現(xiàn)多發(fā)性，因此，巖土邊坡工程的特點(diǎn)呈現(xiàn)復(fù)雜以及不穩(wěn)定性。我國(guó)以往的傳統(tǒng)的極限平衡法對(duì)于此類問(wèn)題的即邊坡分析的效果十分的不理想，但是，由此可以看出，無(wú)論是使用確定的分析方式還是使用不確定的分析方式。在邊坡分析問(wèn)題上各個(gè)理論方法都存在有一定的偏差，而不能精確的將邊坡的穩(wěn)定性準(zhǔn)確而實(shí)際的情況評(píng)價(jià)出來(lái)。

本文結(jié)合多種分析方法的利弊，討論模糊數(shù)學(xué)法評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性的可行性和最終發(fā)展趨勢(shì)。

2 國(guó)內(nèi)外研究狀況

2.1 有限元方法

有限元單元法是數(shù)值模擬法中最早運(yùn)用在評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性上的，目前也是運(yùn)用的最廣泛的一種數(shù)值方法。它最大的優(yōu)點(diǎn)就是部分考慮了巖體邊坡的非均質(zhì)和不連續(xù)性，也部分的考慮了土質(zhì)邊坡的內(nèi)部應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，但實(shí)際上在破畫(huà)面或滑動(dòng)面上的斜率大部分位移，而有限元分析得到的數(shù)值往往要比可能產(chǎn)生的最大切向應(yīng)力要大，顯然與實(shí)際不符?？偟膩?lái)說(shuō)，有限元方法能較為接近的對(duì)邊坡變形機(jī)制從巖土體的本構(gòu)關(guān)系角度進(jìn)行分析，對(duì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的部位以及需要進(jìn)行首先考慮加固的地方進(jìn)行分析且效果差強(qiáng)人意，但是對(duì)于大變形求解、巖體中不連續(xù)面、無(wú)限域和應(yīng)力集中等問(wèn)題的求解還不甚理想。

2.2 極限平衡法

極限平衡法是工程實(shí)踐中使用最為廣泛的一種方法。這種方法主要是通過(guò)分析作用于不穩(wěn)定土體的靜力平衡，根據(jù)摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度準(zhǔn)則判斷邊坡的穩(wěn)定性最為常見(jiàn)的極限平衡法是條分法。與其他強(qiáng)度理論相比，摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論與試驗(yàn)結(jié)果的符合性是比較好的。雖然極限平衡法在邊坡穩(wěn)定分析中應(yīng)用極為廣泛，求解過(guò)程是一種解析方法，但在求解過(guò)程中往往要作出各種假定來(lái)解決超靜定問(wèn)題。

2.3 結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)延伸的分析方法

所謂的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算系統(tǒng)以及信息處理方式是通過(guò)仿生學(xué)的原理模仿人類大腦結(jié)構(gòu)所延伸出來(lái)的新型信息處理體系，在對(duì)巖土的邊坡工程進(jìn)行分析工作領(lǐng)域中使用這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以最大限度的對(duì)于邊緣可影響地質(zhì)邊坡穩(wěn)定的非穩(wěn)定因素進(jìn)行變量分析，且優(yōu)勢(shì)明顯，通過(guò)變量的輸入，可以對(duì)周遭的因素量同邊坡的安全系數(shù)以及邊坡形變量之間的關(guān)系建立線性模型，用以對(duì)安全系數(shù)進(jìn)行評(píng)定以及預(yù)測(cè)。由于預(yù)測(cè)邊坡的模型中的因素與實(shí)際影響存在很多差異，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析方法具有一定的局限性，只能評(píng)價(jià)一些無(wú)法用精確算法驗(yàn)算出來(lái)的邊坡的穩(wěn)定性，可行性有待提升。

2.4 度法分析

通過(guò)實(shí)際的分析以及操作，往往在巖質(zhì)邊坡的工程實(shí)施中，對(duì)于穩(wěn)定性和安全性造成影響的因素都不確定，是毫無(wú)規(guī)律的，具有隨機(jī)性的因素，但是，即便如此這種變量也是具有分布概率的。我國(guó)著名的地質(zhì)學(xué)家祝玉學(xué)就把這種邊坡對(duì)于穩(wěn)定性保持的概率稱為可靠度。通過(guò)可靠度對(duì)于邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析可以得到對(duì)其產(chǎn)生影響的多方因素樣本，而分析的前提就是對(duì)于信息以及數(shù)據(jù)的整合統(tǒng)計(jì)，這就要求對(duì)各個(gè)樣本出現(xiàn)的概率以及其分布特征進(jìn)行參數(shù)的整合，然后再通過(guò)有效的可靠度的分析方式對(duì)邊坡穩(wěn)定性破壞的概率進(jìn)行計(jì)算，即對(duì)可靠度進(jìn)行計(jì)算。但是這種方法的缺點(diǎn)就是在于數(shù)據(jù)以及信息獲取較為困難，另外，其計(jì)算通常也較一般的極限平衡方法顯得困難和復(fù)雜。

3 模糊數(shù)學(xué)法

上述方法對(duì)于邊坡的分析都存在著或多或少的不足，雖然無(wú)論是從定性的，定量的或者不確定的方式分析方法都有其特有獨(dú)特點(diǎn)，下面本文詳細(xì)介紹運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)測(cè)評(píng)的方法，并對(duì)其優(yōu)勢(shì)以及不足之處進(jìn)行討論。

嚴(yán)格決定論是哲學(xué)上一個(gè)重要的思想，在自然界中，一切事物都是一個(gè)單獨(dú)存在的個(gè)體同時(shí)又相互存在著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，而事物的產(chǎn)生也都有著一定的隨機(jī)性，同時(shí)也存在著必然性，并通過(guò)某種因果或是聯(lián)系組成了一個(gè)更加復(fù)雜的集合體。在傳統(tǒng)的科學(xué)體系中，由于本身研究條件的限制，只能對(duì)其中的一個(gè)片面進(jìn)行著重研究，這就是嚴(yán)格決定論。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)就是忽略小的影響。而協(xié)同論、耗散結(jié)構(gòu)論、突變論在現(xiàn)代社會(huì)的出現(xiàn)以及傳播以新型三論的形式同復(fù)雜性的現(xiàn)代理論一起對(duì)人們的思維進(jìn)行了革新和解放。

巖土工程在實(shí)際施工存在一個(gè)普遍性的問(wèn)題，即邊坡穩(wěn)定性的失穩(wěn)。其評(píng)價(jià)最終數(shù)據(jù)的正確性與整個(gè)工程的效果呈現(xiàn)正比關(guān)系。目前，我國(guó)的巖土工程發(fā)展日臻純熟與深入。巖土邊坡的施工在深度上已經(jīng)逾百米，特別是在巖石性質(zhì)的邊坡工程中。近些年來(lái)，滑坡研究特點(diǎn)已經(jīng)由過(guò)去的單個(gè)滑坡現(xiàn)象的描述，分類治理，發(fā)展到現(xiàn)在以定性描述為基礎(chǔ)的定量預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究。在早期的邊坡穩(wěn)定性分析、評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)中，盡管方法多種多樣，但其總體理論指導(dǎo)是剛體極限平衡理論或改進(jìn)的極限平衡理論，而且對(duì)滑坡的邊界條件進(jìn)行了很大程度的簡(jiǎn)化，計(jì)算中選用的種種參數(shù)被認(rèn)為是確定的或線性變化的。簡(jiǎn)單處理復(fù)雜現(xiàn)象雖然在操作上較為便捷并且效率很高，但是在實(shí)際應(yīng)用中由于操作產(chǎn)生的不周全現(xiàn)象將此缺陷顯現(xiàn)出來(lái)?；麦w在實(shí)際中的各種參數(shù)實(shí)際上是隨機(jī)以及不確定的，而歸根到底，不僅滑坡體的種種計(jì)算參數(shù)是不確定和隨機(jī)的，而且斜坡系統(tǒng)本身就是一個(gè)不平衡、不穩(wěn)定、充滿復(fù)雜性的復(fù)雜系統(tǒng)，其與外界環(huán)境有著不斷的物質(zhì)、能量、信息的交換，具有不可長(zhǎng)期確定性和短期統(tǒng)計(jì)失效的復(fù)雜特點(diǎn)。

邊坡工程中的很多問(wèn)題都是“亦此亦彼”的，例如：認(rèn)為邊坡屬“基本”穩(wěn)定，滑體結(jié)構(gòu)面“比較”發(fā)育，滑床“一般”順層，C值“基本”為零等等含糊不清的術(shù)語(yǔ)，用經(jīng)典的數(shù)學(xué)手段是難以描述的，更談不上據(jù)此作復(fù)雜運(yùn)算。在模糊數(shù)學(xué)中提出了“隸屬度”的概念，用從0-1來(lái)描述由“肯定”到“否定”的過(guò)渡，這樣，任何一個(gè)不是完全“肯定”但也不是完全“否定”的量都可以用隸屬度來(lái)度量，使這些模糊的尺度可用定量的數(shù)學(xué)方法來(lái)描述。

考慮邊坡穩(wěn)定性分析是不確定性問(wèn)題，由于路基邊坡分析中存在復(fù)雜性和不確定性，傳統(tǒng)的確定分析方法理論用于邊坡分析結(jié)果不十分理想。本文結(jié)合多種分析方法的優(yōu)劣勢(shì)，討論模糊數(shù)學(xué)法用于評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性的重要性和未來(lái)發(fā)展。伴隨著研究的深入，現(xiàn)今對(duì)于工程穩(wěn)定性的分析手段越來(lái)越豐富，但是同樣由于工程所需要面臨的困難也呈現(xiàn)多發(fā)性，因此，巖土邊坡工程的特點(diǎn)呈現(xiàn)復(fù)雜以及不穩(wěn)定性。本文詳細(xì)介紹運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)測(cè)評(píng)的方法，并對(duì)其優(yōu)勢(shì)以及不足之處進(jìn)行討論。通過(guò)研究分析將模糊數(shù)學(xué)的思想理論中推論以及最大隸屬度兩種基本思想運(yùn)用到邊坡分析中。

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