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由于地质环境的复杂性和多变性，边坡的力学参数通常与设计阶段所预测的不同。因此，建立边坡监测系统, 及时识别潜在的滑坡风险就显得十分必要。各种监测技术的迅速发展为岩土监测领域带来了新的传感和监测技术。这些技术大大提高了监测的范围和准确性。但是，各种监测数据只有在进行适当的分析后，才能为边坡稳定性分析的提供定量指导。
本文通过有限差分软件FLAC建立了不同坡高、坡角、荷载范围和土体参数的边坡模型，探讨了坡顶加载引起的土质边坡破坏机理，并探究了将应变信息用于确定边坡滑动面和评估边坡稳定性中的可行性。结果表明：(1)在均布荷载作用下，边坡内部存在三种不同的应变发展模式。（2）提出了采用线应变确定边坡潜在滑动面的方法。（3）此外，论文提出了安全系数与平均最大水平应变的修正经验关系公式。
1 研究背景
随着人口的增长和经济的发展，民用建筑（如民用建筑和公路工程）的填土边坡破坏已成为中国常见的工程灾害之一(如图1)。分析填土边坡的稳定性并防止或减轻损坏已成为工程师和研究人员的当务之急。本文通过有限差分软件FLAC建立了不同坡高、坡角、荷载范围和土体参数的边坡模型，探讨了坡顶加载引起的土质边坡破坏机理，并探究了将应变信息用于确定边坡滑动面和评估边坡稳定性中的可行性。
图1 12.20深圳填土滑坡[1]
[1] 岳中琦. (2015). 深圳滑坡现场初步地质勘察报告(图解). http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-947235.html
2 不同应变发展模式
通过在坡顶施加均布荷载，发现在边坡内部存在三种不同的应变发展过程（图2）：（1）应变集中区域从坡脚向坡顶发展（图2a）；（2）应变集中同时从坡顶坡脚扩展最后贯通(图2b)；（3）应变集中区域从坡顶向坡脚发展(图2c)。
(a) (b) (c)
图2 三种不同的应变发展模式：
(a)应变集中区域从坡脚向坡顶发展；
(b)应变集中同时从坡顶坡脚扩展最后贯通；
(c)应变集中区域从坡顶向坡脚发展
3 潜在滑动面确定方法
当边坡失稳时，潜在滑动面上的应变或者位移会急剧增大，对此我们通过连接各条监测线上线应变最大值所在位置，探究了以线应变最大值搜索潜在滑动面的可行性，并与极限平衡法和以塑性区最大剪应变增量所在位置确定的滑动面进行了比较（图3）。
(a)最大线应变与极限平衡法确定的滑动面对比
(b)最大线应变与最大剪应变增量确定的滑动面对比
图3 不同方法确定的滑动面对比
4 应变与边坡安全系数的关系
本文通过有限差分软件FLAC建立了不同坡高、坡角、荷载范围和土体参数的边坡模型，探究了不同因素对应变与边坡安全系数关系的影响。如图4，对于具有相同土体参数和坡角的边坡，安全系数与平均最大水平线应变之间的关系是唯一的，其与坡高和荷载范围无关（图4a和4c）。土体参数和坡角对安全系数与平均最大水平线应变之间的关系有明显影响（图4b和4d）。
(a) (b)
(c) (d)
图4 平均最大水平线应变与安全系数的关系
随后，我们以图4a为例（不同坡高），探究了平均最大水平线应变与安全系数之间的关系曲线（图5）。我们根据安全系数将边坡应变发展过程分为三个阶段：A段，当安全系数大于1.15时，边坡处于稳定状态。在这种状态下应变的发展缓慢。安全系数随着平均最大水平线应变的增长线性降低。B段，当安全系数从1.15降低到1.05时，边坡处于欠稳定状态。应变集中区的发展加速并逐渐形成一个或多个潜在的滑动表面。安全系数随着应变的增加而急剧下降。C段，当安全系数小于1.05时，斜率处于不稳定状态。此阶段平均最大水平线应变的快速增加。
图 5 平均最大水平线应变与安全系数之间的关系曲线
5 结论
（1）在均布荷载作用下，边坡内部存在三种不同的应变发展模式。1）应变集中区域从坡脚向坡顶发展；2）应变集中同时从坡顶坡脚扩展最后贯通(图2b)；3）应变集中区域从坡顶向坡脚发展(图2c)。
（2）提出了采用线应变确定边坡潜在滑动面的方法。
（3）探究了不同因素对应变与边坡安全系数关系的影响，提出了安全系数与平均最大水平应变的修正经验关系公式。
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知识点：土质边坡稳定性分析
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