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一、国内外研究现状
边坡工程是岩土工程的一个重要领域，涉及到工程数学、力学、工程地质学等多个学科，其研究历史已达100多年。边坡工程研究的范围涉及所有人类工程活动所形成的各种人工边坡，也包含了自然滑坡及崩塌体。
二次世界大战前后，边坡问题的研究尚属土力学的研究范畴，边坡稳定性分析方法主要借鉴土力学的研究成果，例如l916年由Prantle提出，Felle－nius和Taylor(1922)发展的圆弧滑动法、1955年的Bishop条分法、l954年的Janbu条分法和20世纪70年代的王复来分析方法等形成极限平衡理论，是建立在刚塑性体模型基础上的破坏理论，是古典土力学解决土质边坡稳定性的核心[7] [9]。而现代土力学致力于土体真实破坏过程的理论研究，它的建立可能要运用到损伤力学、细观力学和分形理论等现代力学分支，最后要完成对边坡破坏过程的数学模拟。
20世纪60年代初期，随着大型工程的建设，所形成的边坡规模加大，地质条件也变得极其复杂，特别是1963年意大利Vaiont水库左岸的滑坡等一系列水电工程事故的发生后，促使人们对岩石力学进行深入的研究，边坡稳定性研究也向前迈进了一大步，人们清楚的认识到在边坡稳定性分析中，必须将地质分析与力学机制分析紧密结合起来，从而形成了60年代初期的刚体极限平衡法，以及结构面的力学特性对岩体滑动的影响研究。1967年人们第一次尝试用有限元研究边坡的稳定性问题，给定量评价边坡的稳定性创造条件，并使其逐步过渡到数值方法，从而使边坡稳定性研究进入模式机制和作用过程研究成为可能，同时以概率论为基础的可靠度方法也被引入边坡稳定性研究中[19][20]。同一时期，我国在边坡工程稳定性研究方面也取得了丰硕的成果，如岩体结构理论及相应的边坡岩体稳定性分析的岩体工程地质力学方法等。
20世纪80年代后，由于计算技术的发展及岩体力学性质研究的进展，各种复杂的数值计算方法广泛地应用于边坡研究。如1983年孙玉科对盐池河山崩变形机制作了平面有限元分析； l991年Jons对英国威尔士煤田边坡稳定性与采矿沉陷性状的相关性进行了有限元分析，并用模型实验进行验证。l991年Toshihisa运用该
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方法分析了日本305国道的岩石边坡的破坏过程。l986年Flac的出现，为边坡分析提供了一种极其有效的方法，它不但可以处理大变形问题，而且可以模拟某一软弱面的滑动变形，能真实反映实际材料的动态行为，并可考虑锚杆、挡土墙、抗滑桩等支护结构与围岩的相互作用，被公认为是岩土力学数值模拟行之有效的方法；1988年Brady运用它对矿山倾斜采场的加固方案进行了模拟，1993年Billaux对6m高冲填体进行了模拟，l995年王永嘉将Flac引入国内，先后在水电、隧洞、边坡中广泛使用[24][27]。
随着我国经济建设步伐的加快，国内边坡病害治理研究也日益广泛深入，70年代铁道部成立了“滑坡分类与分布”专题研究组，对全国铁路沿线进行普查。在第六个五年计划期间，地质矿产部将“中国西南、西北崩滑灾害与山区斜坡稳定性研究”列为专题进行重点攻关。第七个五年计划期间，三峡工程地质地震专题组对三峡库区沿岸重点滑坡进行了登记和调查。第八个五年计划期间，水利水电部的“岩质高边坡稳定及处理技术”被列为国家重点攻关项目，由陈祖煜组织研究。80年代以来，水利水电部门对龙羊峡、大生桥、鲁布革、拉西瓦、李家峡、安康、漫湾、五强溪、龙滩等工程的边坡工程进行了系统的研究，取得了丰硕的成果。
1994~1998年由国家自然科学基金委员会和中国长江三峡工程开发总公司联合资助的重大项目“三峡船闸高边坡的变形与稳定”历经了四年的研究，为高边坡的理论与实践做出了创造性的贡献。“三峡船闸高边坡的变形与稳定”的理论研究对于中国的边坡工程研究来说，是中国边坡工程理论研究的里程纪念碑。
在边坡病害治理措施方面，20世纪50年代，我国治理边坡主要采用地表排水、清方减载、填土反压、抗滑挡墙及浆砌片(块)石防护处治等措施。但工程实践经验证明，采用地表排水、清方减载、填土反压仅能使边坡暂时处于稳定状态，如果外界条件的发生改变，边坡仍然可能失稳。在1981年洪水期间，宝成铁路有10处滑坡是属于曾经整治过但仅采取排水、减载或抗滑挡土墙措施。
20世纪60年代末期，我国在铁路建设中首次采用抗滑桩技术并获得成功。随后在成昆线、湘黔线、宝成线、川黔线等铁路建设中推广应用。抗滑桩技术的诞生，使一些难度较大的边坡工程问题的处理成为现实，由于它具有布置灵活、施工简单、对边坡扰动小、开挖断面小、圬工体积少、承载能力大、施工速度快等
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优点，受到工程师们和施工单位的欢迎，在全国范围内迅速得到推广应用，并从20世纪70年代开始逐步形成以抗滑桩支挡为主、结合清方减载、地表排水的边坡综合治理技术。l975铁道部颁布的《铁路工程技术规范》有关路基章节中对滑坡治理强调一次根治，强调综合整治，重视支挡作用，将地表排水、地下排水、抗滑挡土墙作为主要技术推荐，将抗滑桩作为新技术推荐，强调减载要注意是否会引起后部次生滑坡的产生。1985年修订的《路基设计规范》(TBJ l一85)，与l978年规范对照，其变化之处在强调支挡为主、综合整治，抗滑桩作为一种主要措施被推荐。
在20世纪80年代末期，由于锚固技术理论研究和凿岩机械突破性的发展，我国开始采用锚喷防护技术。锚喷技术的采用对高边坡提供了一种施工快速、简便、安全的处治防护手段，因此很快得到广泛采用。对于排水，人们也有了新的认识，主张以排水为主、结合抗滑桩、预应力锚索支挡综合整治。南昆铁路八渡车站巨型滑坡，采用地面、地下、立体排水、锚索和锚索桩支挡、建立滑坡地质环境保护区的综合治理措施获得成功，并被誉为20世纪90年代治理巨型滑坡的成功典范。
在20世纪90年代，压力注浆加固手段及框架锚固结构越来越多地用于边坡处治，尤其是用于高边坡的处治防护工程中。它是一种边坡的深层加固处治技术，能解决边坡的深层加固及稳定性问题，达到根治边坡的目的，因而是一种极具广泛应用前景的高边坡处治技术[28] [38]。
目前可供采用的边坡加固措施比较多，有削坡减载技术、排水与截水措施、锚固措施、混凝土抗剪结构措施、支挡措施、压坡措施以及植物框格护坡、护面等，在边坡治理工程中强调多措施综合治理的原则，以加强边坡的稳定性。然而随着工程建设规模的不断增大，边坡高度增高，复杂性增大，对边坡的处治技术要求也越来越高。
边坡治理是一项技术复杂、施工困难的灾害防治工程。边坡工程研究理论和治理技术多种多样，各有其优点和局限性，系统和完善边坡工程理论研究和应用开发是一项艰巨的任务。因此，对边坡的正确认识，合理地设计、适当的治理，把边坡病害造成的灾难降低到最低限度，是边坡工程界的学者和工程设计人员必须深入考虑的问题。可以预见，随着科学技术的发展，边坡处治技术将得到进一
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步的发展，并逐步走向完善。
二、边坡稳定性分析方法
边坡稳定性分析方法很多，不同边坡可采用不同的力学模型与分析方法，不同的分析目的与精度要求也有不同的方法与之适应。当分析精度要求不高时，可采用刚性块体稳定性分析法或Sarma法，分析精度要求高时，可采用有限元法或离散单元法，对滑动边坡可采用条分法，对于地震、爆破等荷载作用下边坡稳定分析采用有限元动力大位移模型分析。本节介绍分析岩质边坡稳定性分析中较为普遍采用的几种方法。
刚体极限平衡法
刚体极限平衡法的基本思路是：假定岩土体破坏是由于滑体内滑动面上发生滑动而造成的，滑动面上土体服从破坏条件;假设滑动面已知，其形状是平面、圆弧面、对数螺旋面或其它不规则曲面，通过考虑由滑动面形成的隔离体的静力平衡，确定沿这一滑面发生滑动时的破坏荷载。有的方法考虑隔离体整体平衡，有的方法把隔离体分成若干竖向的土条，并对条间力作一些简化，然后考虑每一土条的静力平衡，这样可以系统地求出一系列滑面发生滑动时的破坏荷载。最小的破坏荷载就是要求的极限荷载，与之对应的滑动面就是最危险的滑动面。
岩质边坡Sarma法
岩质边坡和失稳大都是沿各种软弱结构面发生。滑体在滑动过程中侧向节理面也沉淀发生相对稳定，而且侧向(竖向)节理而并不总是垂直的，就象传统条分法那样。这时应用传统条分法己不再适用，Sarma博士针对节理岩体边坡失稳这一特点，提出并推导了适应这种特点的Sarma分析计算方法，这种方法具有以下三个特点：
1）可根据滑体的地质特性，结构面构造，对滑体进行按节理构造的斜分条及不等距分条，使各条块尽量模拟实际风化岩体。
2）可较详尽的模拟侧面节理、断层造成的滑体强度特点。
3）滑体滑动时，不仅滑动面上的各种力达到了极限平衡，侧面也达到了极限平衡。Sarma法虽然在传统的极限平衡法基础上有较大的改进，但其仍然无法考虑岩体内应力一应变关系，所求的只是滑面上的平均安全系数，对于岩体非均质性、非连续性及岩体中的初始应力等问题均未能作出妥善地解决。
模糊分析法
自然界是一个决定性与随机性共存的复杂体。但是，传统的经典科学只看重
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其中的一面，其基本属性之一是严格决定论，即：假设小的扰动可以忽略不计。现代复杂性理论及“新三论”(耗散结构理论、协同论、突变论)的问世，打破了长期禁锢人们思维的侄桔。
近20年来，滑坡研究特点己由过去的单个滑坡现象的描述，分类治理，发展到现在以定性描述为基础的定量预测预报研究。在早期的边坡稳定性分析、评价、预测中，尽管方法多样，但其总体理论指导是刚体极限平衡理论或改进的极限平衡理论，而且滑坡的边界条件大大地进行了简化，计算中选用的种种参数被认为是确定的或线形变化的。对复杂现象的简单处理方法，在具体工程实例中虽然也起到一定的作用，然而暴露出来的缺点也勿庸置疑。实际上，不仅滑坡体的种种计算参数是不确定和随机的，而且斜坡系统本身就是一个不平衡、不稳定、充满复杂性的复杂系统，其与外界环境有着不断的物质、能量、信息的交换，具有不可长期确定性和短期统计失效的复杂特点。
边坡工程中的很多问题都是“亦此亦彼”的，如认为边坡属“基本”稳定，滑体结构面“比较”发育，滑床“一般”顺层，C值“基本”为零等等含糊不清的术语，用经典的数学手段是难以描述的，更不可能据此作复杂运算。在模糊数学了提出了“隶属度”的概念，用从0-1来描述由“肯定”到“否定”的过渡，这样，任何一个不是完全“肯定”但也不是完全“否定”的量都可以用隶属度来度量，使这些模糊的尺度可用定量的数学方法来描述。
离散单元法（DNE法）
自从1970年Cundall[9]，次提出离散单元DEN (Distinct Element Method)模型以来，这一方法已在数值模拟理论与工程应用方面取得了长足的进展。二维与三维中变形离散单元法[10][11]亦已问世，并在岩石工程与岩石力学中得到日益增长的应用。
离散单元法的一个突出的功能是它在反映岩块之间接触面的滑移、分离与倾翻等大位移的同时，又能计算岩块内部的变形与应力分布。因此，任何一种岩体材料的本构模式都可引入到模型中，例如弹性、粘弹性、弹塑性或断裂等均可考虑。方法的另一个优点是它利用显式时间差分解法(动态松弛法)求解动力平衡方程，这一方法用于解非线性大位移与动力稳定问题具有先天的本能，运用此法，线弹性问题与于静力稳定问题的求解仅为两个简单的特例而己。
在我国，离散元方法的研究应用始于80年代中期，王泳嘉[16][37]首次在我国这一方法于节理岩体的数据分析中，研究了放矿的数值模拟于自然崩落机制。魏群研究了椭圆颗粒的离散单元法，并进行了模拟试验验证。随后，阵昌伟[18]、张楚汉提出利用离散元分析岩质边坡的失稳判别标准与定义安全系数。王先伦、彭岗
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用刚块试验验证了刚体离散元的滑移机理。鲁军、张楚汉[19][20]完成了三维离散元的自动剖分系统并初步应用于拱坝坝肩稳定分析。张楚汉、Pekau、金峰[12]等还将二维可变形离散元应用于三峡船闸边坡的地震稳定性分析中。
离散单元法(DEM法)既能计算分析岩体内部的应力与应变，又能反映岩块之间接触面的滑移、分离与倾翻等大位移，对于求解岩体稳定问题也有较强的功能，但其对于岩体的非连续性问题目前暂时缺乏妥善地解决方法。
DDA法
块体系统不连续变形分析(Discontinuous Deformation Analysis简称DDA)就是基于岩体介质非连续性发展起来的一种崭新的数值分析方法。[38][39][44]
DDA理论的基本思想是：以自然存在的节理面(或断层等)切割岩体形成不同的块体单元，单元的形状可以是常见的规则形状，也可以是较为复杂的多面体，甚至可以是内部有空洞的多连通多面体，以各个块体的位移为未知量，通过块体间的接触和几何的约束形成一个块体系统；单元体受不连续面的控制，在单元块体运动的过程中单元之间可以接触，也可以分离，单元体之间的力通过块体接触作用而相互传递，其大小可以根据力一位移关系求解；在块体运动过车工内中，严格满足块体间不侵入和无拉伸条件，将边界条件和接触条件等一同施加到总体平衡方程;总体平衡方程是由系统的最小势能原理求得;求解方程组中块体当前时步的位移场、应当场及块替间的作用力。反复形成和求解总体平衡方程式，即可得到多个时步后块体的位移应力及变形情况。通过这些计算，也可求得块体系统最终达到平衡时的应力场及位移场等情况以及运动过程中各块体的相对位置及接触关系。因此，DDA法可模拟出岩石块体的位移、转动、张开、闭合等全部过程。据此，可以判定岩体的破坏程度、破坏范围，从而对岩体的整体和局部的稳定性作出正确的评价。
块体系统运动原理：块体系统中各块体间接触形式是多样的，其接触情况与块体本身的形状密切相关，形状越复杂，接触关系越复杂。初始时，块体系统各块体按照节理相互咬合排列，按一定的形式与其它块体接触。每个块体在空间上都有其固定的位置，块体间相互作用，相互约束，整个系统处于平衡状态。当作用在系统上的作用力或条件发生改变时，打破了块体的原有平衡状态。一些块体在自重和外力作用下将产生加速度以及位移增量。这些块体单元的位置和形状改变将影响其它块体的受力状态，导致其它块体的变形和运动。随着块体单元的平移、转动和变形，允许调整各块体间的接触关系，接触关系的不同，其受力状态亦不同。直到作用在块体上的力与力矩都达到平衡时，块体停止运动或作匀速运动。
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认为岩体是非连续的介质体，其解决问题的方法与求解连续介质的方法不同，连续介质解题时，除满足边界条件时，还要求有三组方程必须得到满足，即：平衡微分方程、变形协调方程、物理方程.变形协调方程保证变形后的物体不会发生某些部分相脱离或侵入情况.本构关系即物体应力与应变之间的物理关系。在DDA方法中不满足变形协调方程，本构关系与连续介质情况下的本构方程不同。在单个块体内部满足连续介质的变形协调方程和本构关系。但块体间不满足变形协调方程，块体间的本构关系是通过假定刚度来实现，块体所受的合外力与块体位移之间的关系即DDA法中的本构关系。
DDA法不仅与离散元法(DEA)有许多相似之处，而且与有限元法(FEM)也有不少相似特点。其一个时步内的求解过程更像有限元法，而在块体运动学求解方面更类似于离散元法。因此，DDA法是兼有限元法与离散元法二者的部分优点的一种数值计算方法
DDA法既具有有限元理论基础的严密性，又具有离散元法可计算块体位移的特点，是一种很有发展前途的数值计算方法。但其分析计算一般假定岩体是弹性体，对塑性、粘性体目前尚不适用，它比较适合于岩块体自身小变形的情况。
人工神经网络分析法
神经网络又称并行分布式处理(Parallel Distributed Processing)，是在生物技术基础上借鉴人脑的结构与工作原理，事业数学方法，利用计算机技术发展起来的一项智能技术。它具有许多引人注目的特点:大规模微电子技术系统，具有很强的适应能力，自学习、自组能力和高度线性动态处理能力，这种能力可以代替复杂的、耗时的传统算法，使信息处理过程更接近于人的大脑思维活动。
Heeht-Nielsen定义人工神经网络如下[22]：人工神经网络是由人工建立的以有向图为拓扑结构的动态系统，它通过对连续或断续的输入作状态响应而进行信息处理。
神经网络理论和应用研究的迅速发展和神经网络所特有的信息处理机理，给我们在解决诸多应用领域的问题方面展示了诱人的前景。可以认为，在岩体边坡工程系统分析领域内采用神经网络技术具有独特的优势[13][14]。
对边坡工程的研究，传统的方法往往是在地质勘测的基础上，进行大量的试验及测试工作，逐渐量化和确定岩体的各种物理力学性态参数，确定工程荷载，依据岩体的本构模型及各种力学规律，通过解析和各种数值的分析方法，来确定材料或结构的响应，其中对岩体的各种力学规律的掌握以及对各种力学状态的描述具有严格的要求。其实质是根据试验确定参数，处理本构关系，在特定条件下求解，通常的研究集中在岩体的本构(关系)及力学性质上，而这种性质往往又是模
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糊的、灰色的、不完全的，这是由边坡工程岩体是一个客观复杂系统所决定的，其已成为实际岩体工程边坡勘测施工工程分析中的瓶颈问题。
80年代以来提出的以位移反分析为代表的岩体反分析法，基于岩土体开挖施工而表现出来的若干性态，通过确定的本构关系等力学规律而反演工程岩土体的若干力学形态指标。
90年代以来以潘家铮院士为代表的学者，提出岩石工程反馈设计的问题，也有的称这为信息法施工方法。其基于施工期逐渐明朗的地质条件及检测结果，对岩体工程进行动态设计，达到优化设计的效果。反馈设计是弥补精确的分析与“粗糙”的模型假定和近似的输入信息间差距的重要途径。其中前提是对原设计的正确分析，并在反分析的基础上进行反馈设计，逐步调整以符合客观实际，从而是使工程达到安全、经济、优质、高速的良好效益。
高陡岩体边坡工程反馈设计研究中最重要的工作是对边坡工程施工(或运行阶段)所获得的全方位经验知识的学习、判断、后续施工阶段(运行阶段)岩体边坡工程的工作状态特别是安全进行预测，以调整优化原设计，序贯地动态反复进行反馈设计。[13][23]“学习”“预测”工作是高陡岩体边坡工程反馈设计方法体系中十分重要的一个方面，也构成了方法体系中的“瓶颈”。人工神经网络理论由于具有强大的规模自适应、自学习、自组织并行处理能力，具有解决这一关键技术问题的能力。
边坡稳定及变形与分析历来是边坡工程设计及施工中十分重要的两大问题。在边坡工程中，由于岩体自然特性的复杂性和其力学上的不完善性以及工程上的特殊性，沿用传统的方法进行岩土边坡工程稳定和变形分析，遇到很大困难，往往出现理论不尽(难以)符合实际的局面。而利用人工神经网络分析方法和理论，则可以尽可能地将各种影响边坡稳定和变形的各种因素分别作为输入变量。可以建立这些定性定量影响因素同边坡工程的安全系数和变形中的变形量之间的高度非线性映射模型，然后用模型来预测和评判边坡的安全性，即给出其稳定和变形状态，在此基础上给出边坡工程反馈设计优化成果。
人工神经网络分析法关键是样本的真实可靠性，它要求体检测或体识别的对象要尽可能地与学习样本相似，尽管神经网络具有联想的特征，但对陌生的样本识别的会出现错误。
强度折减法
1975年Zienkiewicz等在土工弹塑性有限元数值分析中提出了抗剪强度折减系数概念，抗剪强度折减系数定义为：在外荷载保持不变的情况下，边坡内土体所发挥的最大抗剪强度与外荷载在边坡内所产生的实际剪应力之比。外荷载所产生
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的实际剪应力应与土中实际发挥的抗剪强度相等，此时的抗剪强度就是经过折减后确定的。并假定边坡内所有土体的抗剪强度发挥程度相同时的抗剪强度折减系数就是边坡的整体稳定安全系数，由此所确定的强度储备安全系数概念与Bishop在极限平衡法中所给出的稳定安全系数在概念上是一致的。
因此，土坡的安全系数定义为把强度指标减小到边坡临界破坏时的强度指标折减的系数，强度指标如下式进行折减[1]：
cfc/Ftanarctan()fF通过不断的调整土体的强度指标c、，然后对土坡进行有限元分析，直至其达到临界破坏，此时得到的折减系数即为安全系数。通过有限元分析和后处理可很快找到滑裂面，此法的优点是安全系数直接求出，不需要事先假设滑裂面的形式和位置，另外可以考虑土坡渐进破坏过程和变形对稳定的影响。
基于FLAC3D强度折减法的三维有限元分析是考虑了边坡岩体的非均质和不连续性，可以给出岩土体的应力、应变大小和分布，避免了极限平衡法中将滑体视为刚体而过于简化的缺点。能近似地从岩土体的本构关系去分析边坡的变形破坏机制，分析最先和最容易发生屈服破坏的部位和需要首先进行加固的部位等。
通过资料收集和现场勘查，合理的选取土质参数，准确的建出该边坡的三维力学模型，结合实际进行加载，考虑静力、动力、蠕变、渗流、温度五种计算模式，通过各种模式之间的相互耦合，可以模拟该边坡现状和采用抗滑桩加固后的力学模型，对其前后两阶段进行稳定性分析评价。
1.4 目前存在的主要问题
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