辛立平
（重庆交通大学河海学院，中国 重庆 400074）
【摘 要】为了更好的应用边坡稳定性分析的不确定分析方法，本文通过逐一阐述常用的不确定性方法各自的主要原理、特点及其优缺点，并应用举例。综合评价了各种不确定分析方法，并对其方法的发展趋势做了初步探讨。
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关键词 边坡；稳定性；分析方法
The Uncertainty of the Slope Stability Analysis Method of Dynamic Development
XIN Li-ping
(School of River & Ocean Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China）
【Abstract】In order to better application of slope stability analysis of uncertain analysis method, this article through one by one in this paper, the commonly used methods of uncertainty, the main principle, characteristics and advantages and disadvantages and application examples. Comprehensive evaluation of the uncertainty analysis methods, and make a preliminary discussion on the development trend of the method.
【Key words】Slope; Stability; Analysis method
边坡稳定性分析是岩土工程的一个重要研究内容，现在主要应用的边坡稳定性分析方法是刚体极限平衡法和数值分析方法，它们都是确定性分析方法。但是边坡稳定性还受到一些不确定性因素的影响，而且随着近些年来工程规模的逐渐频繁和扩大，对于边坡稳定性精度要求变高，不确定分析方法的应用有助于人们更全面、更好的分析边坡的稳定性。
1 可靠度分析法
边坡稳定性可靠度分析方法是基于概率论与数理统计的知识，随机变量是影响边坡稳定的各种因素。随机变量常包括：边坡岩体的材料性能、边坡几何尺寸和外部荷载[1]。
边坡稳定可靠度分析方法在最近几年有了许多新的发展，吴振君等[2]提出的可靠度分析方法基于土体参数空间变异性模拟，对土体参数波动范围的估算，考虑了土坡地质成因的分析方法；李典庆等[3-4]提出的认知聚类分区方法是分析相关非正态变量可靠度问题一种新的全局优化方法；苏国韶等[5]提出的边坡可靠度分析的高斯过程方法，是一种将高斯过程机器学习与重要抽样方法相结合的方法；唐朝晖等[6]通过对填土边坡不确定的分析，结合可靠度分析原理，建立填土体边坡可靠度分析流程。
2 模糊综合评价法
模糊综合评价法是根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即对受到多种因素制约的事物或者对象用模糊数学做出一个总体的评价。它的特点是结果清晰,系统性强,能较好地解决模糊的、难以量化的问题,适合解决各种非确定性问题。
模糊综合评判法的关键是评价模型的准确建立，而隶属度和评价因子权重的确定是准确建立模型的重点。洪海春等[7]在考虑了影响边坡的主控因素，进行模糊数学分析建立一套模糊评判方法。孟衡[8]用二级模糊评判对湖北境内某水电站工程中的一个边坡稳定性，进行等级或级别评价。
影响边坡稳定性的因素比较多，模糊不确定分析方法相比可靠度分析方法要清晰，而且模糊评判法原理简单，判断边坡稳定性情况，运用边坡稳定性等级指标更为简单。缺点是在实际操作中并没有考虑到各个影响要素，评判参数的分配主观性、经验性太强。因此，模糊数学方法一般适应外延不明确，内涵明确的对象。
3 灰色关联分析法
灰色理论的研究对象是部分信息已知、部分未知的系统和贫信息不确定性系统。而灰色关联分析是灰色理论的一个重要组成部分。工程地质的一果多因分析中，非常适合用灰色关联这种分析各种因素关联程度的分析方法，从而找出影响结果的主因。边坡岩土体的稳定性是各种因素综合作用的结果，各种影响因素之间具有复杂的非线性关系，其本身就是一个灰色系统。
高崇[9]等基于灰色系统的灰色关联分析方法，选取影响边坡稳定性的主要因素，并通过层次分析法计算出这些因素的权重，从而对边坡是否稳定进行了预测。预测结果与实际情况相符，从而验证了将灰色关联分析法应用于边坡稳定性预测的可行性。季宗亿[10]等对岩质高边坡应用灰色关联分析方法，分别对边坡岩体的粘聚力、内摩擦角和容重进行敏感性分析，在此基础上确定岩体力学参数，计算分析边坡稳定性。计算结果表明结果可靠，对工程设计和施工具有较强的实用价值。
灰色关联分析与回归分析、方差分析、主成分分析等相比，其优点主要表现在以下几点：①对样本量的多少和样本又无规律要求不大；②计算工作量少，方便；③不会出现量化结果和定性分析不符的情况。但是，灰色关联分析也存在关联度值有时偏大，有时评价值趋于均化，分辨率低，不易区分两级别间的差异等问题。
4 遗传算法
遗传算法是模拟生物在自然环境遗传和进化过程提出的一种自适应全局优化搜索算法，遗传算法在边坡稳定分析计算中主要用来寻找最危险滑动面的位置。传统分析方法容易进入局部极小化的缺点被该法克服。张丽[11]等和尹镇良[12]等基于遗传算法，应用于实际工程获得非圆弧，获得非圆弧型最危险滑动面，与传统方法进行对比，结果表明遗传算法所得结果精度更高，可靠性更好。阙金声[13]等通过和面积细分法所搜索的最危险滑动面和计算得到的土质边坡安全系数作对比，可得遗传算法在土质边坡稳定分析中具有较高的精度与可靠。
遗传算法优点在于适用于复杂、非线性问题，而且特别适用于一些无数值概念或很难有数值概念的问题的全局搜索。遗传算法的应用领域比较广泛，但也有缺点，表现为：在现在的工作中，不能很好的解决大规模计算量问题；在实际应用中，遗传算法容易产生早熟收敛的问题。
5 突变理论法
边坡稳定性分析以往采用刚体极限平衡理论，该分析方法通常假定滑动弧上各点的剪应力同步达到抗剪强度值，且与变形无关。这一假定虽然大大简化了分析计算，但不能体现边坡失稳突发性的客观现象。实际上，边坡岩土体中的应力与变形密切相关，滑动弧上的剪应力是不可能同步达到抗剪强度值的。边坡参数在一定范围内变形时，土坡的滑动位移缓慢变化，而参数变化到某一临所以，用突变理论分析边坡的稳定性，较符合实际情况。房营光[14]采用应力软化模型，由系统能量导出极限平衡方程，运用突变理论方法对土坡失稳进行了分析。周庆华等[15]对开挖过程中岩体关键部位的位移时间序列进行尖点突变分析，以判别岩体位移的稳定性，从而分析岩体工程系统的稳定性。王思长[16]等应用尖点突变理论对岩质边坡开挖过程中的稳定性进行分析，比较了刚性极限平衡理论在分析岩质边坡稳定性中存在的不足,计算结果表明与实际相符。
由于大量不连续现象的存在，突变理论也受到人们的重视。在一般情况下，影响系统的控制变量有很多，而且这些变量之间可能有相互作用，不能很好地选择相互无关且关键的状态变量和控制变量，这样就为利用突变理论解决问题带来了困难。因此，工程应用研究的关键是怎样正确的选择状态变量和控制变量。
6 混沌理论的应用
岩土工程中的很多问题都是复杂的非线性问题，因此都存在混沌性。基于混沌理论的混沌优化无需优化问题具有连续性和可微性，又可以在一定范围内遍历求解，可以克服传统优化力法的缺点，具有很多优点。混沌具有随机性、遍历性及规律性等特点。陈益峰等[17]给出一种最大Lyapunov指数的改进算法，并利用最大Lyapunov指数的一维模式进行边坡位移预测。刘华明等[18]应用混沌时间序列预测方法，对清江茅坪滑坡实际位移监测数据进行预测计算。盛松涛等[19]研究建立了加权一阶局域法多步预报模型，并进行了典型混沌系统的预测和水利工程高边坡位移预测，取得了较好的预测效果。
利用混沌的这些特征，将其应用到优化计算中，它的规律性使得新解可由确定的迭代产生，这使得编程十分容易；随机性使得搜索能够避免陷入局部最小；最重要的是它的遍历性，只要控制得当，最终解可以以任意精度逼近真实的最优解。作为一种非线性优化方法，混沌理论在解决一般复杂优化问题上取得了很大的进展。但目前在岩土优化计算和优化设计中的应用研究还不多见，应是今后研究方向。
7 研究发展前景
提到的每一种不确定分析方法都有其优点和缺点，各种分析方法互相，综合运用从而更好的解决问题，这势必会成为一种研究趋势。
各种不确定分析方法与先进的科学理论，并且结合工程经验，形成一个实用的全智能的判断分析方法，为解决边坡稳定的复杂问题提供一种途径。
不确定分析方法得出的结论与实际有很大差距，所以如何改进使之与实际工程不要相差太大，也是以后要研究的方向。
8 结论
虽然当前确定分析方法在边坡稳定分析里占绝对优势的地位，但是由于岩土工程力学行为及其变形破坏机理往往随机的、模糊的，也就是不确定的。这种不确定性使得工程人员在计算时数值计算参数和荷载的精确值是比较困难的。所以互相验证将它们的优点结合更好的解决问题。虽然不确定分析方法得出的结论与实际有一定差距，但是对于边坡稳定性分析的还是有一定帮助。
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参考文献
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［责任编辑：汤静］
