边坡稳定性问题是岩土力学与工程的基本问题之一，实际边坡在破坏形式上呈现三维空间特性，然而传统的平面应变分析方法忽略了这种三维空间效应，不可避免会影响实际边坡稳定性评价和滑坡问题反分析。本项目针对三维边坡稳定性分析开展了深入研究，首先针对边坡极限分析研究中三维破坏机制的假设问题，运用变分极值原理推导了边坡三维破坏机制几何表达式，通过矢量分析在极限分析上限理论下数学证明了破坏机制的运动许可性，首次揭示了三维破坏面上剪切力方向与其运动许可性的关系，突破了岩土工程稳定问题的极限分析三维破坏机制构建只能预先假设的限制。其次基于变分-极限分析法，考虑水压力、地震等因素对三维边坡稳定性的影响，绘制一系列稳定图用于快速评价三维土质边坡稳定性，通过与平面应变解对比分析发现：边坡长度小于五倍坡高则需要考虑三维空间效应对稳定性的影响，反之则可以简化为平面应变问题沿用二维稳定性分析方法。同时，针对现行规范中加筋土边坡/挡墙过于保守设计问题，开展了加筋土支护结构的三维稳定性分析，揭示了三维效应对其稳定性的影响规律和保守性贡献度，提出了加筋土支护结构的三维稳定性设计方法，研究成果获得了美国联邦公路局规范认可。同时针对现行加筋土边坡稳定性设计忽略了转角结构显著三维效应的问题，基于三维边坡稳定性分析方法考虑加筋作用建立了转角加筋边坡稳定性分析方法，首次发现了平面应变分析方法用于这种结构形式设计偏于危险，形成了考虑三维效应的转角加筋边坡稳定性设计理论。最后，针对地下连续墙开挖槽深宽比产生的三维效应，基于三维破坏机制开展了局部和整体挖槽稳定性分析，建立了不同土层条件的地下连续墙开挖深槽稳定评价方法，揭示了三维效应对开挖深槽破坏模式和稳定性的影响规律，研究成果用于指导地下连续墙挖槽安全所需的泥浆重度和高度现场施工控制中。 2100433B

我国山地分布广泛，边坡失稳引起的滑坡事故频发，造成水利、铁路、公路等设施严重破坏，同时给人民生命财产安全带来重大威胁。边坡稳定性问题是岩土力学与工程的基本问题之一，一直备受关注。实际边坡在破坏形式上呈现三维空间特性，然而传统的平面应变分析方法忽略了这种三维空间效应，不可避免会影响实际边坡稳定性评价，因此需要开展三维边坡稳定性分析。本项目将针对三维土质边坡稳定性极限分析研究中的不足，拟采用变分法构建三维破坏机制，通过理论分析和对比分析证明该三维机制的运动许可性和临界性，建立基于变分法的三维土质边坡稳定性极限分析方法，同时考虑水压力对三维边坡稳定性的影响，绘制一系列稳定图用于快速评价三维土质边坡稳定性，通过与平面应变解对比分析揭示三维空间效应对土质边坡稳定性的影响规律。研究成果将丰富边坡稳定性分析理论与评价方法，同时可以对实际边坡工程稳定性评估与加固也有较好的借鉴意义。

土坡稳定分析是指对土坡滑动面上滑动因素与抵抗因素之间的相互平衡关系的分析。土坡在重力和其他外力作用下都有向下和向外移动的趋势，如果土坡内的土能够抵抗住这种趋势，则此土坡是稳定的，否则就会发生滑动。土坡丧失稳定性时，一部分土体相对其下面土体产生滑动。滑动因素主要包括土体的重力和其他外力在滑动面上促进滑动的切向分力。抗滑因素主要是指土体的抗剪强度产生的抵抗力。边破稳定性分析是岩土力学与工程中最重要的理论与实践课题之一 ， 也是经典土力学最早试图解决而仍未圆满解决的课题 。近十年来，我国新建了许多水利水电设施、 矿山、港口、高速公路 、铁路等工程，它们在建设及建成后，形成了大量的边坡稳定性问题，特别是西部多山地区，公路、铁路沿线存在大量边坡，其稳定与否，对整个工程的可靠性、 安全度以及社会经济效益均有重大影响 。如果不加大研发力度、 完善现有方法，不但会阻碍国内设计、 施工技术的提高，也会浪费国家有限的资金，并且会对地区的发展造成负面影响。另一方面，实际边坡的设计和稳定性评价，通常需要假定最危险滑动面的 (即临界滑动面) 的形状和位置，求出边坡的最小安全系数。当潜在滑动面被假定为圆弧状时， 临界滑动面可以不借助复杂的优化技术就能搜索出满意的结果。但一般来讲， 无论是由静力还是由地震力引起的破坏，滑动面都是任意形状，而不是严格的圆弧 。尤其是形状复杂、材料性质多变的边坡，其临界滑动面的形状与圆弧的差别就越大。因此，任意形状临界滑动面的确定及对应的最小安全系数的计算更具有理论价值和实际工程意义。所以，边坡稳定性分析方法的研究，即属于土力学的基础研究，又具有明确的实际工程应用背景 。

定义

天然土坡：由长期自然地质营力作用形成的土坡，称为天然土坡。人工土坡：人工挖方或填方形成的土坡，称为人工土坡。滑坡：土坡中一部分土体对另一部分土体产生相对位移，以至丧失原有稳定性的现象。

失稳原因

斜坡的土质：各种土质的抗剪强度、抗水能力是不一样的，如钙质或石膏质胶结的土、湿陷性黄土等，遇水后软化，使原来的强度降低很多。

斜坡的土层结构：如在斜坡上堆有较厚的土层，特别是当下伏土层(或岩层)不透水时，容易在交界上发生滑动。斜坡的外形：突肚形的斜坡由于重力作用，比上陡下缓的凹形坡易于下滑；由于粘性土有粘聚力，当土坡不高时尚可直立，但随时间和气候的变化，也会逐渐塌落。

降水或地下水的作用：持续的降雨或地下水渗入土层中，使土中含水量增高，土中易溶盐溶解，土质变软，强度降低；还可使土的重度增加，以及孔隙水压力的产生，使土体作用有动、静水压力，促使土体失稳，故设计斜坡应针对这些原因，采用相应的排水措施。振动的作用：如地震的反复作用下，砂土极易发生液化；粘性土，振动时易使土的结构破坏，从而降低土的抗剪强度；施工打桩或爆破，由于振动也可使邻近土坡变形或失稳等。人为影响：由于人类不合理地开挖，特别是开挖坡脚；或开挖基坑、沟渠、道路边坡时将弃土堆在坡顶附近；在斜坡上建房或堆放重物时，都可引起斜坡变形破坏。

边坡失稳是水利水电工程、交通工程和城市建设中常见的工程地质灾害，也是工程地质和岩土工程领域的研究热点。土质边坡失稳因周围土体约束的空间效应而呈现明显的三维特征，加固体的存在将进一步强化三维效应。由于数学模拟与力学分析方面的局限，二维分析方法仍是边坡稳定分析中的常用手段。本项目针对三维土质边坡的稳定性问题，采用模型试验和解析分析相结合的方法开展系统研究，探索土坡三维失稳的机理及其极限分析方法。通过三维边坡失稳的压载试验和离心试验确定其破坏机制和滑动面特征，分析土体参数的影响规律；基于所得滑动面，研究三维土质边坡稳定性的极限分析方法，进而提出考虑加固体刚度与强度作用的三维分析理论，结合模型试验探讨土坡与加固体共同作用机理。研究成果对于阐明三维边坡失稳与加固机制具有重要意义，提出的试验方法和设备可应用于相关研究，三维极限分析和加固评估方法的建立为边坡稳定的分析设计与减灾控制提供科学依据。