人们对边坡稳定性研究最早是从滑坡现象开始的,早期的地质学家是把滑坡作为一种地貌现象加以观察和描述的,是地貌学或普通地质学研究的对象之一。19 世纪末到20 世纪初,伴随发达国家近代工业革命而兴起的大规模土工建设,诱发了大量滑坡,并造成很大损失,这时,人们才把边坡失稳现象提高到与人类工程活动有关的灾害地质过程的高度加以研究。
早期对边坡稳定性的研究主要是从两方面进行的:一是从边坡所处的地质条件对稳定性进行分析和评价,但基本都是定性的;二是采用土力学的极限平衡理论对边坡进行稳定性分析和失稳预测。 20 世纪50 年代,中国许多工程地质工作者在边坡和滑坡研究中采用了前苏联的“地质历史分析”方法,从而形成了成因过程分析、机制分析的理论雏形。 20 世纪60 年代初的瓦依昂滑坡以及60 年代中期以来中国西南地区铁路建设、水电工程建设和露采矿山中遇到的大型滑坡和岩体失稳事件,首先使工程地质学家们认识到边坡的失稳破坏不仅是一个地质过程,更是一个“地质–力学”过程,从而将地质结构的分析和岩石力学的分析结合起来,发展了基于岩体结构控制的边坡地质–力学分析方法,这就是后来的“岩体工程地质力学”理论。与此同时,“地质历史成因分析”的方法得到了进一步发展,人们认识到了边坡变形–破坏的过程特性、时效性和累进性,建立了地质分析与岩石力学理论相结合的边坡稳定性“地质过程机制分析”学术思想,强调了模式机制研究和内部作用过程的研究。早期的有限单元法数值模拟开始在边坡工程中得到应用,这一阶段的特点是工程地质分析与近代岩石力学理论的紧密结合。
自20 世纪80 年代后期以来,随着工程地质学科的发展,边坡稳定性研究进入了蓬勃发展的时期。一方面随着计算理论和计算机科学的长足进展,数值模拟技术已广泛应用于边坡稳定性研究。上述模式机制的研究不再停留在现象的定性分析阶段,而是采用数值模拟(或物理模拟)手段定量或半定量地再现边坡变形破坏过程和内部机制作用过程,从整体上、理性上认识边坡变形破坏机制,认识边坡稳定性的发展变化,形成了“地质过程机制分析–定量评价”学术思想体系。与此同时,学科之间的相互渗透使许多与现代科学有关的一系列理论方法,如系统论方法、信息论方法、模糊数学、灰色理论、数量化理论及现代概率统计等被引入边坡科学研究,从而大大促进了理论的更新和应用研究及决策水平的提高。
尤其是20 世纪90 年代现代系统科学理论的引入,使人们认识到边坡不仅是一个具有复杂结构的系统,而且具有强烈的非线性,是一个不断通过与外界的物质与能量的交换来实现自身发展演化的非线性系统,从而为描述边坡系统稳定性的演化及失稳预测提供了强有力的理论工具。在理论发展的同时,20 世纪90 年代也是中国岩石高边坡工程实践发展的一个新阶段。三峡船闸高边坡的建造、长江三峡链子崖危岩体和黄蜡石滑坡的整治、李家峡、天生桥水电站工程高边坡的治理以及一批与大型工程建设和人民生活息息相关的高边坡和滑坡治理工程的成功实施,使中国高边坡工程地质工作从认识自然向改造自然迈出了长足的一步。
进入21 世纪以来,在岩石高边坡工程领域,工程界仍然遇到了前所未有的挑战,这就是300 m 级以上人工高边坡的出现。这是伴随西南地区大型水电站工程建设而产生的具有世界性挑战的难题,如澜沧江小湾水电站、糯扎渡水电站,金沙江溪洛渡水电站、向家坝水电站、雅砻江锦屏一级水电站、大渡河瀑布沟水电站、大岗山水电站以及正在开展前期工作的金沙江白鹤滩水电站、乌东德水电站等。这些大型水电工程的高边坡一个共同的特点是不仅边坡高度大(属300 m 级以上的超高边坡),而且工程地质条件极为复杂。如何修建如此高的边坡,不仅是一个重大的科学问题,也是一个重大工程技术难题,具有非常典型的中国地域特色。如何从新的角度认识这一问题,对工程地质和岩石力学学科都是重大挑战。目前,小湾水电站近700 m 高的人工边坡已经开挖完毕,小湾水电站工程的实践,为目前正在施工的和即将施工的一系列超高边坡都提供了很好的经验和借鉴。
内容来源:黄润秋.岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制[J].岩石力学与工程学报,2008,(08):1525-1544.
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