辛小麗 楊青潮

（山東交通職業(yè)學(xué)院公路與建筑學(xué)院 山東濰坊 261206）

0 引言

高邊坡穩(wěn)定問題是直接影響高邊坡工程施工安全，以及其施工過程質(zhì)量的重要關(guān)鍵。雖然我國(guó)在巖質(zhì)邊坡安全和穩(wěn)定性的研究以及應(yīng)用水平方面與當(dāng)前國(guó)際先進(jìn)水平相當(dāng)，但在對(duì)巖質(zhì)邊坡安全和穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)的理論與其研究的方法上仍與當(dāng)前國(guó)際先進(jìn)水平存在較大的技術(shù)差距，邊坡安全和經(jīng)濟(jì)效益成了最迫切的技術(shù)需求，高邊坡穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)與分析將成為是一個(gè)不斷地向前探索發(fā)展的重要學(xué)術(shù)研究課題[1]，為社會(huì)發(fā)展帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益與巨大的社會(huì)效益。

巖質(zhì)高邊坡不同于一般的巖質(zhì)邊坡，由于巖質(zhì)邊坡高度的穩(wěn)定性影響加上高邊坡巖體的結(jié)構(gòu)、水文環(huán)境條件等諸多不確定，使得對(duì)變形破壞的監(jiān)測(cè)和高邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)都非常困難，這就對(duì)變形破壞監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)精度和穩(wěn)定性提出了更高的技術(shù)要求。在實(shí)際的巖質(zhì)高邊坡工程中對(duì)每次每個(gè)變形破壞監(jiān)測(cè)點(diǎn)的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)和結(jié)果都要采用恰當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性分析方法，根據(jù)不同高度和部位的監(jiān)測(cè)精度要求，確定各自的所需最高監(jiān)測(cè)精度的穩(wěn)定性模型，對(duì)高邊坡進(jìn)行相關(guān)的分析和預(yù)測(cè)，隨時(shí)了解高邊坡變形的變化趨勢(shì)，推算出變形和變化規(guī)律，提前采取有效措施，加強(qiáng)對(duì)高邊坡穩(wěn)定性判斷的準(zhǔn)確性和確保高邊坡施工過程的安全性都有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 常見分析方法

1.1 回歸分析法

回歸模型分析法的方程式是一種以相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)和隨機(jī)變量之間是否存在一定的關(guān)系數(shù)據(jù)作為分析的基礎(chǔ)，根據(jù)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)時(shí)間序列的變化和實(shí)際情況，將相關(guān)聯(lián)的某個(gè)或者幾個(gè)模型的隨機(jī)變量進(jìn)行綜合預(yù)測(cè)分析得來的未來值的分析方法。這種模型分析技術(shù)通常可以應(yīng)用于時(shí)間序列預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)分析，時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型以及快速發(fā)現(xiàn)隨機(jī)變量之間因果關(guān)系。

這種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在設(shè)計(jì)和分析多因素模型時(shí)，更加簡(jiǎn)單和方便，不僅設(shè)計(jì)者可以預(yù)測(cè)并自動(dòng)求出時(shí)間序列函數(shù)，還甚至可以自己對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的未來值進(jìn)行時(shí)間殘差的定性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)時(shí)間序列模型的準(zhǔn)確性和精度。利用回歸模型進(jìn)行定性和定量分析，既要注意避免對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間序列預(yù)測(cè)或者在分析的過程中對(duì)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)值進(jìn)行任意的外延，又要特別注意數(shù)據(jù)之間是否存在一定的因果相關(guān)關(guān)系，如果兩個(gè)數(shù)據(jù)之間根本沒有一定的關(guān)系，那么利用回歸方法計(jì)算出的結(jié)果就是錯(cuò)誤的，同時(shí)也要注意合理、準(zhǔn)確的對(duì)數(shù)據(jù)的序列進(jìn)行有效的分析，才能保證高邊坡通過回歸分析方法變形的預(yù)測(cè)是可靠有效的。

1.2 時(shí)間序列法

時(shí)間序列是利用某種模型，根據(jù)時(shí)間的變化而變化的數(shù)據(jù)序列[2]進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)序列的變化發(fā)展規(guī)律，及時(shí)掌握該數(shù)據(jù)的變化走勢(shì)，為了降低外界因素的變化對(duì)數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量影響，該種方法要不斷的優(yōu)化模型，及時(shí)調(diào)整參數(shù)變量，預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)序列后期的變化值，對(duì)受外界影響因素比較小的情況下，預(yù)測(cè)效果的精度特別高，在中短期數(shù)據(jù)應(yīng)用比較廣泛。

1.3 指數(shù)平滑法

指數(shù)平滑法統(tǒng)計(jì)是一種建立在大量的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的利用前提下，通過對(duì)移動(dòng)指數(shù)平均法對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，對(duì)該組統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)逐項(xiàng)進(jìn)行推移，計(jì)算出該組數(shù)據(jù)序列中某個(gè)或某幾個(gè)項(xiàng)的指數(shù)平均值，利用這些高于平均值的數(shù)據(jù)來對(duì)該組統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)情況進(jìn)行了歸納和總結(jié)的統(tǒng)計(jì)方法。

這種統(tǒng)計(jì)的方法主要是將該組過去全部的數(shù)據(jù)和歷史統(tǒng)計(jì)分析資料作為數(shù)據(jù)資源進(jìn)行了利用，通過這種數(shù)學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行平滑變化系數(shù)的加以計(jì)算和處理，得出的數(shù)據(jù)和結(jié)果對(duì)近期數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確度來說要遠(yuǎn)高于對(duì)中遠(yuǎn)期的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，所以這種統(tǒng)計(jì)的方法也特別的適合對(duì)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)的變化進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1.4 灰色模型法

灰色模型理論是將高邊坡工程的變形看做一個(gè)灰色變形量，通過建立模型，分析模型，來實(shí)現(xiàn)對(duì)高邊坡工程變形預(yù)測(cè)的效果。雖然經(jīng)過長(zhǎng)期研究，灰色理論模型已經(jīng)應(yīng)用在很多領(lǐng)域里面[3]，但是由于實(shí)際應(yīng)用過程中得到的數(shù)據(jù)序列存在一些因素的影響，往往使得時(shí)間序列不是等時(shí)距的，這就與灰色理論建模所需要的等時(shí)距相矛盾，使得模型受到限制，必須對(duì)模型加以優(yōu)化，及時(shí)調(diào)整才能得到預(yù)期的有效結(jié)果，不然計(jì)算的結(jié)果就是錯(cuò)誤的，無法對(duì)高邊坡的變形進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)。

1.5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是充分利用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論，充分調(diào)動(dòng)強(qiáng)大的非線性網(wǎng)絡(luò)對(duì)問題分析和處理的能力，反復(fù)的運(yùn)用將產(chǎn)生誤差的概率降到最低，使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得出的高邊坡預(yù)測(cè)變形預(yù)報(bào)分析結(jié)果的直觀和準(zhǔn)確性高，也是目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用高邊坡變形工程預(yù)測(cè)最廣泛的模型設(shè)計(jì)方法之一。具體是將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)給出的輸入信息通過輸入層的隱含輸入層逐層遞歸處理，逐層遞歸分析并通過模型設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析評(píng)價(jià)輸入層高邊坡的安全性，對(duì)結(jié)構(gòu)邏輯不清楚、規(guī)則變化不明確，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)等常規(guī)難以完成建模和分析的大型復(fù)雜高邊坡較為適用。

1.6 有限元法

有限元法是一種隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展而發(fā)展起來的數(shù)值求解方法，利用假設(shè)單元格受力簡(jiǎn)單，通過計(jì)算機(jī)上的Abaqus，Ansys等軟件[4]，對(duì)一個(gè)個(gè)小的結(jié)構(gòu)單元格進(jìn)行靜態(tài)、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的分析，最終得到整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力和變形結(jié)果，但也存在需要大量數(shù)據(jù)、參數(shù)選取困難、位移連續(xù)性差、應(yīng)力過于集中等問題。

1.7 有限差分法

有限差分法的優(yōu)點(diǎn)是通過有限微分方程以及有限積分微分方程數(shù)值的計(jì)算方法對(duì)每一個(gè)離散的觀測(cè)點(diǎn)劃定一個(gè)連續(xù)的邊坡變形網(wǎng)絡(luò)區(qū)域和范圍，自動(dòng)地搜索出最先和最容易屈服或被破壞的巖質(zhì)邊坡位置，并從邊坡的應(yīng)力和其應(yīng)變的大小兩個(gè)角度入手來準(zhǔn)確分析節(jié)理巖質(zhì)對(duì)邊坡的破壞和應(yīng)變機(jī)理，進(jìn)行有限微分和積分求得相近或近似的物理解。在差分法中利用高邊坡變形曲線分析中，對(duì)各個(gè)時(shí)刻的高邊坡觀測(cè)點(diǎn)都進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理，構(gòu)成一個(gè)區(qū)域的邊坡變形網(wǎng)絡(luò)，來計(jì)算得到一個(gè)可以擬合的整個(gè)高邊坡變形的曲線，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出高邊坡工程實(shí)際邊坡變形的發(fā)展趨勢(shì)及其規(guī)律。

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)科學(xué)技術(shù)不斷的進(jìn)步和發(fā)展，人們對(duì)高邊坡巖質(zhì)穩(wěn)定性的研究也在不斷的尋求創(chuàng)新和發(fā)展，如離散邊界元法、離散邊界元法、塊體結(jié)構(gòu)理論、流形元法、組合結(jié)構(gòu)模型等從定性分析到定量，從不確定分析到計(jì)算機(jī)的仿真模擬，為巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性問題解決奠定了基礎(chǔ)。

2 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性研究在理論和技術(shù)上也取得了很大進(jìn)步，雖然對(duì)巖質(zhì)高邊坡無論是定性還是定量的分析方法有很多，但是無論是那一種對(duì)巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性的分析方法都有適用條件與局限性，任何單一的分析評(píng)價(jià)方法都不可能較好地解決實(shí)際復(fù)雜的巖質(zhì)高邊坡工程。

因此，筆者認(rèn)為在實(shí)際巖質(zhì)高邊坡工程中要充分掌握各種不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)和使用范圍，充分結(jié)合工程具體項(xiàng)目特征、實(shí)際條件，同時(shí)選擇多種對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析和穩(wěn)定性進(jìn)行綜合判定并舉，相互校核來客觀評(píng)價(jià)巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性，結(jié)果更加安全可靠，不同類型分析法的相互耦合，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，彼此取長(zhǎng)補(bǔ)短，為巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析方法提供了發(fā)展空間。