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这样使得对岩石高边坡稳定性的研究一直是我国20世纪工程地质学领域的热点难点科学与工程技术问题。
通过对边坡稳定性有关的勘测、稳定性分析、加固和监测等方面的研究，在实践和理论方面都取得了丰富成果，并在困难环境条件下和复杂地质条件下，成功地治理了一些变形失稳边坡，取得了较大的成就。
2
边坡稳定性研究历程概述
随着经济的发展和社会的进步，人类的工程活动也在迅速的发展，人们对边坡问题的研究逐渐深入，推动了边坡稳定性研究的进步。
人们对边坡稳定性的关注和研究最早是从滑坡现象开始的，早期的工作是把滑坡作为一种地貌现象加以观察描述，是地貌学或普通地质学研究的对象之一。
19世纪末及20世纪初期，伴随发达国家近代工业革命而兴起的大规模土木工程建设，出现了较多的人工边坡，诱发了大量滑坡和崩塌，造成了很大的损失。
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高度，并借用一般材料分析中的工程力学理论对滑坡进行半经验、半理论的研究。
早期对边坡稳定性的研究一是借用土力学中极限平衡理论，计算边坡的稳定性（Kail
Terzaghi,1926；
Fellenius,1927、1936；
Taylor,1937、1948；
Janbu,1954；
Bishop,1955等）；
二是从边坡所处的地质条件、影响因素和失稳现象，对边坡发生的环境和机制进行单因素定性分析。
20世纪50年代，我国学者引进前苏联工程地质的体系，继承和发展了“地质历史分析”法，并将其应用于滑坡的分析和研究中，对边坡稳定性研究起到了推动作用。
这阶段学者们着重于边坡地质条件的描述和边坡类型的划分，采用工程地质类比法评价边坡稳定性。
20世纪60年代，世界上几起灾难性的边坡失稳事件的发生（如意大利的Vajont水库滑坡造成近3000人死亡和巨大经济损失），使人们逐渐认识到了结构面对边坡稳定性的控制作用以及边坡失稳的时效特征（L.Muler,1963、1965），初步形成了岩体结构的观点
（谷德振、孙玉科等，1965），并在应用赤平极射投影的基础上，定性判断边坡的稳定性。
20世纪70年代，边坡研究者从大量的工程实践和边坡失稳事件中，逐渐认识到边坡稳定性研究必须重视其变形破坏过程和机制的研究，提出了时效变形、累进性破坏的观点以及边坡变形破坏的地质力学模式（张倬元、王兰生等，1970’s），使边坡稳定问题的研究工作步入了地质分析和岩石力学分析相结合的“地质过程机制分析”时代[6,14]。
这期间，最为突出的理论贡献是的地应力对边坡变形破坏的引入和变形破坏基本地质力学模式的提出。
20世纪80年代，工程地质学的发展进入了定性向定量发展的新阶段，工程地质学及边坡科学研究进入了蓬勃发展的新时期。
一方面，随着计算机技术的迅速发展和现代力学、现代数值分析理论的进步，模拟技术开始广泛地应用于地质灾害分析，尤其是机制分析；
针对介质的特点，先后出现了线弹性模拟、弹塑性模拟和考虑时间效应的粘-弹-塑性模拟，后期还出现了准大变形和运动过程的离散单元模拟，乃至全过程模拟等。
基于相似理论的物理模拟技术也得到了相应的发展。
借助于方法的更新和手段的进步，人们对地质灾害的认识不再仅仅停留于“概念模型”阶段，而是通过模拟，把“概念模型”上升为“理论模型”，进一步从内部作用过程（机制）上揭示边坡地质灾害的发育及滑动面的形成过程，以及这一过程所反映的边坡稳定性状况和蕴涵的今后的变化信息，从而为复杂边坡的稳定性评价及预测提供了重要的理论方法和工具。
这一阶段的发展促使“地质过程机制分析”的学术思想体系上升到了“地质过程机制分析-定量评价”的新阶段。
另一方面，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。
20世纪90年代以来，尤其是三峡工程建设和西部开发的实施，工程建设的需求极大地推动了我国20世纪岩石高边坡工程理论与实践的发展。
这一阶段有以下方面标志性的成就。
一是从80年代末期开始，系统科学的思想被引入复杂地质过程和高边坡稳定性研究，人们从系统与系统之间、系统内部各子系统之间的信息传递上认识到了复杂高边坡地质体的稳定性及其控制机制和可能的控制途径，从而开始了从认识地质体向适应乃至改造地质体、从认识边坡变形破坏行为向控制灾害发生的过渡，诞生了“系统工程地质学”和“工程地质系统集成”和“互馈作用”等学术思想。
另一标志是90年代初，非线性科学被引入到了边坡灾害的研究。
人们不仅通过一般系统科学认识到了复杂灾害系统的物理构成，而且借助于非线性科学，认识到了系统形成与演变的非线形特性，从而跨越了从线性系统到非线形系统的历史性转变。
它认为地质灾害是由一系列非平衡不稳定事件产生空间、时间、功能和结构上的自组织行为，从而导致开放系统远离平衡态的结果，籍此相继建立了一些初步描述边坡行为的动力学方程，提出了一些基于突变理论、分形理论及非线性动力学理论的预测模型。
在此过程中，成都理工大学黄润秋教授领衔的“中国西南高边坡稳定性评价及灾害防治”课题组，从80年代中期开起，结合西南地区重大工程建设和重大地质灾害防治，对高边坡稳定性评价与灾害防治分析技术与方法进行了探索与开拓，提出了具有针对性的以“地质过程机制分析—量化评价”为核心的学术思想体系，和以“系统工程地质分析”为主体的评价方法和应用技术体系；
形成了“复杂岩体结构精细描述和建模”、“边坡变形破坏机理模式及变形稳定性评价方法”和“地质灾害过程模拟与过程控制”三大支撑技术，取得了重要的成果。
表2简单回顾总结了20世纪60年代以来我国岩石高边坡工程理论与实践发展的总体历程。
3
岩体结构的研究
岩体结构的研究看似与边坡的稳定性无关，而实际上岩体结构对岩质边坡而言，它起着至关重要的作用。
由于岩质边坡的复杂性和不可知因素等远远大于或多于土质边坡，因此，研究和判断岩质边坡稳定性的难度和程度都远远大于土质边坡。
岩体结构的研究始于20世纪50年代，以L.
Muller为代表的奥地利学派最早认识到结构面对岩体力学特性和工程稳定性起控制作用，并认为这是构成岩体和岩块力学与工程特性差异的根本原因，从此开辟了结构面研究的先河。
60年代谷德振（1963）、孙玉科（1965）提出了“岩体结构”概念和岩体结构控制岩体稳定性的重要观点。
孙玉科（1965）在“岩体边坡工程地质稳定性的研究”文章中，结合边坡稳定性研究对岩体结构进行分类，划分出层状结构边坡、块状结构边坡和网状结构边坡。
这个分类是岩体结构的最早分类，是后来岩体结构类型划分的基础。
1979年谷德振先生从地质历史的发展过程——建造与构造，运用地质力学的观点，研究岩体的工程地质特性及力学成因问题，并对岩体结构进行了深入分析研究，将岩体结构分划分为四大类八个亚类，最后对岩体结构如何影响地质体和岩体稳定性做了评价。
王思敬等根据地下工程的特点，将岩体结构划分为四大类十二亚类，并针对不同跨度的地下工程，提出了稳定性评价的初步结果及支护方岸。
80年代孙广忠提出了“岩体结构控制论”，全面、系统的研究了结构面影响岩体变形与破坏的基本规律。
将岩体划分为连续、碎裂、块裂及板裂四种介质类型，建立了完整的岩体力学结构体系。
成都理工大学在岩体结构、岩体稳定性分析及工程运用方面，形成了有特色的理论体系和系统的研究方法。
岩体结构特征是在漫长的地质历史发展过程中形成的，岩体结构是建造和改造的综合产物，按建造可将岩体划分为块体状（或整体状）结构、块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构等类型。
黄润秋教授等针对溪洛渡工程复杂岩体结构，结合拉西瓦高边坡、小湾高边坡、三峡地下厂房等工程，提出了一套系统的复杂岩体结构分类、描述、调查和工程应用的方法体系。
随着工程经验的积累，国家相关部委制定了适合各自行业特点的岩体结构分类规范，如水利水电工程地质勘察规范中将岩体结构划分为四大类十二亚类。
水利水电系统将岩质边坡按岩体结构进行分类，划分为块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构边坡，并对层状结构岩体根据层状结构面与坡面的空间关系进一步划分为四个亚类。
岩质边坡按岩体结构的分类有助于对边坡变形破坏机理的深入分析，是对岩体结构认识的深化。
把岩体结构和边坡可能出现的变形、破坏方式联系起来，对指导边坡勘察，分析边坡的稳定性有重要意义。
4
边坡变形破坏模式及类型的研究
边坡变形破坏的分类，国内外已有许多不同的方案。
E.
Hoek教授（1973）在《岩石边坡工程》书中，将岩石边坡变形破坏类型分为圆弧破坏、平面破坏、楔体破坏和倾倒破坏，并详细谈论了边坡破坏机制、破坏方式、破坏类型以及如何抽象边坡稳定性分析力学模型等问题。
上世纪80年代，国际工程地质协会（IAEG）滑坡委员会建议（D.
M.
Cruden，1989）采用瓦恩斯的滑坡分类（D.
Varnes，1978）作为国际标准方案。
将边坡按运动方式划分为崩落（塌）（falls）、倾倒（topples）、滑动（落）（slides）、侧向扩离（lateral
spreads）和流动（flows）等5种基本类型。
我国在研究滑坡的形成、变形破坏模式和运动机理方面也取得了可喜的进展。
其中最具代表性的为王兰生、张倬元等人（1980）根据大量现场观测资料，深入研究了边坡变形破坏演化机制的一般规律，提出了6种基本的地质力学模式，即蠕滑-拉裂、滑移-压致拉裂、滑移-拉裂、弯曲-拉裂、塑流-拉裂和滑移-弯曲。
这些边坡变形地质力学模式，揭示了边坡发展内在的力学机制，并在很大程度上确定了边坡岩体最终破坏的可能方式与特征。
孙玉科、谷德振等人（1979）将边坡变形破坏模式概况为5类：
倾倒变形破坏（金川模式）、水平剪切变形（葛洲坝模式）、顺层高速滑动（塘岩光模式）、追踪平推滑移（白灰厂模式）、张裂顺层追踪破坏（盐池河模式）。
孙广忠（1993）将边坡破坏类型概况为圆弧滑动、沿层面滑动、块体滑动、追踪节理面破坏、倾倒变形、溃屈破坏、崩塌和水平层滑动8类，并简单讨论了各种破坏类型的特点。
金德濂（2000）按边坡变形特征将变形边坡划分为滑动变形、蠕动变形、张裂变形、崩塌变形、坍滑变形和剥落变形6类，并结合岩性、结构和变形机理划分17个亚类，对各类变形边坡的工程地质特征、变形破坏机理、稳定性评价和治理原则作了简要分析。
在水利水电工程中，依据边坡变形破坏特征、变形破坏机制和破坏面形态，将边坡变形破坏类型归纳为崩塌、滑动、弯曲倾倒、溃决、拉裂和流动。
这一分类与世界滑坡登录联合工作组建议的分类基本吻合，便于国际交流。
更重要的是，在边坡勘察中对变形破坏现象的认识、描述和表达有了统一标准，使边坡勘察工作向规范化迈进，为针对不同的变形破坏类型研究与其相配套的稳定性分析方法和程序系统打下基础，将进一步促进水电工程边坡的勘察研究工作。
黄润秋教授等从80年代中期开始，结合西南地区重大工程建设和重大地质灾害防治，对高边坡稳定性评价与灾害防治分析技术与方法进行了探索与开拓，提出了西南地区高边坡变形破坏的地质-力学模式，即滑移-拉裂-剪断型（三段式）、“挡墙溃屈”型、阶梯状蠕滑-拉裂型、压缩-倾倒和弯曲-倾倒型、高应力-强卸荷深部拉裂型5大类，并细分为12小类。
深入研究了这些特殊的岩石高边坡变形破坏机理，并提出相应的灾害控制原理与措施。
5
边坡稳定性计算分析方法的研究
边坡稳定计算方法是与岩体力学性质的研究密切相关的。
至目前为止，国内外关于边坡稳定性计算分析的方法很多，概括起来，可分为确定性分析方法和非确定性分析方法两大类。
5.1
边坡稳定性的确定性分析方法
确定性分析方法是以安全系数为基础，认为边坡所能承受的荷载值（抗力）与所受外力（荷载）之比大于某个值为安全。
确定性分析方法包括定性分析和定量分析，常用的边坡稳定性确定性分析方法如图2所示。
5.1.1
定性分析方法
边坡稳定的定性分析方法，主要是通过工程地质勘察，对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制、已变形地质体的成因及其演化史等进行分析，给出被评价边坡一个稳定性状况及其可能发展趋势的定性说明和解释[38]，包括自然历史分析法、工程类比法及图解法。
自然历史分析法是一种基于经验的边坡稳定性分析方法。
主要根据对边坡发育的地质环境、边坡发育历史中的各种变形破坏迹象及其基本规律和稳定性影响因素等的分析，追溯边坡演变的全过程，结合以往经验，对边坡稳定性的总体状况、趋势和区域性特征做出评价和预测，对已发生滑坡的边坡，判断其能否复活或转化。
工程类比法是将当前边坡与具有类似坡形、高度等特征和工程地质条件且处于稳定状态的同地区或其他地区的自然山坡和人工边坡进行对比，以判别当前土坡是否稳定的一种类比经验法。
图解法由Taylor于1937年首次提出，是考虑边坡的各种因素如岩性、地下水、边坡角等的变化，根据相应公式制成图表，结合相应的图表来进行边坡稳定分析和设计的方法。
除Taylor稳定数图外，Bishop（1960）、Morgenstern（1963）和
Spencer（1967）等也提出了多种稳定分析计算图表。
图解法使用方便、结果直观，但由于图表是在简化基础上归并而得到的，故分析结果精度不高。
5.1.2
定量分析方法
边坡稳定性定性分析是定量分析的基础，定量分析是定性分析的补充。
随着计算方法和计算机技术的发展，定量分析方法呈现出极限平衡理论的进一步完善、数值分析方法的广泛应用和复合分析法的逐渐应用的发展势态。
定量分析方法包括极限平衡分析法和数值分析法。
极限平衡法通过计算在滑动破坏面上的抗滑力（矩）与滑动力（矩）之比即稳定安全系数来判断边坡稳定性。
1916年Petterson[9]首先提出了瑞典条分法，Taylor（1922）和Fellenius（1936）在此基础上进行不断改进。
50年代中期，Janbu（1954）和Bishop[46]（1955）进一步发展了条分法。
60年代，Lowe
和
Karafiath（1960）、Morgenstern
Price[48]（1965）、Spencer（1967）、Janbu（1968）以及美国陆军工程师联合会[51]（1970）等对边坡滑面形状、条块间作用力和方向做了不同的假设，不断改进和完善条分法。
随后，Hoek（1974）提出了进行边坡楔形体分析的方法，Goodman和Bray（1976）提出了倾倒分析方法，Revilla和Castillo（1977）提出了剩余推力法，Sarma（1979）提出了“非垂直条分法”。
上世纪80年代，我国学者在边坡稳定性计算方面也做出了很大贡献。
潘家铮（1980）首次提出了边坡稳定分析的最大、最小值原理，孙君实（1984）、陈祖煜（1998）利用力学和数学理论对该原理给予了证明。
自刚体极限平衡法提出后，就不断有人对其进行了完善和修正。
Leshchinsky（1990）在极限平衡法的基础上引入变分法来确定真正的临界滑移面；
Li,
K.S.（1987）等人对迅速估计临界滑移面提出了几种方法；
Chen
Z.-Yu和Shao
C.-M
（1988）对利用优化技术寻求最小安全系数的可行性问题进行了研究；
陈祖煜在Morgenstern-Price法的基础上，推导出边坡稳定性分析极限平衡法的严格体系，提出具有普遍意义的极限平衡方程及数值计算方法；
朱大勇提出了边坡稳定性分析的临界滑动场法（CSF法）和极限平衡法的显式解和统一格式。
目前，刚体极限平衡方法已经从二维发展到了三维，关于边坡稳定分析的三维极限平衡方法，己有很多文献介绍，Duncan曾经总结了24篇文献资料，列举了这些方法的特点和局限性。
随着计算方法和计算机技术的不断发展和完善，国内外开发了多个基于刚体极限平衡法的边坡稳定性计算及支护处理方案设计的计算机软件系统。
代表性的有国外的SLOPE/W、SLIDE等，国内的如陈祖煜等人开发的STAB、EMU程序，许强、黄润秋、巨能攀等人开发的二维边坡和三维楔型块体稳定性分析及治理方案辅助设计程序SlopeCAD和SASW，以及北京理正系列软件。
极限平衡法由于其计算简单、物理意义相对清晰而得到了广泛的应用，其理论也发展的相对完善，但其不能考虑岩土体内部的应力应变关系、材料的非线性、岩土体中的应力历史和加载时的应力条件。
随着计算机应用技术的发展，数值模拟技术在边坡稳定性评价中得到广泛深入的应用，为边坡变形和强度稳定性分析提供了强有力的工具。
从20世纪60年代开始，人们就开始尝试边坡稳定数值计算方法的研究。
Clough和Woodward（1967）、Duncan和Dunlop（1969）、Snitbhan和Chen（1976）、Wong（1984）等人率先对边坡进行了有限元分析[64]，随后各国专家学者采用有限元法对边坡进行了大量的研究分析，取得了很多研究成果。
20世纪80年代以来各种更适合于岩体计算的数值模拟方法得到极大的发展，首先是离散单元法（DEM,
Distinct
Element
Method）的提出，使得节理岩体模拟这种更接近于块体运动的过程模拟成为可能，实现了岩体数值模拟技术一次质的飞跃。
紧接着，DDA
（Discontinuous
deformation
Analysis，石根华、Goodman，1989），NMM
（Numerical
Manifold
Method，石根华，1995年）相继提出，它适用于不连续介质的大变形问题分析，从而实现了岩石块体的移动、转动、张开、闭合等全过程的模拟，据此可判断出岩体的破坏程度、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。
在数值模拟技术方面另一标志性成就是FLAC
（Fast
Lagrangian
Analysis
of
Continue，P．A．Cundal1，1986）方法的提出，并且由Itasca公司进行了商业程序化。
这种方法可以考虑材料的非线性和几何学上的非线性，采用混和离散化法使塑性破坏和塑性流动得到体现；
并采用显式时间差分解析法，大大提高了运算速度；
适用于求解非线性大变形，但节点的位移连续，本质上仍属于求解连续介质范畴的方法。
采用数值分析法研究边坡的稳定性，弥补了刚体极限平衡法不能求出岩土体的应力-应变关系以及与实际工作状态不完全相符的不足，计算结果较精确。
因此，数值分析方法已逐步成为边坡稳定性的分析的主要方法。
5.2
边坡稳定性的非确定性分析方法
由于边坡工程中存在的人为的、模型的和参数的不确定因素等的影响，使得边坡的稳定性分析具有随机性、模糊性和不确定性。
边坡稳定分析理论在确定性分析方法的基础上，吸收现代科学理论中的耗散理论、协同学理论、混沌理论、随机理论、模糊理论、灰色系统理论、突变理论等，创立和发展了一批非确定性分析方法。
非确定性分析中常将边坡岩体材料性能如弹性模量、泊松比等，边坡几何尺寸如内部结构面、边坡边界尺寸等，边坡外部荷载如地震力、重力场、渗流场等视为随机变量，从而运用概率论、模糊理论和灰色理论等知识来研究边坡的稳定性。
目前，边坡稳定性问题的非确定性分析方法主要包括边坡稳定的可靠度分析方法、随机过程方法、模糊分析方法、灰色系统预测滑坡失稳分析方法、人工智能和人工神经网络方法等。
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