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人类工程活动中,对边坡以及滑坡稳定问题的研究,主要是由“工程地质条件分析→变形现象认识→岩体力学分析”到“变形机制分析→定性定量评价→预测、控制与监测反馈分析……”[]的过程(或途径)。但从纵观对这一问题的研究,还有其一定的发展历程,可归纳以下几个发展阶段:
斜坡、滑坡与边坡等问题是一脉相承的。十九世纪末二十世纪初,由于欧美国家兴起大规模土木工程建设如,铁路、公路、露天采矿等,出现了较多的人工边坡,并诱发了大量的滑坡和崩塌等地质灾害。人们才开始关注边坡、滑坡(失稳的问题,并开始借鉴滑坡分析方法,用一般材料分析的工程力学理论对其进行半经验、半理论的研究[]。
50年代以来,人们将“地质历史分析”法引入其中,着重工程地质条件的描述和边坡类型的划分,进行工程地质类比来评价其稳定性[]。到60年代,从世界上几起灾难性的边坡失稳事件中,才逐渐认识到结构面对边坡岩体稳定性的控制作用以及边坡的时效特征(L,Muller,1963,1965),同时也促进了国际岩石力学在边坡分析方面的发展[]。这一时期,在我国形成了岩体结构的观点(谷德振、孙玉科等,1965),提出了边坡实体比例投影法,定性判断其稳定性。
70年代,我国从大量的工程勘探中所遇之具复杂变形破坏迹象的岩石高边坡的问题和斜坡失稳事件中,逐渐重视其变形破坏过程和机制研究。工程地质学科也进入了以地质灾害预测研究为主的地质体稳定性分析的阶段(孙广忠,1993)。其间,提出了累进性破坏观点、地应力对边坡变形破坏的影响以及边坡变形破坏的基本地质力学模式(王兰生、张倬元,1970)。这一理论贡献(随后有不断的补充),标志着边坡稳定性研究工作步入了地质分析和岩石力学分析相结合的时代。
70年代末到80年代,“岩体工程地质力学”(谷德振,1979)发展到了以“岩体结构控制论”(孙广忠,1984)为基础的“岩体结构力学”的阶段,认识到了边坡岩体的“可变形性”、变形的“时效性”和岩体结构对这种变形乃至最终破坏可能起到的控制作用,加之“物理模拟技术”、“计算机技术”及“现代数值分析理论”的发展和应用,使得对地质灾害形成演变的“地质过程机制分析”进入了由定性到定量数值全过程模拟的时代[]。同时,由约许多新技术的推广和应用可对不良地质体进行改造,推动了工程地质学科进入地质灾害防治、控制、预测的“地质工程”研究阶段(孙广忠,1993)。
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这些发展推动边坡稳定性研究进入了一个新的阶段。1986年的国际地质会议期间,成立了国际工程地质协会((IAEG),同时组建了“滑坡及其他块体运动委员会”专门研究滑坡及其防治;其他相关的国际组织(如ISRM,ISSMFE, ICOLD)均有边坡工程方面的学术交流和探讨,大大增强了边坡工程学科与其他学科间的交流与渗透,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。同时,我国的大规模工程活动的剧增(如矿山、水电等工程建设),专门设列了滑坡和边坡稳定性专题进行研究。
90年代以来,尤其是三峡等工程建设和西部开发的实施,大规模工程建设的需求极大地推动了我国二十世纪岩石高边坡工程理论与实践的发展。系统科学、非线性科学的思想被引入复杂地质过程和高边坡稳定性研究,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,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性系统的历史性转变。认识到不仅要对岩体结构进行精细描述研究,而且还要追溯其原始建造、内动力改造、浅表生改造的全过程,提出了“浅生时效构造理论”(王兰生、李天斌、赵其华,1994)。另外,从河谷发育的动力学过程出发,提出了自然河谷高边坡发育的二阶段理论,即表生改造、时效变形和失稳破坏。
总之,纵观边坡工程稳定性研究过程经历了由认识地质体向适应乃至改造地质体、由认识边坡变形破坏行为向控制灾害发生的发展过程。工程实践的需求、相关理论的不断完善以及工程技术的革新极大地推进了这一过程。当然,其中不乏众多边坡工作者所付出的大量心血和辛勤劳动,凝结了他们精深的智慧甚至毕生的精力。
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