边坡临界滑动面的确定及其安全系数的求解是边坡稳定性分析中的关键问题。当前边坡稳定性分析的主要方法有极限平衡法(LEM)和基于有限元或有限差分的强度折减法(SRM)。实际边坡所处环境大多较为复杂,传统LEM计算简便高效,但不能考虑变形及初始应力条件,引入条间力的假定,会使得边坡稳定性分析不够准确。SRM克服了这些缺点,不需要搜索滑动面,能够直接获得安全系数,然而有些情况下计算所得的屈服区较宽,临界滑动面难以获得。鉴于此,本文围绕边坡临界滑动面的确定问题,以有限元分析为手段,重点开展了以下研究工作:(1)将有限元求得的应力场引入到极限平衡理论框架下,形成滑面应力分析体系。利用推广的多重积分中值定理,指出基于应力场的用抗滑力与滑动力的代数和之比定义的安全系数具有明确的物理意义,为这一分析体系提供了理论依据。由此定义的安全系数的物理意义为滑坡体沿滑动面达到整体极限平衡时的平均强度折减系数。(2)提出了三维扩展椭球形滑动面,其构造方便,搜索灵活,比传统的球面或椭球面更能反映实际情况。三维滑动面由离散的三角形平面近似,滑面离散点通过背景网格技术定位,各点的应力由单元节点处的应力插值得到,由此可以求出相应滑动面的安全系数。通过引入自适应差分进化算法,结合反向移动操作,构建了边坡临界滑动面的搜索模型。并借助Fortran及Visual Basic.NET语言实现了程序的可视化。(3)采用几组经典算例对程序进行考核,验证了所提方法的合理性与可靠性,同时重点分析了安全系数的定义以及滑动剪应力的确定问题。结果表明,基于应力场的代数和求解安全系数法与经典方法计算结果均吻合较好,定义简洁且不失实用性;而点安全系数法放大了局部安全性的影响,计算结果波动较大;矢量和方法概念明确,定义科学,与代数和法计算结果接近,但计算量较大。此外,即使边坡处于临界破坏状态,滑动面上的最大剪应力在平面上的投影方向也与主滑方向不完全一致,将剪应力沿主滑方向投影,计算所得安全系数偏大,应慎重使用。(4)边坡破坏实际上是一个裂缝产生、扩展至贯穿的过程,这一过程可以通过断裂力学进行描述。本文对断裂力学在边坡稳定性分析中的应用进行了初探。初步建立了相场断裂演化模型,利用强度折减技术,模拟边坡滑动面,为SRM确定边坡临界滑动面提供了一个新的视角。(5)依托滑坡治理工程,开展了实际复杂工程边坡临界滑动面的搜索工作。针对现库水位工况,用代数和法求取的各边坡剖面安全系数与其他常用方法接近。通过构造扩展椭球形滑动面搜索得到的滑动面位置也与实际监测结果相符,表明本文的搜索方法是可靠的,能够应用于具有复杂岩性及环境条件的边坡稳定性分析。