我国是一个灾害频发的国家,其中大多灾害与边坡相关,如滑坡、山崩、坠石和泥石流等灾害,都是直接危害人民生命财产的重大自然灾害,因此边坡工程的灾变失稳机制与稳定性研究一直是国内外研究的重点工作。由于受地质条件多样性、水文条件多样性及荷载条件多样性等多方面的影响,边坡工程处于一个复杂的孕灾环境中,因此边坡失稳破坏问题是一项集复杂性、高度不确定性及动态变化特性于一体的系统性问题,涉及面广、涵盖内容多。本文主要探讨边坡工程孕灾环境下的复杂地质条件、降雨致灾因子、水位变动致灾因子等几类特殊问题,通过研究典型坡体结构在不同致灾因素下的失稳破坏机制与稳定性特征,揭示边坡灾变的一般规律。主要研究内容和成果如下:(1)总结了边坡灾变的影响因素、失稳破坏模式及灾变的力学机制,研究得到了层状岩质边坡在结构面影响下的失稳机制及稳定性特征。通过大量实际边坡工程结构特征的总结和统计,选择影响边坡稳定性的主要几何参数,采用刚体极限平衡法和有限元强度折减法研究了层状岩质边坡在不同岩层倾角、边坡坡角、结构面间距条件下的安全系数与破坏面位置的变化规律,揭示水平层状、顺层、直立层状和反倾向层状等复杂边坡结构条件下的失稳机制及稳定性特征。(2)分析了复杂孕灾环境下边坡渐进灾变类型及相应的力学机制,结合极限平衡分析法和有限元法,研究了边坡渐进灾变的分析方法。①考虑边坡灾变的动态渐进演化过程,分析了边坡渐进灾变类型,对相应的力学机制进行推导,并结合实际工程计算中常用的极限平衡分析法和有限元法,探讨了边坡渐进灾变分析方法,详细阐述了两种方法在计算中如何实现失稳破坏区的渐进扩展。②针对边坡工程中存在的随机性、模糊性等不确定性因素,将模糊理论和概率理论结合起来,讨论了考虑非确定性因素的边坡渐进灾变分析方法。(3)以国内典型降雨诱发型滑坡的调研和总结为基础,考虑降雨入渗下非稳定渗流与非线性变形的相互作用,深入研究了降雨致灾因子下边坡失稳破坏机制及稳定性特征。系统地从非饱和土力学理论、饱和—非饱和渗流理论及强度理论、降雨入渗作用下边坡稳定分析方法等方面进行详细分析,研究了考虑强降雨入渗下非稳定渗流与非线性变形的边坡瞬态渗流-应力耦合分析与安全评价方法。结合强度折减技术进行瞬态渗流作用下边坡稳定性计算,得到边坡整体稳定安全系数,并基于ABAQUS实现了渗流与应力耦合作用下边坡安全的破坏接近度(FAI)评价方法,定量反馈边坡岩体的强度储备、破坏区的破裂度和非破裂区的潜在危险度,从孔压时空演化、位移时程、安全系数和破坏接近度等多角度综合探究了降雨雨型、降雨雨强及持时等降雨特性对边坡失稳机制及稳定性的影响。(4)考虑水位变动前的稳定渗流和水位变动过程中的非稳定瞬态渗流相结合,将非稳定渗流与非线性变形进行耦合,研究了水位变动致灾因子(含水位骤降和骤升)下边坡的失稳机制及稳定性特征。依据调洪演算计算原理,考虑入库洪水过程、调洪库容和泄流能力之间的关系,分析了近坝址区库岸边坡的水位变动过程。基于ABAQUS软件进行二次开发,通过编写用户子程序,定义荷载与时间、空间的连续函数关系,实现了水位边界随时间的动态连续变化,再利用场变量技术进行动态强度折减,得到边坡某一水位状态下的安全系数,从而实现了水位变动、渗流、变形与稳定的有机结合。以此分别进行了水位骤降和骤升变动作用下的饱和–非饱和边坡的瞬态渗流场与应力场的耦合分析,研究了渗透系数、水位变动速度及基质吸力条件等多因素对边坡渗流、变形及稳定的影响,揭示边坡在水位变动作用下灾变的内在规律。