現(xiàn)行規(guī)范中邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法解析

張?jiān)虑?張愛(ài)軍*

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西楊凌 712100; 2.西安長(zhǎng)安大學(xué)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安 710000)

1 概述

邊坡穩(wěn)定性計(jì)算是滑坡分析和治理的重點(diǎn)。目前在工程實(shí)踐中，邊坡穩(wěn)定分析主要是憑借工程技術(shù)人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和工程判斷力，使用規(guī)范里的極限平衡法進(jìn)行計(jì)算;還有一部分則是通過(guò)有限元和有限差分法等新方法新理論進(jìn)行力學(xué)分析或模擬驗(yàn)證。但工程實(shí)踐卻表明，再多的分析方法還是不能避免邊坡失穩(wěn)。甚至出現(xiàn)了分析方法越來(lái)越多，但是滑坡災(zāi)害也越來(lái)越多，造成的損失也越來(lái)越大。究其原因，很重要的一點(diǎn)是工程技術(shù)人員對(duì)規(guī)范方法理解不透徹，使用條件不明晰，在具體計(jì)算時(shí)不能做到游刃有余。

2 邊坡穩(wěn)定計(jì)算的規(guī)范方法

以現(xiàn)行的《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》《巖土工程勘察規(guī)范》為例分別介紹如下。

2.1 簡(jiǎn)化Bishop法

GB 50330—2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范附錄A.0.1方法為簡(jiǎn)化的畢肖普法，同時(shí)考慮了豎向附加荷載Gb和水壓力U。工程師在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析之前，首先應(yīng)根據(jù)已有資料對(duì)邊坡可能的破壞方式、相應(yīng)的破壞方向、破壞范圍等做出判斷。

例1:山西省大同市渾源縣某黏性土邊坡，如圖1所示，采用圓弧滑動(dòng)法對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定分析，滑弧半徑R=30 m，第i個(gè)土條的寬度為2 m，過(guò)滑弧的中心點(diǎn)切線滲流水面和土條頂部與水平線的夾角均為30°，土條的水下高度為7 m，水上高度為3 m，已知黏性土在水位上、下的天然重度均為 γ=20 kN/m3，黏聚力 c=22 kPa，內(nèi)摩擦角φ=25°，用《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》確定穩(wěn)定系數(shù)。

圖1 例1示意圖

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》附錄A.0.1:

解出 Fs=0.685。

2.2 傳遞系數(shù)隱式法

《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》附錄A.0.3為傳遞系數(shù)隱式法，折線形滑動(dòng)面的邊坡可采用這種方法判斷穩(wěn)定性。

例2:大同市某一臨時(shí)邊坡，安全等級(jí)二級(jí)，根據(jù)已有勘察資料某滑坡體可分為2塊段，如圖2所示。每個(gè)塊段的重力、滑面長(zhǎng)度、滑面傾角及滑面抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值分別為:G1=700 kN/m，l1=12 m，β1=30°，φ1=12°，c1=10 kPa;G2=820 kN/m，l2=10 m，β2=10°，φ2=10°，c2=12 kPa。試用《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》計(jì)算滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fs，并判斷邊坡的穩(wěn)定性。

1)首先確定剩余下滑力傳遞系數(shù)ψ:

取 P2=0，解方程得 Fs=1.07。

查邊坡規(guī)范表 5.3.2，臨時(shí)邊坡，安全等級(jí)二級(jí)，F(xiàn)st=1.20。

查邊坡規(guī)范表5.3.1，1.05 ＜Fs=1.07 ＜ Fst，邊坡穩(wěn)定狀態(tài)為基本穩(wěn)定。

2.3 傳遞系數(shù)顯式法

當(dāng)滑動(dòng)面為折線形時(shí)，滑坡的穩(wěn)定性分析可以采用《巖土工程勘察規(guī)范》5.2.8條文說(shuō)明方法。

例3:大同市文瀛湖水庫(kù)有一土質(zhì)岸坡，下伏基巖，主剖面圖及各分塊面積如圖3所示，潛在滑動(dòng)面為土巖交界面。土的重度和抗剪強(qiáng)度參數(shù)如下:γ天然=19 kN/m3，γ飽和=19.5 kN/m3，c水上=10 kPa，φ水上=19°，c水下=7 kPa，φ水下=16°。試按《巖土工程勘察規(guī)范》計(jì)算該岸坡沿潛在滑動(dòng)面的穩(wěn)定系數(shù)。

圖2 例2示意圖

圖3 例3示意圖

1)首先確定剩余下滑力傳遞系數(shù)ψ:

最底部滑動(dòng)面反向，角度應(yīng)取負(fù)值，代入負(fù)值進(jìn)行計(jì)算。

2.4 滑坡推力計(jì)算——《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》

滑坡推力確定，可根據(jù)GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范6.4.3條進(jìn)行計(jì)算?；峦屏ψ饔命c(diǎn)可取滑體厚度1/2處?；峦屏Φ挠?jì)算不僅關(guān)系著滑坡治理成敗，而且對(duì)工程能否做到安全及經(jīng)濟(jì)合理至關(guān)重要。

例4:大同市南郊區(qū)老窯溝一滑坡需做支擋設(shè)計(jì)，根據(jù)已有勘察資料，滑坡體可分為3個(gè)條塊，如圖4所示。已知抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 c=10 kPa，φ =10°，滑坡推力安全系數(shù)取 1.15，試計(jì)算第三塊滑體的下滑推力F3。各塊參數(shù)見(jiàn)表1。

圖4 例4示意圖

表1 例4各條塊參數(shù)

1)首先確定剩余下滑力傳遞系數(shù)ψ:

從受力角度分析，兩個(gè)滑塊體夾角最小是0°，方向平行或在一條直線上，此時(shí)剩余推力系數(shù)最大，達(dá)到1.0，其他情況剩余推力系數(shù)均小于 1.0，故取 ψ2=1.0。

2)確定各滑動(dòng)巖塊剩余下滑力F:

由以上可知，第三塊滑體的下滑推力F3=79.2 kN/m，如果緊靠滑塊3布設(shè)抗滑樁，則應(yīng)計(jì)算滑體對(duì)抗滑樁的水平推力，F(xiàn)3H=F3cosβ3=79.2 × cos22°=73.4 kN/m。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)行規(guī)范中各種邊坡穩(wěn)定分析方法，本質(zhì)是極限應(yīng)力平衡法，也就是通過(guò)力學(xué)平衡條件來(lái)達(dá)到最后的求解過(guò)程，不論是黏性土坡還是無(wú)黏性土坡，其方法的本質(zhì)是相同的。規(guī)范是工程師在實(shí)際工程中的重要依據(jù)及參考，明晰其原理，明確其使用，知其然知其所以然，對(duì)工程師有重要意義。作者結(jié)合多個(gè)邊坡工程實(shí)例詳細(xì)剖析了規(guī)范方法的原理及在實(shí)際中的應(yīng)用，為工程師對(duì)規(guī)范方法的理解和使用提供指導(dǎo)。