現行規范中邊坡穩定性計算方法解析

張月清 張愛軍*

(1.西北農林科技大學，陜西楊凌 712100; 2.西安長安大學工程設計研究院有限公司，陜西西安 710000)

1 概述

邊坡穩定性計算是滑坡分析和治理的重點。目前在工程實踐中，邊坡穩定分析主要是憑借工程技術人員的個人經驗和工程判斷力，使用規范里的極限平衡法進行計算;還有一部分則是通過有限元和有限差分法等新方法新理論進行力學分析或模擬驗證。但工程實踐卻表明，再多的分析方法還是不能避免邊坡失穩。甚至出現了分析方法越來越多，但是滑坡災害也越來越多，造成的損失也越來越大。究其原因，很重要的一點是工程技術人員對規范方法理解不透徹，使用條件不明晰，在具體計算時不能做到游刃有余。

2 邊坡穩定計算的規范方法

以現行的《建筑邊坡工程技術規范》《建筑地基基礎設計規范》《巖土工程勘察規范》為例分別介紹如下。

2.1 簡化Bishop法

GB 50330—2013建筑邊坡工程技術規范附錄A.0.1方法為簡化的畢肖普法，同時考慮了豎向附加荷載Gb和水壓力U。工程師在進行邊坡穩定性分析之前，首先應根據已有資料對邊坡可能的破壞方式、相應的破壞方向、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，采用圓弧滑動法對其進行穩定分析，滑弧半徑R=30 m，第i個土條的寬度為2 m，過滑弧的中心點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，內摩擦角φ=25°，用《建筑邊坡工程技術規范》確定穩定系數。

圖1 例1示意圖

根據《建筑邊坡工程技術規范》附錄A.0.1:

解出 Fs=0.685。

2.2 傳遞系數隱式法

《建筑邊坡工程技術規范》附錄A.0.3為傳遞系數隱式法，折線形滑動面的邊坡可采用這種方法判斷穩定性。

例2:大同市某一臨時邊坡，安全等級二級，根據已有勘察資料某滑坡體可分為2塊段，如圖2所示。每個塊段的重力、滑面長度、滑面傾角及滑面抗剪強度標準值分別為: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《建筑邊坡工程技術規范》計算滑坡穩定系數Fs，并判斷邊坡的穩定性。

1)首先確定剩余下滑力傳遞系數ψ:

取 P2=0，解方程得 Fs=1.07。

查邊坡規范表 5.3.2，臨時邊坡，安全等級二級，Fst=1.20。

查邊坡規范表5.3.1，1.05 ＜Fs=1.07 ＜ Fst，邊坡穩定狀態為基本穩定。

2.3 傳遞系數顯式法

當滑動面為折線形時，滑坡的穩定性分析可以采用《巖土工程勘察規范》5.2.8條文說明方法。

例3:大同市文瀛湖水庫有一土質岸坡，下伏基巖，主剖面圖及各分塊面積如圖3所示，潛在滑動面為土巖交界面。土的重度和抗剪強度參數如下: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《巖土工程勘察規范》計算該岸坡沿潛在滑動面的穩定系數。

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ψ:

最底部滑動面反向，角度應取負值，代入負值進行計算。

2.4 滑坡推力計算——《建筑地基基礎設計規范》

滑坡推力確定，可根據GB 50007—2011建筑地基基礎設計規范6.4.3條進行計算。滑坡推力作用點可取滑體厚度1/2處。滑坡推力的計算不僅關系著滑坡治理成敗，而且對工程能否做到安全及經濟合理至關重要。

例4:大同市南郊區老窯溝一滑坡需做支擋設計，根據已有勘察資料，滑坡體可分為3個條塊，如圖4所示。已知抗剪強度標準值 c=10 kPa，φ =10°，滑坡推力安全系數取 1.15，試計算第三塊滑體的下滑推力F3。各塊參數見表1。

圖4 例4示意圖

表1 例4各條塊參數

1)首先確定剩余下滑力傳遞系數ψ:

從受力角度分析，兩個滑塊體夾角最小是0°，方向平行或在一條直線上，此時剩余推力系數最大，達到1.0，其他情況剩余推力系數均小于 1.0，故取 ψ2=1.0。

2)確定各滑動巖塊剩余下滑力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布設抗滑樁，則應計算滑體對抗滑樁的水平推力，F3H=F3cosβ3=79.2 × cos22°=73.4 kN/m。

3 結語

現行規范中各種邊坡穩定分析方法，本質是極限應力平衡法，也就是通過力學平衡條件來達到最后的求解過程，不論是黏性土坡還是無黏性土坡，其方法的本質是相同的。規范是工程師在實際工程中的重要依據及參考，明晰其原理，明確其使用，知其然知其所以然，對工程師有重要意義。作者結合多個邊坡工程實例詳細剖析了規范方法的原理及在實際中的應用，為工程師對規范方法的理解和使用提供指導。