滑坡抗滑力計(jì)算取值在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

汪 宇 梁 波 付光強(qiáng)

（四川省地質(zhì)工程勘察院集團(tuán)有限公司，四川 成都 610072）

0 引言

滑坡推力設(shè)計(jì)值是在滑坡治理設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)下，支擋結(jié)構(gòu)所承受的滑坡設(shè)計(jì)推力，其大小一般取防治標(biāo)準(zhǔn)下支擋部位滑塊的剩余下滑力與支擋部位抗滑力的差值。滑坡推力設(shè)計(jì)值是滑坡治理工程設(shè)計(jì)方案選擇的重要依據(jù)，不同的滑坡推力設(shè)計(jì)值，其治理方案、結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)尺寸、結(jié)構(gòu)材質(zhì)等不同，也直接影響工程造價(jià)。支擋部位抗滑力的大小與滑坡推力設(shè)計(jì)值密切相關(guān)，一般是支擋部位抗滑力越大，其滑坡推力設(shè)計(jì)值就越小，反之亦然。因此分析滑坡支擋部位受力條件，找到支擋部位抗滑力的正確計(jì)算方法，為滑坡推力設(shè)計(jì)值的選取提供科學(xué)依據(jù)顯得尤為重要。

如何計(jì)算和選取支擋部位的抗滑力是滑坡治理設(shè)計(jì)中各種參數(shù)選取的重點(diǎn)和難點(diǎn)。該文以某滑坡治理工程設(shè)計(jì)為例，根據(jù)分析滑坡穩(wěn)定、滑塊下滑力、滑塊抗滑力、滑坡剩余下滑力等參數(shù)的計(jì)算成果，總結(jié)各參數(shù)間的相關(guān)性，提出了滑坡治理工程支擋部位（主要指抗滑樁、擋土墻部位）滑體的抗滑力的計(jì)算和取值方法，并應(yīng)用于滑坡工程設(shè)計(jì)中滑坡推力設(shè)計(jì)值的計(jì)算和選取。

1 滑坡基本情況

1.1 滑坡地質(zhì)背景條件

滑坡地處四川北部，地貌上屬構(gòu)造侵蝕低中山地貌。滑坡縱長(zhǎng)約125m，橫寬約110m，最大厚度18.50m，規(guī)模約13.7×104m3，屬中型土質(zhì)式滑坡。滑坡體組成物質(zhì)較為復(fù)雜?；w土以黃褐色角礫土、含角礫粉質(zhì)黏土為主；滑帶土以軟塑-可塑狀含角礫粉質(zhì)黏土為主；滑床土為可塑～硬塑狀含角礫粉質(zhì)黏土，下伏基巖為志留系中上統(tǒng)灰?guī)r?；娑嘌鼗w中的軟弱結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)，滑面呈折線形，滑面不連續(xù)（圖1）。

圖1 滑坡體物質(zhì)組成及滑動(dòng)面形態(tài)剖面圖

1.2 滑坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)

滑坡主要為推移式滑坡，滑坡的變形主要集中在滑坡中后部，以張拉裂縫破壞形式為主。計(jì)算工況為飽和工況。穩(wěn)定性系數(shù)按折線形公式計(jì)算，剩余下滑力按不平衡推力傳遞系數(shù)法計(jì)算[1]，計(jì)算模型如圖2所示。

1.3 滑坡穩(wěn)定性及剩余下滑力計(jì)算結(jié)果

根據(jù)滑坡勘查報(bào)告，滑坡穩(wěn)定性、滑塊抗滑力、滑塊下滑力、滑坡剩余下滑力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1和表2?；路€(wěn)定性計(jì)算表明，滑坡在飽和工況下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)K=1.040，滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)?；路€(wěn)定性系數(shù)、不同設(shè)計(jì)安全系數(shù)下的下滑力、抗滑力及滑坡剩余下滑力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 滑坡穩(wěn)定性系數(shù)及不同安全系數(shù)下的滑坡剩余下滑力

1.4 滑坡治理方案

該案例治理方案采用的是抗滑樁支擋。結(jié)合滑坡下滑力、抗滑力及剩余下滑力計(jì)算結(jié)果，滑坡第8塊以后為阻滑段，為充分利用支擋部位滑體抗滑力，抗滑樁布置于第9滑塊與第10滑塊之間（圖2），樁長(zhǎng)18m，樁間距6.0m，樁截面尺寸1.5×2.0m2。設(shè)樁處滑體厚度按10m設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)錨固段長(zhǎng)度8m，嵌入弱風(fēng)化基巖深度不小于4.0m。

圖2 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算模型

2 抗滑力的計(jì)算方法及應(yīng)用

滑坡支擋部位抗滑力分為2種，一種是支擋部位的被動(dòng)土壓力，其大小主要取決于支擋部位受荷段長(zhǎng)度及滑帶土力學(xué)性質(zhì)；一種是支擋部位滑體產(chǎn)生的抗滑力，其大小主要與滑坡形態(tài)及滑帶土力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，如滑面傾角、滑面長(zhǎng)度、滑帶土抗剪強(qiáng)度等因素有關(guān)，與支擋部位受荷段長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。

支擋部位抗滑力的大小與滑坡推力設(shè)計(jì)值密切相關(guān)，要分析抗滑力的計(jì)算方法，應(yīng)先明確滑坡推力設(shè)計(jì)值的計(jì)算和取值方法。

2.1 滑坡推力設(shè)計(jì)值的取值方法與不足

滑坡推力設(shè)計(jì)值一般取防治標(biāo)準(zhǔn)下支擋部位滑塊的剩余下滑力與支擋部位抗滑力的差值，所以支擋部位抗滑力的大小直接影響滑坡推力設(shè)計(jì)值的大小。

傳統(tǒng)的滑坡推力設(shè)計(jì)值的取值方法主要有2種：第一種方法是直接取滑坡剩余下滑力（最后一塊剩余下滑力）作為滑坡推力設(shè)計(jì)值，如該案例中取第12號(hào)滑塊（FST=1.10）的剩余下滑力835.68 kN/m；第二種方法是不考慮支擋部位（樁前）滑坡抗滑力作用，直接取支擋部位塊體的剩余下滑力作為滑坡推力設(shè)計(jì)值，如該案例中取第9塊的剩余下滑力2698.55 kN/m作為滑坡推力設(shè)計(jì)值。

方法一直接將支擋部位以下所有的滑塊抗滑力作為支擋部位的抗滑力，未考慮樁前被動(dòng)土壓力。當(dāng)樁前被動(dòng)土壓力小于樁前抗滑力時(shí)，該方法會(huì)造成抗滑力取值偏大，從而導(dǎo)致滑坡推力設(shè)計(jì)取值偏小，安全儲(chǔ)備不足，可靠性降低，嚴(yán)重時(shí)可能存在安全隱患。工程設(shè)計(jì)中支擋部位抗滑力應(yīng)取樁前抗滑力與的樁前被動(dòng)土壓力較小值。

分析表1數(shù)據(jù)可知，按方法一計(jì)算會(huì)出現(xiàn)不同安全系數(shù)下其支擋部位滑體抗滑力大小不同（表2），安全系數(shù)越高，計(jì)算的抗滑力越小，該案例中最大差值達(dá)71kN/m?；w的抗滑力隨設(shè)計(jì)安全系數(shù)的增大而逐漸降低（圖3），而現(xiàn)實(shí)中滑坡的抗滑力不可能隨著設(shè)計(jì)安全系數(shù)的增減而變化，該方法不能消除因安全系數(shù)導(dǎo)致的抗滑力取值差異。

圖3 滑體抗滑力隨安全系數(shù)變化曲線

表2 不同安全系數(shù)下的抗滑力計(jì)算結(jié)果

方法二完全沒(méi)有考慮支擋部位滑體抗滑力的作用。當(dāng)支擋部位前緣滑塊下滑力小于滑塊抗滑力，滑坡為阻滑段，不考慮樁前滑體抗滑力或被動(dòng)土壓力會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)偏保守，造成資源浪費(fèi)。

2.2 抗滑力的計(jì)算方法

滑坡支擋部位抗滑力有2種，一種來(lái)自于支擋部位的被動(dòng)土壓力，一種來(lái)自于支擋部位以下滑體產(chǎn)生的抗滑力，所以抗滑力的計(jì)算也有2種方法，一種為被動(dòng)土壓力法，另一種為靜力平衡法。

2.2.1 被動(dòng)土壓力法

該方法以支擋部位受荷段長(zhǎng)度為依據(jù)，利用被動(dòng)土壓力公式計(jì)算滑體的抗滑力，如公式（1）所示。

式中：Ep—被動(dòng)土壓力（kN/m）；γ1—樁前巖土體容重（kN/m3）；φ1—樁前巖土體的內(nèi)摩擦角（°）；h1—抗滑樁受荷段長(zhǎng)度（m）。

2.2.2 靜力平衡法

所謂靜力平衡法就是利用不平衡推力傳遞系數(shù)法計(jì)算出各滑塊剩余下滑力的基礎(chǔ)上，分析支擋部位滑體受力狀態(tài)，通過(guò)受力平衡原理計(jì)算抗滑力的一種方法。按靜力平衡原理，支擋部位滑體的剩余下滑力等于其前緣所有滑塊抗滑力之和，再加上滑坡的剩余下滑力，如公式（2）所示。

式中：PIz—支擋部位滑塊的剩余下滑力，kN/m；PIn—第n滑塊（最后一塊）的剩余下滑力，kN/m；Ri—第i滑塊的抗滑力，kN/m。

2.3 抗滑力計(jì)算方法的應(yīng)用

抗滑力計(jì)算方法主要應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)中滑坡推力設(shè)計(jì)值的計(jì)算和選取。滑坡推力設(shè)計(jì)值應(yīng)等于支擋部位滑塊剩余下滑力與滑體抗滑力之差值。支擋部位滑體抗滑力應(yīng)取被動(dòng)土壓力與滑體抗滑力兩者中的較小值，如公式（3）所示。

式中：Ft—滑坡推力設(shè)計(jì)值（kN/m）；PIFST—設(shè)計(jì)安全系數(shù)下，抗滑樁支擋部位滑坡剩余下滑力（kN/m）；Ri，Ep參數(shù)含義同上。

根據(jù)該案例擬設(shè)抗滑樁位置（圖2），分別計(jì)算支擋部位被動(dòng)土壓力、滑體抗滑力，以兩者較小值作為支擋部位樁前滑體抗滑力，然后再根據(jù)公式③計(jì)算滑坡推力設(shè)計(jì)值。為消除安全系數(shù)對(duì)滑坡抗滑力計(jì)算差異的影響，取安全系數(shù)等于滑坡穩(wěn)定性系數(shù)時(shí)計(jì)算的滑坡下滑力、抗滑力、剩余下滑力值作為支擋部位抗滑力依據(jù)（表1）。計(jì)算結(jié)果如下：

根據(jù)公式（1），已知受荷段長(zhǎng)度10m，樁前巖土體容重取21.0kN/m3，樁前巖土體的內(nèi)摩擦角取15°。代入公式計(jì)算得到樁前被動(dòng)土壓力：

根據(jù)公式（2）及表1中數(shù)據(jù)，計(jì)算得到樁前滑體抗滑力：

因Ep=1783.3kN/m＜F抗=1883.14kN/m，所以支擋部位樁前抗滑力取被動(dòng)土壓力Ep=1783.3kN/m。而按傳統(tǒng)方法一計(jì)算的支擋部位抗滑力為1862.87kN/m，其抗滑力值偏大，會(huì)導(dǎo)致滑坡推力設(shè)計(jì)值偏小。

根據(jù)公式（3），已知設(shè)計(jì)安全系數(shù)FST=1.10，第9滑塊剩余下滑力2698.55 kN/m，代入公式計(jì)算得到滑坡推力設(shè)計(jì)值：

若按傳統(tǒng)方法取值，方法一計(jì)算得到的滑坡推力設(shè)計(jì)值為Ft1=835.68 kN/m，該值小于Ft，若按該設(shè)計(jì)將導(dǎo)致推力設(shè)計(jì)取值偏小，可靠性降低，甚至存在安全隱患；方法二計(jì)算得到的滑坡推力設(shè)計(jì)值為Ft2=2698.55 kN/m，該值遠(yuǎn)大于Ft，若按該設(shè)計(jì)導(dǎo)致滑坡推力設(shè)計(jì)值取值過(guò)大，設(shè)計(jì)偏保守，造成資源極大浪費(fèi)。

綜上所述，采用被動(dòng)土壓力法和靜力平衡法計(jì)算出的滑坡推力設(shè)計(jì)值處于傳統(tǒng)方法計(jì)算值之間，其計(jì)算方法可靠，依據(jù)充分，得出的結(jié)果更科學(xué)、更合理。

3 結(jié)語(yǔ)

抗滑力的計(jì)算和選取向來(lái)是滑坡工程設(shè)計(jì)中眾多參數(shù)計(jì)算的重點(diǎn)和難點(diǎn)，計(jì)算方法不當(dāng)或取值不合理，將造成資源浪費(fèi)，或?qū)е鹿こ炭煽啃越档?，?yán)重時(shí)可能存在安全隱患。

數(shù)據(jù)分析表明，傳統(tǒng)抗滑力計(jì)算方法存在滑體的抗滑力隨設(shè)計(jì)安全系數(shù)的增大而逐漸減低的情況，安全系數(shù)取值越高，抗滑力越小，這與滑塊的抗滑力不會(huì)因安全系數(shù)的改變而變化的事實(shí)不相符。

滑坡支擋部位抗滑力的大小與滑坡推力設(shè)計(jì)值大小密切相關(guān)，其取值的合理性，決定了滑坡工程設(shè)計(jì)的合理性及可靠性。

支擋部位抗滑力的計(jì)算方法適用于支擋部位為阻滑段的滑坡，主要用于滑坡推力設(shè)計(jì)值的計(jì)算和取值。采用被動(dòng)土壓力法和靜力平衡法計(jì)算出的滑坡推力設(shè)計(jì)值處于傳統(tǒng)方法計(jì)算值之間，其計(jì)算方法可靠，依據(jù)充分，得出的結(jié)果更科學(xué)、合理。