印振華，趙云川，饒傳友

（1.中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051；2.四川電力設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限責(zé)任公司，四川 成都 610041）

20世紀(jì)初以來(lái)，隨著世界人口的不斷增長(zhǎng)、人類(lèi)活動(dòng)空間范圍的逐漸擴(kuò)展和工程活動(dòng)規(guī)模的不斷加大，大型水電站、高速公路、鐵路等工程越來(lái)越多，公路、鐵路工程建設(shè)中遇見(jiàn)了大量的地質(zhì)災(zāi)害，其中的滑坡災(zāi)害造成了巨大的人員傷害及財(cái)產(chǎn)損失，同時(shí)由于受到氣候條件惡劣及人類(lèi)空間范圍擴(kuò)大的影響，在巖土工程范疇內(nèi)勢(shì)必會(huì)繼續(xù)面對(duì)滑坡等不良地質(zhì)災(zāi)害。因此如何正確分析滑坡結(jié)構(gòu)，確定滑坡的參數(shù)，選擇適宜的支擋結(jié)構(gòu)組合，計(jì)算支擋結(jié)構(gòu)的抗力等，勢(shì)必是作為巖土工程師繼續(xù)關(guān)注的焦點(diǎn)。

在滑坡設(shè)計(jì)計(jì)算中，大量的人為反演參數(shù)和參數(shù)調(diào)整對(duì)測(cè)試成果產(chǎn)生多樣性、代表性、空間變形性等的影響，不同的人員對(duì)于同一個(gè)滑坡計(jì)算的剩余下滑力不盡相同。本文就滑坡支護(hù)設(shè)計(jì)中剩余下滑力計(jì)算比較關(guān)心的兩三個(gè)點(diǎn)：安全系數(shù)與可靠度、剩余下滑力計(jì)算、動(dòng)態(tài)支護(hù)設(shè)計(jì)，進(jìn)行較為淺略的介紹，希望越過(guò)復(fù)雜的問(wèn)題，簡(jiǎn)單地解決問(wèn)題。并以一、二工程案例為參考計(jì)算案例，供大家評(píng)判指正。

1 安全系數(shù)與可靠度

在我國(guó)，結(jié)構(gòu)可靠性問(wèn)題的研究始于1950年代中期，于1984年提出《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，這一標(biāo)準(zhǔn)采用國(guó)際上正在發(fā)展和推行的以概率統(tǒng)計(jì)理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。1985年建筑科學(xué)研究院會(huì)同建工、鐵道、公路、港工、水工等五大部門(mén)聯(lián)合，開(kāi)始編制全國(guó)的“工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”。同時(shí)，鐵路工程結(jié)構(gòu)、公路工程結(jié)構(gòu)、港口工程結(jié)構(gòu)、水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)均相繼編制。

用荷載效應(yīng)S和抗力R表示的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程為：

當(dāng)R和S均符合正態(tài)分布的條件下：

表1 可靠度與失效概率的關(guān)系

當(dāng)功能函數(shù)為Z=R-S，R和S分別服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布時(shí)，中值安全系數(shù)k0與可靠指標(biāo)的關(guān)系為：

中值安全系數(shù)只與基本變量的平均值有關(guān)，而可靠性指標(biāo)不但與基本變量的平均值有關(guān)，而且與基本變量的標(biāo)準(zhǔn)差或變異系數(shù)相關(guān)，即與基本變量跟均值的離散程度相關(guān)。安全系數(shù)沒(méi)有概率意義。

表2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)

永久邊坡工程（一般工況）安全等級(jí)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.35、1.30、1.25。

采用前述公式計(jì)算：當(dāng)中值安全系數(shù)為1.30，可靠度指標(biāo)為3.2時(shí)，抗力和下滑力的變異系數(shù)的組合值為0.08。

這里可假設(shè)下滑力為定值，抗滑力主要由抗剪強(qiáng)度控制，根據(jù)大量的試驗(yàn)研究成果可知，滑動(dòng)面的等效內(nèi)摩擦角的標(biāo)準(zhǔn)差一般在2°～5°左右，這里取值2°，分析在中值安全系數(shù)下的可靠度。

由圖1可知：當(dāng)?shù)刃?nèi)摩擦角為30°的時(shí)候，滑坡中值安全系數(shù)條件下的剩余下滑力滿(mǎn)足可靠度3.2的要求，當(dāng)?shù)刃?nèi)摩擦角度小于30°時(shí)，由于變異系數(shù)的增大，會(huì)導(dǎo)致可靠度直線(xiàn)下降；因此若是采用試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算參數(shù)時(shí)，由于標(biāo)準(zhǔn)差一致的情況下，低角度下工程風(fēng)險(xiǎn)勢(shì)必加大。

圖1 等效內(nèi)摩擦角與可靠度的關(guān)系

2 滑坡剩余下滑力計(jì)算公式推導(dǎo)

滑坡的剩余下滑力計(jì)算是滑坡支擋設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，對(duì)工程造價(jià)影響大。在這里我們可以將滑坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式內(nèi)的參數(shù)分為形狀參數(shù)、強(qiáng)度參數(shù)、力學(xué)參數(shù)；采用高精度測(cè)量和合理適量的勘探工作可降低參數(shù)的變異系數(shù)；滑坡的力學(xué)參數(shù)主要包括外力參數(shù)和重力參數(shù)，這些量值也是可以被較為準(zhǔn)確地測(cè)量和計(jì)算的；而對(duì)剩余下滑力影響較大的是滑坡的強(qiáng)度參數(shù)，強(qiáng)度參數(shù)主要為粘聚力和內(nèi)摩擦角，這兩個(gè)參數(shù)主要表現(xiàn)在空間上的變異性，不同測(cè)試手段或不同測(cè)試人員的測(cè)試成果存在較大差異性，因此在現(xiàn)有的知識(shí)水平、方法手段上很難降低強(qiáng)度參數(shù)的變異性；

無(wú)論是圓弧形滑動(dòng)面、平面滑動(dòng)面、還是折線(xiàn)型滑動(dòng)面計(jì)算滑坡的穩(wěn)定系數(shù)，均是采用了形狀系數(shù)、力學(xué)參數(shù)和強(qiáng)度參數(shù)；而我們基于滑坡?tīng)顟B(tài)的反算的過(guò)程，推算出不同的強(qiáng)度參數(shù)，再正向計(jì)算剩余下滑力，這里僅以平面滑動(dòng)邊坡的剩余下滑力計(jì)算公式推導(dǎo)為例。

從上述平面滑動(dòng)公式可知，抗滑力受到形狀參數(shù)、力學(xué)參數(shù)和強(qiáng)度參數(shù)的組合影響，而滑動(dòng)力僅僅受形狀參數(shù)和力學(xué)參數(shù)的影響。

這樣計(jì)算的剩余下滑力可靠度有待驗(yàn)證，因此就需要測(cè)試滑坡土體的強(qiáng)度參數(shù)，看是否有弱化或強(qiáng)化的可能，由此需要分析力學(xué)參數(shù)是否有增加或減小的可能?；聫?qiáng)度參數(shù)的最關(guān)鍵影響因素就是水的作用，因此需做好水對(duì)滑坡強(qiáng)度參數(shù)影響的控制，采用建議的剩余下滑力計(jì)算和根據(jù)力學(xué)參數(shù)調(diào)整的局部修正可滿(mǎn)足滑坡支擋設(shè)計(jì)的需要。

3 動(dòng)態(tài)支護(hù)設(shè)計(jì)

動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)需要大量的監(jiān)測(cè)、技術(shù)人員投入等，且具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性，因此動(dòng)態(tài)支護(hù)設(shè)計(jì)需要人員技術(shù)水平高，且投入技術(shù)成本大，一般適用于大型或超大型滑坡。

4 工程案例

（1）川東某紅層軟弱夾層滑坡。由于形狀參數(shù)和力學(xué)參數(shù)的變異系數(shù)組合肯定可滿(mǎn)足小于0.08，因此計(jì)算剩余下滑力可為（1.35-1.00）＊3500=1225kN/m，即使考慮巖體滑坡可能為脆性破壞，將可靠度指標(biāo)取值調(diào)整為3.7，組合變異系數(shù)按照0.08計(jì)算，滑坡的穩(wěn)定安全系數(shù)提高0.05后，計(jì)算剩余下滑力為（1.40-1.00）＊3500=1400kN/m。

（2）某公路邊坡滑坡。某老滑坡主軸長(zhǎng)約155m，寬約110m，滑坡平均厚度約17m，體積約25萬(wàn)方左右，滑坡系以灰?guī)r為母巖的崩坡積、坡洪積體。

采用狀態(tài)計(jì)算一般工況剩余下滑力：

表3 一般工況下的剩余滑力

從該工程案例可知：采用反算強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算的剩余下滑力與采用本文建議的基于狀態(tài)的剩余下滑力計(jì)算結(jié)果基本一致。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)滑坡支擋設(shè)計(jì)較為重要的安全系數(shù)及剩余下滑力的分析和推導(dǎo)得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）滑坡的強(qiáng)度參數(shù)受試驗(yàn)取樣、實(shí)際空間差異性等因素的影響，變異性大，滑坡采用安全系數(shù)方法不能完全保證工程安全，建議采用可靠度理論作為滑坡設(shè)計(jì)的依據(jù)；

（2）滑坡的剩余下滑力的計(jì)算中，建議避開(kāi)變異系數(shù)大的強(qiáng)度參數(shù)，采用基于狀態(tài)的剩余下滑力計(jì)算公式，同時(shí)建議參考規(guī)程規(guī)范對(duì)該部分進(jìn)行調(diào)整；

（3）大型和超大型滑坡的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)其實(shí)是對(duì)形態(tài)的調(diào)整，經(jīng)濟(jì)性與風(fēng)險(xiǎn)性并存；

（4）巖質(zhì)滑坡可靠度指標(biāo)建議按照結(jié)構(gòu)的脆性破壞取值，同理可適量提高中值安全系數(shù)；

（5）工程案例表面采用新的計(jì)算公式計(jì)算剩余下滑力可實(shí)現(xiàn)過(guò)程清晰，結(jié)論簡(jiǎn)單可靠；

（6）本文所提供的思路可為滑坡支護(hù)設(shè)計(jì)提供借鑒。