《成永刚专栏》工程斜坡不同工况计算中的荷载和参数探讨*

文章来源于公众号：悠游2019，原文链接：工程斜坡不同工况计算中的荷载和参数探讨*
 

在不同的行业规范中，对工程斜坡的下滑力计算中分别规定了不同工况下的荷载组合计算。总的来说有天然工况、暴雨工况、地震工况、暴雨+地震工况和库水位变化工况五大类。

由于不同的规范之间，或同一规范的不同章节之间对不同工况下的荷载或相关参数存在不同的解释，甚至是存在相互冲突与矛盾的解释，抑或是没有解释说明，造成技术人员在下滑力计算时往往难以合理选用，直接导致计算结果千差万别，甚至是严重脱离实际而无法应用。

1、天然工况

该工况为正常工况，即坡体在长时间未降雨等的稳定地下水位情况下的坡体稳定性计算。

1）容重：对于透水性介质，地下水位以上岩土体取天然容重，地下水位以下岩土体取浮容重。

2）滑面参数试验指标：滑面位于地下水以上时，滑面参数依据滑坡所处的稳定状态选取相应含水状态下的相应剪切试验指标；滑面位于地下水以下时，滑面参数依据滑坡所处的稳定状态选取饱和状态下的相应剪切试验指标。

3）滑面参数反算指标：滑面体无论位于是否位于地下水位哪个部位，均可通过依据滑坡的稳定状态将水的不利作用“打包”进行滑面参数反算。这种算法虽然较为粗犷，但只要合理选用滑坡的稳定性，以及合理的应用滑坡的“三段论”理论，在真实的“1:1”滑坡计算模型下，其计算结果往往反而往往比试验指标更为可靠。

2、暴雨工况

该工况为非正常工况，即坡体在长时间的降雨或暴雨情况下，坡体地下水位上升幅度较大或坡体含水量增加较大情况下的坡体稳定性计算。

容重、滑面参数的选用同天然工况，但在此需要说明工程实践计算中需注意的关键环节。

1）容重：地下水位上升或降雨浸润地表附近岩土体时，滑体从下向下往往分为三个不同容重的段落，即变化后的地下水位造成部分滑体演变为饱和容重，地表附近一定深度范围内的岩土体受降雨浸润后，滑体含水率出现不同程度的提高，甚至局部饱和，以及滑体中部没有受到地下水位上升和降雨下渗影响的原状滑体。

因此，滑体的容重应依据滑体含水率的变化而合理取值，切不可在暴雨工况下将整个滑体的容重都选用饱和容重。否则将可能造成滑坡下滑力的人为严重夸大。

2）滑面参数指标：滑面应依据地下水位变化以后所处的位置，合理选用不同状态下的剪切试验指标。此外，考虑到需要处治的滑坡基本为处于欠稳定的工程斜坡，故滑面参数仍可依据滑坡的稳定状态将水的不利作用“打包”进行滑面参数反算。

但需要说明的是，工程实践中由于很难在连续降雨和暴雨后去测得水位线，因此，往往多会依据合理的工程经验将粘聚力C与内摩擦角Φ适当折减进行选用。如粘聚力C往往折减5~10KPa,内摩擦角Φ折减0.5～1.5度。

3、地震工况

该工况为非正常工况，即坡体在长时间未降雨等的稳定地下水位情况下，坡体在设防地震烈度状态下的坡体稳定性计算。

容重、滑面参数的选用同天然工况，但在此需要说明工程实践计算中需注意的关键环节。

地震对工程斜坡的不利影响主要体现在水平地震力和竖向地震力对坡体稳定性的影响，以及地震液化、滑面含水率升高等不利影响。但在工程实践中，往往将滑坡假定为刚体进行计算，即忽略一切其它因素的情况下，只考虑地震对下滑力“增大”的拟静力法作用。

因此，在现有规范条件下的工程计算时，只要额外附加上地震力对工程斜坡的影响系数即可。

4、地震+暴雨工况

该工况为特殊+特殊的非正常工况，只可能在被保护对象相当重要、工程斜坡失稳会产生特别严重后果的情况下应用，这在公路、铁路、市政等绝大多数行业中几乎没有应用。但或许在核电站核心区、国防等特别重要的工程斜坡中有所考虑吧。

关于它该工况下的滑体容重和滑面参数，可结合以上的暴雨工况+地震工况选用。

5、库水位变化工况

该工况主要应用于存在水库蓄水位不断变化，以及沿海、沿河水位变化时对工程斜坡的稳定性影响。

1）容重：要对滑体依据最不利水位，即设防最高水位情况下的水位线，合理选用饱和容重、浮容重或天然容重进行计算。

2）滑面参数：滑面参数的试验指标和反算指标同天然工况计算，但要注意依据设防的最高水位进行最不利情况下的参数选用。

6、《公路路基设计规范》中的3.7.6条文中要求，计算非正常工况Ⅱ（地震工况）时，边坡岩土体参数用饱水状态下的参数，同时要考虑地震等特殊荷载是否合理？

地震工况叠加暴雨工况是极其罕见的工况，这对于有效使用年限为100年的公路路基工程来说，是欠合理的，更可能是一个笔误。
因为，该罕遇工况将会造成即天然工况，暴雨工况（非正常工况）没有存在的意义。而这种罕遇工况，或许在核电站等极其重要的工程中进行核算吧。

以上是对不同工况下的滑坡参数选用分析探讨，贯彻的是岩土工程是以定性分析为基础，定量分析为手段的概念设计理念与原则。即在岩土工程一定要首先建立合理的地质模型和概念模型，方能确保计算和数值模拟模型的可靠性。既要防止完全理论化，事无巨细不能抓住重点式的理论计算，也要避免完全经验化，过分简化造成计算结果与实际不符的经验判断。否则一旦定性分析出现较大的偏差，那计算或模拟分析就可能沦为了数字游戏。希望以上的工程斜坡不同工况计算中的荷载和参数的定性探讨，能为大家在相关计算中提供有益的参考。

作者：成永刚，博士，教高，注册岩土工程师，中国岩石力学与工程学会滑坡与工程边坡分会理事，中国土木工程学会非饱和土与特殊土专业委员会常务委员和交通岩土工程专业委员会委员，国际工程地质协会会员，中国国家公路建设项目评标专家，四川省交通运输专业人才教育专家。