顺层滑移型边坡安全系数取值探讨

曾中林 刘贵应

(1.中南大学土木建筑学院，湖南长沙 410075; 2.中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司，重庆 400023)

1 概述

自然界中具有层状构造的沉积岩约占陆地面积的2/3，中国占77.3%，许多变质岩也具有层状构造，所以在人类工程活动中会遇到大量的层状岩体稳定问题。特别是在山区修建铁路、公路以及市政工程过程中，不可避免地要出现大量挖方工程，顺层岩石路堑边坡失稳滑动形成的顺层滑坡极为常见。顺层滑坡失稳给社会造成了大量的生命财产损失，为治理顺层滑坡也投入了大量的人力、物力和财力［1］。

影响顺层边坡稳定的主要因素是岩层的倾角大小、层面的抗剪强度［2］。由于勘察过程中不可避免存在误差，对顺层边坡稳定性评价和相应的处治措施造成较大的影响，可能造成对边坡稳定性评价与实际相反的结论，造成工程的破坏或投资的浪费。本文对顺层滑移型边坡治理安全系数取值进行了探讨。

2 顺层滑移型边坡稳定系数

滑面为单一平面的顺层滑移型岩质边坡(见图1)，其稳定系数为［3-5］：

其中，K0为边坡稳定系数;W为单宽滑体重量;α为顺层倾角;c，φ分别为滑面粘聚力、滑面摩擦角;L为滑面长度。

图1 顺层滑移型边坡示意图

3 顺层滑移型边坡安全系数取值

当边坡稳定系数小于1时，这时的边坡需要进行治理，否则边坡会失稳。治理措施包括顺层清方、削方减载、改善滑面力学性质和设置支挡措施等。现以设置支挡措施为例，分析顺层滑移型边坡安全系数取值问题。

在理论情况下，边坡稳定系数达到1，边坡即处于稳定状态。当边坡稳定系数小于1时，边坡产生的剩余推力为：

即在理论情况下，提供与边坡产生的剩余推力相当的阻力即可使边坡处于稳定状态。

在实际工程中，计算边坡稳定性需要的参数总是存在误差，对边坡稳定性评价造成影响，因此要求边坡稳定达到一定的安全系数。如平面滑动法安全系数：一级边坡1.35、二级边坡1.30、三级边坡1.25［4］。考虑误差时，需要提供的支挡阻力为：

当F'=F时，既保证了边坡的稳定性，也是最为经济的情况;当F'＞F时，保证了边坡的稳定性，但会增加投资，造成浪费;当F'＜F时，边坡处于失稳状态，对工程造成破坏，造成生命财产损失，这种情况是需要杜绝的。因此，对于边坡工程，要求F'－F≥0，即：

化解式(4)得：

从式(5)可以看出，安全系数的取值受顺层倾角、滑面摩擦角绝对值的影响，也受顺层倾角和滑面抗剪强度误差的影响。当测得的顺层倾角大于实际值时 值可取小值 实际上这种情况是偏于安全的);当测得的顺层倾角小于实际值时，K值需取大值，误差越大，需要的安全系数越大。当滑面摩擦角取值大于实际值时，K值需取较大值;当滑面摩擦角小于实际值时，K值可取较小值。滑体的平均厚度也会影响安全系数的取值，即滑体平均厚度越小，安全系数取值要求越大;滑体平均厚度越大，安全系数可取小值，工程实践中对安全系数的取值通常也是这样处理的。举例见表1。

表1 安全系数取值计算表

根据分析，边坡安全系数取值受顺层倾角误差影响较大，因此在对顺层边坡进行倾角测量时，应力求准确，减少误差;由于规范对安全系数取值有规定，在对顺层倾角取统计值时，可取测量数据中的较大值。滑面力学参数的取得，一般通过现场大剪试验、室内反算、室内试验和地区同类顺层经验数据确定。对于切层顺层边坡工程，难以通过室内试验和反算确定滑面力学参数。由于现场大剪试验难度大，花费高，因此在实际工程中更多采用经验法确定顺层滑面力学参数，造成的误差较大，对滑坡稳定性评价影响大，甚至造成相反的结论。因此，对于大型顺层滑坡，应以现场大剪试验为主，结合经验法确定滑面力学参数，并根据工程重要性程度选取适当的安全系数;对于小型顺层滑坡，在以经验法为主确定滑面力学参数时，应取较大的安全系数。

4 工程实例

西南地区某经济开发区场地平整工程，岩层为砂岩夹泥岩，砂岩为巨厚层。场地平整后形成上下两级场坪，高差32 m。上级场坪长300 m，宽150 m，面积45 000 m2，场坪排水坡度4%。岩层倾向线与切坡线近垂直，单面临空。施工图勘察报告提供的参数为：顺层倾角α=18°，滑面摩擦角及粘聚力分别为φ=18°，c= 20 kPa，砂岩容重γ=25 kN/m3。施工图设计采用坡脚设置12 m悬臂抗滑桩间挡土墙，桩顶以上边坡10 m一级，边坡坡度1∶0.75，级间设2 m宽平台。根据勘察报告，砂岩与泥岩接触面在上下两级场坪间边坡下部距坡脚5.0 m处出露。边坡重要性等级为一级，设计安全系数取值1.35。根据地勘报告提供参数及边坡开挖形式，考虑场坪形成后地面荷载30 kN/m2，顺砂泥岩接触面滑动顺层边坡稳定系数为1.26(不考虑地面荷载为1.28)，小于要求的安全系数1.35。设计滑坡推力620 kN/m，采用2.00 m×2.75 m抗滑桩间挡土墙加固，桩间距5 m，边坡采用锚杆框架梁防护。在施工阶段，在完成抗滑桩施工并开挖形成下级场坪时，边坡在暴雨后发生顺层滑动，实际滑动面在坡脚以上2.5 m，实测顺层倾角21°。在顺层滑动后部，可见较大水流渗出。上级场坪顺层清方后，宽度由设计的 减为 可利用的范围更小造成了巨大的经济损失。

根据实测顺层倾角计算，该顺层边坡稳定系数为1.03，由于边坡在加固后仍然发生滑动破坏，表明地勘所提供的滑面力学参数偏大，存在偏危险的误差。

在本例中，存在几方面的问题：1)在勘察阶段顺层倾角测量存在较大的偏于危险(采用值小于实测值)的误差，对边坡稳定性评价造成较大影响;2)在施工阶段未对顺层倾角进行复测，特别是在抗滑桩井开挖过程中应该揭示到砂泥岩接触面而未出露时未引起足够重视，如此时开挖个别桩井到砂泥岩接触面出露并进行相应的修正和采取相应的工程措施，则可最大程度避免滑面倾角误差造成的影响;3)在确定滑面力学参数时，仅按经验法确定，存在较大误差;4)在采用滑面力学参数时，未考虑由于大面积场坪开挖后对地表水、地下水渗流路径改变造成的滑面力学参数弱化的影响。

5 结语

1)顺层滑移型边坡安全系数的取值受顺层倾角、滑面摩擦角绝对值的影响，也受顺层倾角和滑面抗剪强度误差的影响。顺层倾角、滑面摩擦角对安全系数取值的影响程度，与顺层倾角相对误差和滑面摩擦角相对误差相关。

2)当测得的顺层倾角大于实际值时，安全系数K值可取小值(实际上这种情况是偏于安全的);当测得的顺层倾角小于实际值时，K值需取大值，误差越大，需要的安全系数越大。

3)当滑面摩擦角取值大于实际值时，安全系数K值需取较大值;当滑面摩擦角小于实际值时，K值可取较小值。

4)滑体的平均厚度也会影响安全系数的取值，即滑体平均厚度越小，安全系数取值要求越大;滑体平均厚度越大，安全系数可取小值。

5)在考虑顺层滑移型边坡安全系数取值时，对于大型顺层滑坡，应以现场大剪试验为主，结合经验法确定滑面力学参数，并根据工程重要性程度选取适当的安全系数;对于小型顺层滑坡，在以经验法为主确定滑面力学参数时，应取较大的安全系数。

6)在工程施工过程中，应加强对滑面倾角及滑面力学参数的检验，根据实际情况作相应的修正，并提供给设计做出相应的处治措施。

［1］ 王恭先.滑坡防治工程措施的国内外现状［J］.中国地质灾害与防治学报，1998，9(1)：1-9.

［2］ 成永刚，王玉峰.层面倾角对顺层岩质滑坡贡献率研究［J］.岩土力学，2011，32(12)：3708-3712.

［3］ 陈祖煜，汪小刚，杨 健，等.岩质边坡稳定分析——原理、方法、程序［M］.北京：中国水利水电出版社，2005.

［4］ GB 50330-2002，建筑边坡工程技术规范［S］.

［5］ GB 50021-2001，岩土工程勘察规范［S］.