直线形滑面边坡的识别与稳定性及支护力计算

方玉树

（1后勤工程学院，重庆401311；2岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室，重庆401311）

直线形滑面边坡的识别与稳定性及支护力计算

方玉树1,2

（1后勤工程学院，重庆401311；2岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室，重庆401311）

在实际边坡工程中，土层广布、岩质部分有外倾结构面的土岩组合边坡常常视为有土层超载的直线形滑面边坡，甚至填土沿基岩面滑动的土岩组合边坡、无外倾结构面的土质边坡和岩质边坡也视为直线形滑面边坡；直线形滑面边坡稳定性及支护力计算也常常只采用单块极限平衡法。该文对这些做法存在的问题进行了分析并提出建议。

直线形滑面；边坡；识别；稳定性计算；支护力计算

0　引言

边坡抗滑稳定性计算和支护力计算需要先确定滑面形态。在实际边坡工程中，土层广布、岩质部分有外倾结构面的土岩组合边坡常常视为有土层超载的直线形滑面边坡，其中位于外倾结构面上方的土质部分（其后边界为过外倾结构面上端的直立面）视为坡顶附加荷载，甚至填土沿基岩面滑动的土岩组合边坡、无外倾结构面的土质边坡和岩质边坡也视为直线形滑面边坡（这种情况出现在支护力计算中）；直线形滑面边坡稳定性及支护力计算也常常只采用单块极限平衡法，外倾结构面缓倾时滑块沿坡向的长度取值则有不同做法：一种是取整个直线形滑面上方块体长度，一种是取坡高的几分之一（如：取坡高的0.3～0.4倍），一种是取临界长度（边坡稳定系数为1时的长度）。本文详细分析了这些做法存在的问题并提出建议。

1　直线形滑面边坡识别存在的问题及建议

1.1土层广布、岩质部分有外倾结构面的土岩组合边坡

对土层广布、岩质部分有外倾结构面的土岩组合边坡，当岩质部分及其上覆土层（其后边界为过外倾结构面上端的直立面）沿外倾结构面滑动时，上覆土层后方土体一般不能保持稳定，后方土体的非稳定部分对前方土体有推力作用，因而对边坡抗滑稳定性有不利影响。因此，土层广布、岩质部分有外倾结构面的土岩组合边坡一般不是直线形滑面边坡。滑面中的岩质部分是直线形而土质部分应是上凹的曲线形，为便于计算，可取成与滑面直线段上端（内端）相切的圆弧形，最危险圆弧位置可通过搜索确定。当滑面直线段较陡（如：45°以上）时，因与滑面直线段上端（内端）相切的圆弧形接近于直线形，可近似地取成直线形。当上覆土层很薄（如：垂直厚度不超过2m且不超过坡高1/5）时，因其能够自稳或者非稳定部分因范围很小而对前方土体仅有很小的推力，可近似地将位于外倾结构面上方的土质部分视为坡顶附加荷载。总之，土层广布、岩质部分有外倾结构面的土岩组合边坡整体应视为非均质边坡，滑面应穿过土层且滑面整体不呈直线，对滑面的土质部分应采用土体抗剪强度指标，只有在上覆土层很薄时才可简化为有土层超载的直线形滑面边坡，不加区分地视为有土层超载的直线形滑面边坡可能导致稳定系数偏大，支护力偏小。

1.2填土沿基岩面滑动的土岩组合边坡

在实际边坡工程的支护力计算中，为能应用经典库伦土压力理论，填土沿基岩面滑动的土岩组合边坡视为直线形滑面边坡。这种做法不仅在支护力大小上与稳定系数需达到安全系数的要求矛盾，而且在滑面形态上也偏离实际过多[1]，因为基岩面大多有较大起伏而呈折线形。这种做法也与相应稳定性计算中的处理方式矛盾，在相应稳定性计算中，滑面多简化为折线形。因此，填土沿基岩面滑动的土岩组合边坡是否视为直线形滑面边坡应根据基岩面实际情况确定。

实际上，填土沿原地面滑动、原土沿基岩面滑动的边坡也未必是直线形滑面边坡，多是折线形滑面边坡。

因此，在支护力计算中，填土沿基岩面滑动的土岩组合边坡、填土沿原地面滑动的边坡和原土沿基岩面滑动的边坡，其滑面形态是采用折线形、直线形、圆弧形均应根据基岩面和土层层面实际形态最接近何种形态来确定。

顺便指出：

（1）一些标准[2-3]在支护力计算中除了将填土沿基岩面滑动的土岩组合边坡视为直线形滑面边坡外，还只给出基岩面倾角较大（不小于无限范围填土直线形滑面倾角）时的支护力计算公式而忽略基岩面倾角较小（小于无限范围填土直线形滑面倾角）情形，这种做法是不能保证安全的，当基岩面抗剪强度指标小于填土抗剪强度指标时，填土也可能沿倾角较小的基岩面滑动。

（2）基岩面和土层层面为外倾但倾角不是很大的平面时，土体滑动时的滑面可能一部分是基岩面和土层层面，另一部分在土体中。此时滑面整体不是直线形，其形态与本文1.1节所述岩质部分有外倾结构面的土岩组合边坡的滑面形态相当。

1.3无外倾结构面的土质边坡和岩质边坡

无外倾结构面的土质边坡和岩质边坡其滑面是典型的曲线，相对而言接近于圆弧形而不是直线形。岩土体中的滑面为直线意味着岩土体中各点的滑面倾角相同。因岩土体中各点大小主应力方向不同，各点滑面倾角相同是不可能的。因此，在实际边坡工程的支护力计算中，为能采用经典土压力理论将滑面视为直线的做法不仅在支护力大小上与稳定系数需达到安全系数的要求矛盾，而且在滑面形态上也偏离实际过多[1]。这种做法也与相应稳定性计算中的处理方式矛盾，在相应稳定性计算中，滑面一般简化为圆弧形。

2　直线形滑面边坡稳定性及支护力计算存在的问题及建议

在实际边坡工程中，直线形滑面边坡稳定性及支护力计算常常只采用单块极限平衡法，外倾结构面缓倾时滑块沿坡向的长度取值有如下几种做法：一种是取整个直线形滑面上方块体长度，一种是取坡高的几分之一（如：取坡高的0.3～0.4倍），一种是取临界长度（边坡稳定系数为1时的长度）。这几种做法都不恰当。

当结构面倾角较小时，滑体后缘有时没有到达结构面的上端，结构面上方的岩土体从中间拉开。这是因为：滑面粘聚力对厚度小的滑体的稳定性贡献很大，厚度小的滑体可能是稳定的。但不经过计算并不能确定结构面上方岩土体稳定部分与非稳定部分的边界位置。当推测的边界位置偏前时，因少算了一部分推力，支护力偏小；当推测的边界位置偏后时，因将负值推力计入，支护力也偏小。

滑块沿坡向的长度取整个直线形滑面上方块体长度的做法，可能因稳定部分与非稳定部分边界位置偏后而使支护力偏小；滑块沿坡向的长度取坡高的几分之一的做法，可能因稳定部分与非稳定部分边界位置偏前或偏后而使支护力偏小；因临界长度不代表稳定部分的长度（稳定对应着稳定系数不小于安全系数而不是1），滑块沿坡向的长度取临界长度的做法，因稳定部分与非稳定部分边界位置偏前而使支护力偏小。此外，当坡形较复杂、因岩性变化导致岩土体重度及结构面强度随位置变化时，对应于稳定系数等于安全系数的滑块长度也难以通过一个解析式求得。

因此，当结构面倾角较小时，单块刚体极限平衡法这种计算方式是不合适的，应采用条分法，此法能将土质滑体中的负值推力设定为0。但当滑面倾角很大时，岩土体中的稳定部分规模极小，忽略这部分的影响引起的误差很小。根据结构面内摩擦角一般小于45°但结构面上还有粘聚力起抗滑作用这一情况，滑面倾角大于45°时采用单块刚体极限平衡法引起的误差应较小。故建议当直线形滑面倾角不超过45°时采用条分法。值得注意的是，为减小误差，分条应足够多，但当在稳定性计算中发现某一条块的推力已大于0时，在简单地形条件下，该条块以下的岩土体可视为一个条块，不用再分条计算。

在某些情况下，边坡前部岩土体可能有更低的稳定系数。当需要求出边坡最小稳定系数时，可根据实际地形和变形开裂情况或通过搜索找出对应于最小稳定系数的滑体后缘边界。此时，无论滑面倾角如何，均可采用单块刚体极限平衡法。

应当指出，当前的直线形滑面边坡支护力计算，不仅存在条块划分的简单化问题，更存在支护力大小（无论是按主动土压力概念算出的还是按剩余下滑力概念算出的）与稳定系数达到安全系数的要求矛盾以及支护力大小本身自相矛盾的问题，对于后者，笔者已有文章[1,4,5]进行分析并提出建议。

3　结论

（1）稳定性和支护力计算时，土层广布、岩质部分有外倾结构面的土岩组合边坡整体应视为非均质边坡，滑面应穿过土层且滑面整体不呈直线，对滑面的土质部分应采用土体抗剪强度指标，只有在上覆土层很薄时才可简化为有土层超载的直线形滑面边坡，不加区分地视为有土层超载的直线形滑面边坡可能导致稳定系数偏大，支护力偏小。

（2）在支护力计算中，填土沿基岩面滑动的土岩组合边坡的滑面，不区分情况一律视为直线形是不恰当的，填土沿基岩面滑动的土岩组合边坡、填土沿原地面滑动的边坡和原土沿基岩面滑动的边坡，其滑面形态是采用折线形、直线形、圆弧形均应根据基岩面和土层层面实际形态最接近何种形态来确定。

（3）在支护力计算中，无外倾结构面的土质边坡和岩质边坡，其滑面视为直线形是不合适的，可简化为圆弧形。

（4）在直线形滑面边坡稳定性和支护力计算中，当结构面倾角较小时，采用单块刚体极限平衡法可能导致失稳范围偏大或偏小、支护力偏小，建议：除确定最小稳定系数的计算外，当直线形滑面倾角不超过45°时采用条分法。

[1]方玉树.边坡支护结构荷载取值问题研究[J].工程地质学报.2008（2）：190-195.

[2]建设部.GB50007-2011建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3]建设部.GB50330—2013建筑边坡工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[4]方玉树.滑坡支挡结构荷载取值问题研究[J].工程地质学报.2007（2）：200-204.

[5]方玉树.从平面滑动思考滑坡支挡结构荷载取值问题[J].工程勘察.2009（9）：7-8.

责任编辑：孙苏，李红

Recognition and Stability and Supporting Force Calculation of Slope with Linear Slip Surface

In practical slope engineering,the earth-rock combined slope,with widely spread soil and part of the rock with extroversion joint,is usually regarded as slope of linear slide surface with overloading soil,and even the earth-rock combined slope with filling soil sliding along the bedrock surface, soil slope without extroversion joint and rock slope are also viewed as linear slide surface.The single chunk limit equilibrium method is often applied to calculate the stability and supporting force of the linear slide surface.The existing problems in the method are analyzed with suggestions presented.

linear slide surface;slope;recognition;stability calculation;supporting force calculation

U416.1+4

A

1671-9107（2015）07-0032-02

10.3969／j.issn.1671-9107.2015.07.032

2015-06-15

方玉树（1958-），男，硕士，教授，国家注册土木工程师（岩土），主要从事与岩土体稳定有关的研究和勘察设计工作。