文章來(lái)源于公眾號(hào)：悠游2019，作者：成永剛，原文鏈接：論公路邊坡的安全系數(shù)
 

一、公路邊坡安全系數(shù)的應(yīng)用對(duì)象

巖土工程的單一安全系數(shù)法與基于可靠度的工程結(jié)構(gòu)分項(xiàng)系數(shù)法是不同的設(shè)計(jì)思路。

公路邊坡的安全系數(shù)實(shí)質(zhì)上是基于工程經(jīng)驗(yàn)的單一安全系數(shù)法，通過(guò)抗滑力與下滑力之間的比值大小來(lái)形象的說(shuō)明邊坡的穩(wěn)定度與可靠度，單一安全系數(shù)法適用于包含一些不可預(yù)估不利因素的設(shè)計(jì)對(duì)象。它在巖土工程設(shè)計(jì)中可將巖土工程中一切的不確定因素都包羅于安全系數(shù)之中。而這些不確定因素包括地質(zhì)條件認(rèn)知和參數(shù)選用偏差性、荷載（地震、水庫(kù)水位變化、爆破、暴雨等）作用的不確定性、工程施工時(shí)的可靠性、后期邊坡養(yǎng)護(hù)與環(huán)境邊坡引起的工程時(shí)效性、工程后果的嚴(yán)重性等多種因素。

工程結(jié)構(gòu)分項(xiàng)系數(shù)是基于可靠度理論的，是基于概率理論為基礎(chǔ)進(jìn)行的分析與設(shè)計(jì)。它要求荷載與抗力這兩個(gè)隨機(jī)變量與相應(yīng)的分布形態(tài)是明了的。因此，它有效應(yīng)用于材料性質(zhì)均勻或可控的鋼材、混凝土等形成的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而巖土材料由于存在多相性、離散性和變異性，導(dǎo)致其性質(zhì)極其復(fù)雜和影響因素眾多，故一般采用基于可靠度的分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)存在很大的局限性。

綜上，在邊坡等巖土工程計(jì)算中，宜盡量采用單一安全系數(shù)法，不宜選用分項(xiàng)系數(shù)法，這也是多年前曾經(jīng)的分項(xiàng)系數(shù)法在很多巖土體的不同行業(yè)、不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中應(yīng)用了一段時(shí)間后逐漸消失的原因。也就是說(shuō)，不同的設(shè)計(jì)對(duì)象性質(zhì)決定了所要采用的不同設(shè)計(jì)理論與方法，決定了所要采用的設(shè)計(jì)值與荷載組合。

二、公路邊坡安全系數(shù)的應(yīng)用方法

在邊坡工程中，安全系數(shù)的定義分為兩種形式，即下滑力的放大系數(shù)法和抗滑強(qiáng)度的折減法。

下滑力放大系數(shù)法，就是將坡體的“真實(shí)”下滑力T乘以安全系數(shù)K，人為加大坡體的下滑力至設(shè)計(jì)下滑力T'，繼而采用工程措施對(duì)其進(jìn)行平衡，確保邊坡達(dá)到一定的安全度儲(chǔ)備。即T'=K×T，即為顯式解。

抗滑強(qiáng)度的折減法，就是將構(gòu)成坡體巖土體的強(qiáng)度參數(shù)，c、tanφ除以一定的安全系數(shù)K形成折減強(qiáng)度c'、tanφ'，從而人為的減小坡體的抗滑力和增加坡體的下滑力，繼而采用工程措施對(duì)其進(jìn)行平衡，確保邊坡達(dá)到一定的安全度儲(chǔ)備。即c'=c/K，tanφ'=tanφ/K，即為陷式解。

安全系數(shù)的下滑力的放大系數(shù)法和抗滑強(qiáng)度的折減法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)，如果計(jì)算公式采用一個(gè)公式進(jìn)行計(jì)算，兩者之間的結(jié)論是沒(méi)有區(qū)別的。但如果算公式采用多個(gè)公式進(jìn)行迭代計(jì)算時(shí)，兩者之間的結(jié)論是存在差別的，且放大系數(shù)法顯式解是相對(duì)保守的。尤其是圓弧形滑面的圓心角越大、滑面傾角變化越大，兩者之間的差別越大。

但總的來(lái)說(shuō)，從計(jì)算的可靠性與合理性來(lái)說(shuō)，折減法的隱式解是優(yōu)于放大系數(shù)的顯式解的，這也是目前邊坡工程中傳統(tǒng)的傳遞系數(shù)法逐漸被強(qiáng)度折減法替代的原因。但有些規(guī)范禁止顯式解的傳遞系數(shù)應(yīng)是欠合理的，畢竟其在一定使用范圍內(nèi)也是可行的。

三、公路邊坡安全系數(shù)與工程的關(guān)系

由結(jié)構(gòu)面控制的邊坡，其滑面是通過(guò)地質(zhì)配套進(jìn)行勾繪的，故安全系數(shù)的變化不會(huì)影響滑面的形態(tài)，可以直接依據(jù)滑面進(jìn)行工程設(shè)置。但對(duì)均質(zhì)或類均質(zhì)坡體在采用圓弧搜索法進(jìn)行滑面確定時(shí)，是以最小安全系數(shù)控制的滑面作為處治滑面的。即進(jìn)行圓弧搜索法滑面確定時(shí)，坡體中不滿足工程安全要求的潛在滑面是多個(gè)的，但工程設(shè)置應(yīng)以安全系數(shù)最小的滑面進(jìn)行。只要基于最小安全系數(shù)的潛在滑面得以有效處治，就可確保其它潛在滑面的有效處治。這也就是說(shuō)，坡體的工程處治，不應(yīng)以下滑力最大的潛在滑面進(jìn)行工程處治，而應(yīng)以最小安全系數(shù)確定的滑面進(jìn)行工程處治。

四、公路邊坡的整體與局部安全系數(shù)

無(wú)論是均質(zhì)或類均質(zhì)的邊坡，還是結(jié)構(gòu)面控制的邊坡，抑或是具備以上兩種地質(zhì)條件的坡體結(jié)構(gòu)，坡體的穩(wěn)定性均存在局部安全系數(shù)最小的邊坡局部穩(wěn)定性和整體安全系數(shù)最小的邊坡整體穩(wěn)定性兩方面問(wèn)題，這是邊坡設(shè)計(jì)處治中所必須考慮的。依附于邊坡的潛在滑面或滑面的工程處治一定要兼顧這兩個(gè)方面的問(wèn)題，防止坡體出現(xiàn)“越頂”、“坐船”等情況的出現(xiàn)。

總的來(lái)說(shuō)，邊坡的安全系數(shù)及其衍生是一件“道可道，非常道。名可名，非常名。無(wú)名，萬(wàn)物之始；有名，萬(wàn)物之母。故常無(wú)欲，以觀其妙；常有欲，以觀其徼。此兩者同出而異名，同謂之玄。玄之又玄，眾妙之門”的事，對(duì)其的研究與應(yīng)用是一件其樂(lè)無(wú)窮的事。

作者：成永剛，博士，教高，注冊(cè)巖土工程師，中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)滑坡與工程邊坡分會(huì)理事，中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)非飽和土與特殊土專業(yè)委員會(huì)常務(wù)委員和交通巖土工程專業(yè)委員會(huì)委員，國(guó)際工程地質(zhì)協(xié)會(huì)會(huì)員，中國(guó)國(guó)家公路建設(shè)項(xiàng)目評(píng)標(biāo)專家，四川省交通運(yùn)輸專業(yè)人才教育專家。