文章來源于公眾號：悠游2019，原文鏈接：工程斜坡不同工況計算中的荷載和參數(shù)探討*
 

在不同的行業(yè)規(guī)范中，對工程斜坡的下滑力計算中分別規(guī)定了不同工況下的荷載組合計算�？偟膩碚f有天然工況、暴雨工況、地震工況、暴雨+地震工況和庫水位變化工況五大類。

由于不同的規(guī)范之間，或同一規(guī)范的不同章節(jié)之間對不同工況下的荷載或相關(guān)參數(shù)存在不同的解釋，甚至是存在相互沖突與矛盾的解釋，抑或是沒有解釋說明，造成技術(shù)人員在下滑力計算時往往難以合理選用，直接導致計算結(jié)果千差萬別，甚至是嚴重脫離實際而無法應(yīng)用。

1、天然工況

該工況為正常工況，即坡體在長時間未降雨等的穩(wěn)定地下水位情況下的坡體穩(wěn)定性計算。

1）容重：對于透水性介質(zhì)，地下水位以上巖土體取天然容重，地下水位以下巖土體取浮容重。

2）滑面參數(shù)試驗指標：滑面位于地下水以上時，滑面參數(shù)依據(jù)滑坡所處的穩(wěn)定狀態(tài)選取相應(yīng)含水狀態(tài)下的相應(yīng)剪切試驗指標；滑面位于地下水以下時，滑面參數(shù)依據(jù)滑坡所處的穩(wěn)定狀態(tài)選取飽和狀態(tài)下的相應(yīng)剪切試驗指標。

3）滑面參數(shù)反算指標：滑面體無論位于是否位于地下水位哪個部位，均可通過依據(jù)滑坡的穩(wěn)定狀態(tài)將水的不利作用“打包”進行滑面參數(shù)反算。這種算法雖然較為粗獷，但只要合理選用滑坡的穩(wěn)定性，以及合理的應(yīng)用滑坡的“三段論”理論，在真實的“1:1”滑坡計算模型下，其計算結(jié)果往往反而往往比試驗指標更為可靠。

2、暴雨工況

該工況為非正常工況，即坡體在長時間的降雨或暴雨情況下，坡體地下水位上升幅度較大或坡體含水量增加較大情況下的坡體穩(wěn)定性計算。

容重、滑面參數(shù)的選用同天然工況，但在此需要說明工程實踐計算中需注意的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1）容重：地下水位上升或降雨浸潤地表附近巖土體時，滑體從下向下往往分為三個不同容重的段落，即變化后的地下水位造成部分滑體演變?yōu)轱柡腿葜兀�地表附近一定深度范圍�?nèi)的巖土體受降雨浸潤后，滑體含水率出現(xiàn)不同程度的提高，甚至局部飽和，以及滑體中部沒有受到地下水位上升和降雨下滲影響的原狀滑體。

因此，滑體的容重應(yīng)依據(jù)滑體含水率的變化而合理取值，切不可在暴雨工況下將整個滑體的容重都選用飽和容重。否則將可能造成滑坡下滑力的人為嚴重夸大。

2）滑面參數(shù)指標：滑面應(yīng)依據(jù)地下水位變化以后所處的位置，合理選用不同狀態(tài)下的剪切試驗指標。此外，考慮到需要處治的滑坡基本為處于欠穩(wěn)定的工程斜坡，故滑面參數(shù)仍可依據(jù)滑坡的穩(wěn)定狀態(tài)將水的不利作用“打包”進行滑面參數(shù)反算。

但需要說明的是，工程實踐中由于很難在連續(xù)降雨和暴雨后去測得水位線，因此，往往多會依據(jù)合理的工程經(jīng)驗將粘聚力C與內(nèi)摩擦角Φ適當折減進行選用。如粘聚力C往往折減5~10KPa,內(nèi)摩擦角Φ折減0.5～1.5度。

3、地震工況

該工況為非正常工況，即坡體在長時間未降雨等的穩(wěn)定地下水位情況下，坡體在設(shè)防地震烈度狀態(tài)下的坡體穩(wěn)定性計算。

容重、滑面參數(shù)的選用同天然工況，但在此需要說明工程實踐計算中需注意的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

地震對工程斜坡的不利影響主要體現(xiàn)在水平地震力和豎向地震力對坡體穩(wěn)定性的影響，以及地震液化、滑面含水率升高等不利影響。但在工程實踐中，往往將滑坡假定為剛體進行計算，即忽略一切其它因素的情況下，只考慮地震對下滑力“增大”的擬靜力法作用。

因此，在現(xiàn)有規(guī)范條件下的工程計算時，只要額外附加上地震力對工程斜坡的影響系數(shù)即可。

4、地震+暴雨工況

該工況為特殊+特殊的非正常工況，只可能在被保護對象相當重要、工程斜坡失穩(wěn)會產(chǎn)生特別嚴重后果的情況下應(yīng)用，這在公路、鐵路、市政等絕大多數(shù)行業(yè)中幾乎沒有應(yīng)用。但或許在核電站核心區(qū)、國防等特別重要的工程斜坡中有所考慮吧。

關(guān)于它該工況下的滑體容重和滑面參數(shù)，可結(jié)合以上的暴雨工況+地震工況選用。

5、庫水位變化工況

該工況主要應(yīng)用于存在水庫蓄水位不斷變化，以及沿海、沿河水位變化時對工程斜坡的穩(wěn)定性影響。

1）容重：要對滑體依據(jù)最不利水位，即設(shè)防最高水位情況下的水位線，合理選用飽和容重、浮容重或天然容重進行計算。

2）滑面參數(shù)：滑面參數(shù)的試驗指標和反算指標同天然工況計算，但要注意依據(jù)設(shè)防的最高水位進行最不利情況下的參數(shù)選用。

6、《公路路基設(shè)計規(guī)范》中的3.7.6條文中要求，計算非正常工況Ⅱ（地震工況）時，邊坡巖土體參數(shù)用飽水狀態(tài)下的參數(shù)，同時要考慮地震等特殊荷載是否合理？

地震工況疊加暴雨工況是極其罕見的工況，這對于有效使用年限為100年的公路路基工程來說，是欠合理的，更可能是一個筆誤。
因為，該罕遇工況將會造成即天然工況，暴雨工況（非正常工況）沒有存在的意義。而這種罕遇工況，或許在核電站等極其重要的工程中進行核算吧。

以上是對不同工況下的滑坡參數(shù)選用分析探討，貫徹的是巖土工程是以定性分析為基礎(chǔ)，定量分析為手段的概念設(shè)計理念與原則。即在巖土工程一定要首先建立合理的地質(zhì)模型和概念模型，方能確保計算和數(shù)值模擬模型的可靠性。既要防止完全理論化，事無巨細不能抓住重點式的理論計算，也要避免完全經(jīng)驗化，過分簡化造成計算結(jié)果與實際不符的經(jīng)驗判斷。否則一旦定性分析出現(xiàn)較大的偏差，那計算或模擬分析就可能淪為了數(shù)字游戲。希望以上的工程斜坡不同工況計算中的荷載和參數(shù)的定性探討，能為大家在相關(guān)計算中提供有益的參考。

作者：成永剛，博士，教高，注冊巖土工程師，中國巖石力學與工程學會滑坡與工程邊坡分會理事，中國土木工程學會非飽和土與特殊土專業(yè)委員會常務(wù)委員和交通巖土工程專業(yè)委員會委員，國際工程地質(zhì)協(xié)會會員，中國國家公路建設(shè)項目評標專家，四川省交通運輸專業(yè)人才教育專家。