從某工程遭遇的尷尬看當前的邊坡抗滑支護設計方法

從某工程遭遇的尷尬看當前的邊坡抗滑支護設計方法

方玉樹

（后勤工程學院，重慶 400041）

提 要：某邊坡工程，加固設計方和加固方案評估方采用相同的參數，執行相同的規范，卻得出工程安全和不安全兩個相反的結論。之所以出現這種局面，就是因為規范內部在邊坡與滑坡抗滑支護（加固）設計方法存在矛盾和問題。當前，在我國工程界，邊坡抗滑支護結構巖土荷載取土壓力理論中的主動土壓力，有時也取它與傳遞系數法中剩余下滑力的較大值；滑坡抗滑支護結構巖土荷載計算取剩余下滑力，有時也取它與主動土壓力的較大值。本文對這種巖土荷載取值方法存在的問題進行了分析，提出了按抗滑穩定性計算公式反算的方法，該方法能彌補現行巖土荷載取值方法的不足。

關鍵詞：邊坡 滑坡  抗滑支護結構巖土荷載  剩余下滑力  主動土壓力  抗滑穩定性計算 反算

0  引   言

不久前某邊坡工程遭遇了尷尬。該邊坡是房屋建設場地環境巖質邊坡，受外傾裂隙控制。設計采用錨桿擋墻支護。因施工單位未按設計要求施工，經鑒定，需要對邊坡工程進行加固。加固設計單位采用的加固方案是增加錨索錨桿，加固施工圖已通過審查。此后，某單位受業主委托對該加固方案進行安全性評估，評估結果是多個加固地段不滿足要求，加固方案不能保證邊坡安全，需要重做加固設計。加固設計方不同意加固方案評估方的結論，認為加固設計完全按相關標準進行，加固方案不存在安全問題，不應調整。加固方案評估方也不同意加固設計方的答復意見，認為加固方案評估完全按相關規范進行，加固方案確實存在安全問題。因雙方各執己見，邊坡工程加固一時處于停滯狀態。加固設計方和加固方案評估方采用相同的數據，執行相同的標準，卻得出相反的結論。

之所以出現這種局面，就是因為標準內部在邊坡與滑坡抗滑支護（加固）設計方法上存在問題。

在我國工程界，邊坡抗滑支護結構巖土荷載取土壓力理論中主動土壓力，有時也取它與傳遞系數法中剩余下滑力（實際計算或者計算軟件中往往取其水平分力）的較大值；滑坡抗滑支護結構巖土荷載計算取剩余下滑力（實際計算或者計算軟件中往往取其水平分力），有時也取它（實際計算或者計算軟件中往往取其水平分力）與主動土壓力的較大值。對分項系數設計法（如抗滑樁），當以主動土壓力為抗滑支護結構巖土荷載時，主動土壓力視為荷載標準值，荷載分項系數取1.35左右；當以剩余下滑力或其水平分力為抗滑支護結構巖土荷載時，剩余下滑力或其水平分力視為荷載設計值。對單一安全系數設計法（如重力式擋墻），當以主動土壓力為抗滑支護結構巖土荷載時，取較高的安全系數；當以剩余下滑力或其水平分力為抗滑支護結構巖土荷載時，取較低的安全系數。

本文分析上述抗滑支護結構巖土荷載取值方法存在的問題，提出按抗滑穩定性計算公式反算法。

因傳遞系數法之滑動力調整法的抗滑穩定系數定義不具有普適性，在涉及傳遞系數法時，本文只采用傳遞系數法之抗滑力調整法，但本文指出的以剩余下滑力為巖土荷載存在的問題在采用傳遞系數法之滑動力調整法計算剩余下滑力時也存在。

1  以主動土（巖）壓力或剩余下滑力為巖土荷載存在的問題

1.1 以主動土（巖）壓力或剩余下滑力為巖土荷載與邊坡和滑坡抗滑穩定性計算結果不匹配

當不考慮非結構類措施時，是否需要對某一邊坡或滑坡進行抗滑支護取決于這一邊坡的抗滑穩定性，當其抗滑穩定性滿足要求時，不需要對邊坡進行抗滑支護；當其抗滑穩定性不滿足要求時，需要對邊坡進行抗滑支護。當用抗滑穩定系數表示抗滑穩定性時，這個要求是一個大于1的抗滑穩定系數規定值（工程界稱之為抗滑穩定安全系數）。

邊坡或滑坡抗滑加固亦是如此。當不考慮非結構類措施時，是否需要對某一經抗滑支護的邊坡或滑坡進行抗滑加固取決于這一邊坡或滑坡的抗滑穩定性，當其抗滑穩定性滿足要求時，不需要對邊坡或滑坡進行抗滑加固；當其抗滑穩定性不滿足要求時，需要對邊坡或滑坡進行抗滑加固。當用抗滑穩定系數表示抗滑穩定性時，這個要求是一個大于1的抗滑穩定系數規定值（工程界稱之為抗滑穩定安全系數）。

然而，以主動土（巖）壓力或剩余下滑力為巖土荷載與支護前后邊坡或滑坡抗滑穩定性計算結果是不匹配的。

1.以主動土壓力為巖土荷載與邊坡抗滑穩定性計算結果不匹配的情況

主動土壓力建立在土體極限平衡基礎上，相當于以1為抗滑穩定安全系數（因此主動土壓力公式不含邊坡抗滑穩定安全系數符號）。當抗滑穩定系數未達到要求但不小于1時，對應于同一個滑面的主動土（巖）壓力小于或等于0。具體地說，抗滑穩定系數等于1時，對應于同一個滑面的主動土（巖）壓力等于0；抗滑穩定系數大于1時，對應于同一個滑面的主動土（巖）壓力小于0。當抗滑穩定系數小于1時，對應于同一個滑面的主動土（巖）壓力雖大于0，但小于抗滑穩定性滿足要求所需的支護力值。

例如：當直線形滑面內摩擦角等于傾角、粘聚力為0時，抗滑穩定系數等于1，主動土（巖）壓力等于0；當直線形滑面內摩擦角大于傾角而粘聚力為0或內摩擦角等于傾角而粘聚力大于0時，抗滑穩定系數大于1，主動土（巖）壓力小于0。這一點從下列沿緩傾的外傾軟弱結構面滑動的邊坡主動巖石壓力公式可以看得很清楚：

在主動土（巖）壓力為0或為負值的情況下，將主動土（巖）壓力乘以多大的增大系數也改變不了主動土（巖）壓力為0或為負值這個狀況。根據主動土（巖）壓力計算結果，這些需要進行抗滑支護的邊坡變成了不需要進行抗滑支護的邊坡。

主動土（巖）壓力為0或為負值時，巖土荷載與邊坡抗滑穩定性計算結果不匹配給邊坡工程帶來安全隱患；主動土（巖）壓力大于0時，雖然巖土荷載小于抗滑穩定性滿足要求所需的支護力值，但巖土荷載與邊坡抗滑穩定性計算結果的這種不匹配，是否給邊坡工程帶來安全隱患不易做出評判，原因在于：若支護結構本身相對于所需承擔的巖土荷載而言有較高安全度，其提供的支護力極限值不僅明顯大于主動土（巖）壓力，并可能達到或超過抗滑穩定性滿足要求所需的支護力值。但根據相關規范的規定，在計入支護力的邊坡抗滑穩定性計算中，支護力值取巖土荷載標準值，這樣，計算結果總是顯示抗滑穩定性不滿足要求。當然，如果支護力極限值仍小于抗滑穩定性滿足要求所需的支護力值，邊坡工程將有安全隱患。實際巖質邊坡工程中，設計人不僅計算沿外傾結構面滑動的主動巖石壓力，還計算以巖體等效內摩擦角為巖體強度參數的主動巖石壓力，而后者總是大于0。如此設計時，即使沿外傾結構面滑動的主動巖石壓力為0或為負值，邊坡主動巖石壓力為0或為負值的情況也不存在。若以巖體等效內摩擦角為巖體強度參數的主動巖石壓力過小造成相應支護力極限值小于抗滑穩定性滿足要求所需的支護力值，那么邊坡工程將有安全隱患；若與巖體等效內摩擦角為巖體強度參數的主動巖石壓力對應的支護力極限值大于抗滑穩定性滿足要求所需的支護力值，那么邊坡工程是否有安全隱患不易做出評判。

根據相關規范的規定，不計支護結構前方滑體抗力時，對滑坡用傳遞系數法計算剩余下滑力并將此與主動土壓力作比較取大值做抗滑支護結構巖土荷載的做法。當主動土壓力為大值時，主動土壓力為巖土荷載與滑坡抗滑穩定性計算結果不匹配的情況與主動土壓力為巖土荷載與邊坡抗滑穩定性計算結果不匹配的情況相同。

2.以剩余下滑力為巖土荷載與滑坡抗滑穩定性計算結果不匹配的情況

雖然剩余下滑力計算是在抗滑穩定系數等于抗滑穩定安全系數的條件下得到的，但以剩余下滑力為巖土荷載仍與滑坡抗滑穩定性計算結果不匹配，具體情況有兩種：

（1）支護結構提供的抗力（支護力）方向不與剩余下滑力方向平行造成不匹配

剩余下滑力方向傾角是滑面傾角，剩余下滑力與滑面傾斜線平行。當支護結構提供的抗力（支護力）與剩余下滑力方向平行且支護結構前方無滑體抗力時，剩余下滑力就是用傳遞系數法衡量滑坡抗滑穩定性時維持滑坡穩定所需提供的支護力，也就是說，支護結構前方無滑體抗力時，在與剩余下滑力大小相等、方向相反的支護力作用下，滑坡抗滑穩定系數剛好等于抗滑穩定安全系數。

但是，支護力方向一般是不與剩余下滑力平行的，如：豎直抗滑樁的支護力方向為水平向，重力式擋墻和錨桿擋墻的支護力方向在不計墻背摩擦力時為墻背法向，噴錨的支護力方向是錨桿軸向。只有在支護結構為斜撐體且斜撐體軸向與剩余下滑力方向平行時，支護力方向才與剩余下滑力方向平行。當支護結構前方無滑體抗力但支護力方向不與剩余下滑力平行時，剩余下滑力值就不是用傳遞系數法衡量滑坡抗滑穩定性時維持滑坡穩定所需提供的支護力值。

因此，當支護結構前方無滑體抗力但支護力方向不與剩余下滑力平行時，用剩余下滑力做抗滑支護結構巖土荷載是與滑坡抗滑穩定性計算結果不匹配的。

設計抗滑樁時，很多設計人員用剩余下滑力的水平分力做抗滑支護結構巖土荷載，顯然，這更與滑坡抗滑穩定性計算結果不匹配。

巖土荷載與滑坡抗滑穩定性計算結果的這種不匹配，既有可能給滑坡治理工程帶來安全隱患，也有可能給滑坡治理工程造成浪費，原因在于：若支護結構本身相對于所需承擔的巖土荷載而言有較高安全度，其提供的支護力極限值將明顯大于剩余下滑力。但根據現行規范的相關規定，在計入支護力的滑坡抗滑穩定性計算中，支護力值取巖土荷載標準值，這樣計算結果總是顯示抗滑穩定性不滿足要求。

（2）抗滑穩定性計算采用傳遞系數法以外的方法造成不匹配

工程界在計算治理前后滑坡穩定性時系根據不同滑面形態選擇不同的條分法，而在計算滑坡支護結構巖土荷載時則只采用一種條分法（即傳遞系數法）。因不同方法計算精度不同，當計算治理前后滑坡穩定性時不采用傳遞系數法時，計算滑坡支護結構巖土荷載只采用傳遞系數法就會造成剩余下滑力與抗滑穩定性計算結果不匹配，甚至造成如下結果：抗滑穩定系數小于抗滑穩定安全系數時剩余下滑力為負值（這意味著抗滑穩定性未達到要求的滑坡不需要治理）；抗滑穩定系數大于或等于抗滑穩定安全系數時剩余下滑力為正值（這意味著抗滑穩定性達到要求的滑坡需要治理）。

例如：因傳遞系數法假定條間力與上一條塊底面平行，計算結果受相鄰條塊滑面傾角差影響很大，故對同一個圓弧形滑面，傳遞系數法抗滑穩定系數隨分條數量的增加而減小直至逼近瑞典法的抗滑穩定系數，剩余下滑力隨分條數量的減少而減小。因而，對圓弧形滑面，當分條數量較少時，可能會出現用簡化畢肖普法算得的抗滑穩定系數小于抗滑穩定安全系數時用傳遞系數法算得的剩余下滑力為負值的現象；當分條數量很多時，可能會出現用簡化畢肖普法算得的抗滑穩定系數大于或等于抗滑穩定安全系數時用傳遞系數法算得的剩余下滑力為正值的現象。

重慶某均質土質斜坡用簡化畢肖普法算得圓弧形滑面抗滑穩定系數為1.10，小于設定的穩定安全系數1.15，擬采取支護措施，但用傳遞系數法算得抗滑穩定系數大于1.15，剩余下滑力為負值。

在實際工程中，對邊坡也常常有用傳遞系數法計算剩余下滑力并將此與主動土壓力作比較取大值做抗滑支護結構巖土荷載的做法（雖然相關規范無此規定）。當剩余下滑力為大值時，剩余下滑力為巖土荷載與邊坡抗滑穩定性計算結果不匹配的情況與剩余下滑力為巖土荷載與滑坡抗滑穩定性計算結果不匹配的情況相同。

1.2 以主動土（巖）壓力和剩余下滑力為巖土荷載與非結構類邊坡處理措施的設計原則不匹配

當對抗滑穩定性不滿足要求的邊坡或滑坡采取放坡和灌漿等非結構類措施時，設計原則是使邊坡或滑坡抗滑穩定系數達到抗滑穩定安全系數。如放坡或灌漿后的邊坡或滑坡抗滑穩定系數仍未達到抗滑穩定安全系數，則應降低坡率或增大灌漿量直至邊坡或滑坡抗滑穩定系數達到抗滑穩定安全系數。然而，當用抗滑支護結構對邊坡或滑坡進行處理時，因抗滑支護結構巖土荷載系取動土（巖）壓力或剩余下滑力，使抗滑穩定系數達到抗滑穩定安全系數這一設計原則不再得到遵守。由此可見，以主動土（巖）壓力和剩余下滑力為巖土荷載與非結構類邊坡處理措施的設計原則是不匹配的。

1.3 主動土壓力與剩余下滑力二者比較取大值沒有力學意義

根據相關標準的規定，在以主動土壓力或剩余下滑力為抗滑支護結構巖土荷載的方法中，當前方臨空時,滑坡抗滑支護結構巖土荷載取剩余下滑力與主動土壓力二者中的較大值；采用抗滑樁時，受外傾結構面控制的邊坡抗滑支護結構巖土荷載也取剩余下滑力與主動土壓力二者中的較大值。

在實際工程中，對不受外傾結構面控制的邊坡也常常有用傳遞系數法計算圓弧形滑面的剩余下滑力并將此與主動土壓力作比較取大值做抗滑支護結構巖土荷載的做法（雖然相關規范無此規定）。

這種做法沒有力學意義。

首先，剩余下滑力與主動土壓力兩者性質不同：剩余下滑力與穩定安全系數有關，是一個被放大的力，根據相關標準的規定，它是荷載設計值；主動土壓力與穩定安全系數無關，根據相關標準的規定，它是荷載標準值。

其次，剩余下滑力與主動土壓力二者方向不同：剩余下滑力方向平行滑面；主動土壓力方向不平行滑面，它與墻背法向夾角為墻背摩擦角。

第三，對不受外傾結構面控制的邊坡而言，剩余下滑力與主動土壓力二者作用點不同，后者按隨深度直線增長的分布規律確定作用點位置，前者不按此規律確定作用點位置（大多取在滑體高度二分之一處。

一個簡單的例子是：當主動土壓力與剩余下滑力相等時，因上述兩方面的不同，按主動土壓力和按剩余下滑力進行抗滑樁設計的結果一般是不同的。

1.4 邊坡抗滑支護結構巖土荷載與滑坡抗滑支護結構巖土荷載不匹配

在對邊坡和滑坡采取處理措施前，總是要對邊坡和滑坡進行抗滑穩定性計算。就滑面而言，邊坡和滑坡的區別在于：邊坡的滑面是未曾沿之滑動也未曾有過明顯的剪切變形的面，滑坡的滑面是曾沿之滑動或曾有過明顯的剪切變形的面，簡單地說，邊坡的滑面是潛在的滑面，滑坡的滑面是既成的滑面。在滑面幾何特征和強度參數以及其它因素相同的情況下，采用相同的抗滑穩定性計算方法時，邊坡和滑坡的抗滑穩定性計算結果并無區別，然而，當因直立切坡而使邊坡和滑坡的抗滑穩定性不滿足要求從而擬在切坡處設置錨桿擋墻或重力式擋墻時，那么，在邊坡與滑坡穩定安全系數區相同值的條件下，按相關規范的規定，邊坡錨桿擋墻或重力式擋墻巖土荷載取主動土壓力，滑坡錨桿擋墻或重力式擋墻巖土荷載在剩余下滑力大于主動土壓力時取剩余下滑力，也就是說，邊坡與滑坡抗滑支護結構巖土荷載有不同值。這顯然是不正常的。由此可見，邊坡抗滑支護結構巖土荷載與滑坡抗滑支護結構巖土荷載取值是不匹配的。

1.5 以主動土壓力或剩余下滑力為抗滑支護結構巖土荷載使多種條分法不能用于計算抗滑支護結構巖土荷載

剩余下滑力是傳遞系數法的條間力，因其與條塊底面平行而可稱為剩余下滑力。其它條分法的條間力不是剩余下滑力，不能提供剩余下滑力公式；一些條分法不僅不能提供剩余下滑力公式，甚至不能提供條間力公式。因此，以剩余下滑力為抗滑支護結構巖土荷載使其它條分法不能用于計算抗滑支護結構巖土荷載。

條分法有多種，每一種條分法既能用于支護前邊坡或滑坡抗滑穩定性計算也能用于支護后邊坡或滑坡抗滑穩定性計算，但是，當邊坡抗滑支護結構巖土荷載取主動土壓力時，意味著每一種條分法都不能用于邊坡抗滑支護結構巖土荷載計算；當滑坡抗滑支護結構巖土荷載取剩余下滑力時，意味著除傳遞系數法外的每一種條分法都不能用于滑坡抗滑支護結構巖土計算。這是很奇怪的。

1.6 邊坡抗滑支護結構巖土荷載計算中一律將不受結構面控制的滑面視為直線偏離實際較多

對于不受結構面控制的土（巖）體，滑面呈直線的條件是，土（巖）體的破壞如同土（巖）體中一點的破壞，也就是說，變形過程中土（巖）體內各點同一類型的主應力方向都相同（即各點大主應力方向相同，小主應力方向也相同）。

當擋墻背面非豎直或土（巖）體表面非水平或地表荷載非均布連續時，變形過程中土（巖）體內各點應力分布復雜，同一類型的主應力方向不可能都相同，因此滑面不可能呈直線。同等情況下，墻背越緩，滑面形態離直線形越遠。庫倫在墻背傾斜情況下通過把滑面看成通過墻踵的平面來計算無粘聚力土體對擋墻所產生的荷載的做法過于簡化，后人在墻背傾斜情況下通過把滑面看成通過墻踵的平面來計算有粘聚力且有附加荷載土體對擋墻所產生的荷載的做法更是如此。

最有可能滿足這一條件的情形是擋墻背面豎直、光滑（指墻背摩擦角為0）、土（巖）體均質、無地下水、表面水平、無附加荷載。因墻背摩擦角不可能為0，這種情況實際上是不存在的，即使在這種情況下，滑面也不可能呈直線，原因在于：在墻后土（巖）體從靜止狀態向主動狀態變化的過程中，因土（巖）體中各個水平面（包括墻底所在水平面這個底部邊界面）并非光滑面（即摩擦角不為0），土（巖）體在不同深度的水平變形必然有差異，水平變形的差異必然導致墻背不再直立，墻背不直立必然導致滑面不呈直線。這說明，根據朗金條件并不能得到朗金公式。

總之，對于不受結構面控制的土（巖）體，土（巖）體不可能發生象土（巖）體中一點破壞那樣的破壞，其滑面是不可能呈直線的。當然，在其它條件相同時，相對于墻背傾斜、巖土體頂面傾斜的情形，墻背直立、巖土體頂面水平時滑面最接近于直線。

把非直線形滑面改為直線形滑面必然帶來計算誤差，使擋墻按主動土壓力提供反力后本應為1的抗滑穩定系數小于1。

現舉一個例子。坡面直立、坡頂坡底水平、坡體無附加荷載、無水壓力、重度=20kN/m3的邊坡，對應2組粘聚力、內摩擦角和坡高（見表1），按朗金公式算得的主動土壓力為0，按簡化畢肖普條分法算得圓弧形滑面的抗滑穩定系數小于1（見表1）。

表1                       主動土壓力和抗滑穩定系數計算

顯然，坡角越小，把非直線形滑面改為直線形滑面帶來的計算誤差越大。

把非直線形滑面改為直線形滑面也是造成以主動土壓力為巖土荷載與邊坡抗滑穩定性計算結果不匹配的一個因素。

1.7 朗金理論和庫倫理論的主動土壓力作用點偏離實際較多

根據朗金理論，在朗金條件下，當土體有粘聚力時，主動土壓力強度從墻頂下某一位置開始隨深度直線增長，呈三角形分布，作用點位于這個三角形高度的下三分點處；當土體無粘聚力時，主動土壓力作用點位于擋墻高度的下三分點處。

庫倫在土體無粘聚力、滑面是通過墻踵的平面的假定下建立三角形土楔作為一個剛體在滑面和墻背均達到極限平衡時關于力的平衡條件，由此求出土壓力合力。在這個理論中，既沒有建立三角形土楔關于力矩的平衡條件，也沒有涉及土壓力分布問題。因此，庫倫理論本身并沒有給出土壓力作用點位置。不少土力學教科書把庫倫土壓力公式中擋墻高度h這一已知量改寫為從墻頂起算的墻背計算點深度這一變量即把與擋墻高度h有關的土壓力（式中為土的重度，K為主動或被動土壓力系數）改寫為以墻背計算點深度為自變量的土壓力函數并對墻背計算點深度z求導，由此得出在庫倫條件下土壓力沿墻高呈三角形分布、作用點位于擋墻高度的下三分點處的結論。由于上述改寫使庫倫理論中的滑面由通過墻踵的唯一滑面變成不通過墻踵的無數滑面（如圖1所示），上述關于庫倫條件下土壓力分布和作用點的認識是對庫倫理論的誤解。在庫倫條件下土壓力沿墻高呈三角形分布、作用點位于擋墻高度的下三分點處不能視為庫倫理論中的結論而只能視為應用庫倫理論時對土壓力分布和作用點問題的補充假定。

圖1  庫倫的滑面假定及其誤解

作者所了解的各種試驗和工程實測資料（如黃求順等人收集的資料[1]和王元站等人收集到的前蘇聯資料[2]）都不支持上述土壓力作用點的結論和假定，當土體無粘聚力時，主動土壓力作用點均高于擋墻高度的下三分點。主動土壓力作用點位置偏低使重力式擋土墻設計不得不把抗傾覆穩定安全系數提高到顯著大于抗滑移穩定安全系數的水平：抗滑移穩定安全系數為1.3，抗傾覆穩定安全系數原為1.5，后又提高到1.6。

在實際工程中，錨桿支護結構設計大多是按土（巖）壓力接近于均布進行荷載算的。土（巖）壓力大小和方向按朗金理論和庫倫理論確定而作用點不按其確定的做法顯得有點牽強。

1.8 坡面（或坡頂或地層界面）傾斜的多層巖土體和結構面不呈直線的巖土體產生的主動巖土壓力無法計算

邊坡工程中，坡面傾斜或坡頂傾斜或地層界面傾斜的多層土（巖）體是常見的，如由填土、原狀土、強風化層或破碎巖層組成的邊坡。

朗金型理論要求墻背直立、土（巖）體頂面水平、有多層土時是水平分層，庫倫型理論要求巖土體均質，兩者都不能計算這類邊坡產生的主動土壓力。

邊坡工程中，總體外傾的土巖界面常常構成滑面，但它往往不是直線形，尤其是總體傾角不大的土巖界面?？傮w外傾的層面也常常構成滑面，但它有時也不是直線形。

朗金型理論和庫倫型理論建立在滑面為直線的基礎上，當結構面不呈直線時，相應主動巖土壓力無法用朗金型理論和庫倫型理論進行計算。

1.9 對應等效的抗滑穩定系數定義有不同的滑坡支護結構巖土荷載計算結果

對平面滑動，有三種等效的抗滑穩定系數定義。

第一種定義是抗滑力與滑動力之比，定義式為：

第二種定義是強度參數調整系數，它是這樣的系數：滑面粘聚力和內摩擦系數這兩個抗剪強度參數按除以該系數的方式調整后滑面剛好處于極限平衡狀態?；鏄O限平衡方程為：

第三種定義是滑動力調整系數，它是這樣的系數：滑動力按乘以該系數的方式調整后滑面剛好處于極限平衡狀態?；鏄O限平衡方程為：

由（3）式和（4）式也能得到（2）式。因此，對平面滑動，三種抗滑穩定系數定義是等效的。

當把剩余下滑力用做抗滑支護結構巖土荷載時，對應于強度參數調整系數的抗滑支護結構巖土荷載為：

對應于滑動力調整系數的抗滑支護結構巖土荷載為：

由（5）式和（6）式可知，對應于強度參數調整系數的抗滑支護結構巖土荷載與對應于滑動力調整系數的抗滑支護結構巖土荷載是不同的，后者是前者的倍。

對應于抗滑力與滑動力之比的抗滑支護結構巖土荷載則無法計算或者說同時有（5）式和（6）式兩種結果。

由此可見，與平面滑動的三種等效抗滑穩定系數定義對應的抗滑支護結構巖土荷載有三種不同情況。這是不正常的，理由是：對幾種等效的抗滑穩定系數定義而言，要把抗滑穩定系數從一個相同的值提高到另一個相同的值（即給定的穩定安全系數），滑體上相同位置處需要提供的抗力必然相同，而抗滑支護結構提供的抗力相同意味著該支護結構巖土荷載相同。

這說明，把剩余下滑力用做抗滑支護結構巖土荷載是不正確的。

2 按抗滑穩定性計算公式反算法

根據以主動土壓力或剩余下滑力為邊坡與滑坡抗滑支護結構巖土荷載這種方法存在的問題，建議采取按抗滑穩定性計算公式反算法確定邊坡與滑坡抗滑支護結構巖土荷載，其要點如下：

（1）將抗滑支護結構提供的抗力（支護力）視為指向坡內從而對抗滑有利的未知荷載，設抗滑穩定安全系數等于抗滑穩定系數，通過抗滑穩定性計算公式反算出支護力。支護力的反力即為抗滑支護結構巖土荷載。

（2）支護力的方向，對排樁擋墻、重力式擋墻、懸臂式擋墻、扶壁式擋墻和錨桿擋墻可取指向坡內的樁、墻、立柱背面法向，對系統錨桿可取指向內端的錨桿軸向；支護力的作用點，對排樁擋墻、重力式擋墻、懸臂式擋墻、扶壁式擋墻和錨桿擋墻可取在滑面以上樁、墻、立柱背面半高處。

（3）抗滑穩定性驗算最終結果（抗滑穩定系數或支護力）所對應的滑面應是最危險滑面（對滑坡，包括既有滑面和潛在滑面）。

（4）設置抗滑支護結構前的邊坡與滑坡抗滑穩定性驗算和設置抗滑支護結構后的邊坡與滑坡抗滑穩定性驗算采用同一種計算精度較高的方法。

（5）當抗滑支護結構前方不臨空時，先驗算前方滑體的抗滑穩定性。如前方滑體抗滑穩定性滿足要求，則在進行設置抗滑支護結構后的滑坡或邊坡抗滑穩定性驗算時將前方滑體視為整個滑坡或邊坡的一部分；如前方滑體抗滑穩定性不滿足要求，則視抗滑支護結構前方臨空。

（6）設計抗滑支護結構時，抗滑支護結構應有一定安全度但其安全度應明顯低于以主動土（巖）壓力為巖土荷載時設計的抗滑支護結構。

按抗滑穩定性計算公式反算法算得的抗滑支護結構巖土荷載明顯大于建立在極限平衡狀態基礎上的主動土（巖）壓力，當用安全系數表示安全度時，在理論上，抗滑支護結構安全系數可取1，或者說，支護結構極限承載力標準值等于支護結構巖土荷載即可。但是，抗滑支護結構極限承載力在實際上不易準確確定（比如：因錨桿受拉力作用時砂漿與巖土層界面上應力分布不均并且因錨固長度的不同而不同，靠試驗和相應經驗確定的砂漿與巖土層極限粘結強度標準值也難以準確確定，錨桿極限抗拔力計算一定有明顯誤差），如果為考慮支護結構極限承載力這一新因素的誤差對抗滑穩定性計算結果的影響去提高抗滑穩定安全系數值，又會造成抗滑穩定安全系數值不統一，故抗滑支護結構應有一定安全度但其安全度應明顯低于以主動土（巖）壓力為巖土荷載時設計的抗滑支護結構。

3 按抗滑穩定性計算公式反算所得巖土荷載與主動土壓力及剩余下滑力的關系

根據上述可知，從一般意義上說，按抗滑穩定性計算公式反算所得抗滑支護結構巖土荷載與主動土壓力及剩余下滑力之間沒有關系，但在某些條件下，二者之間有關系。

當滑面為直線形而主動土壓力計算采用庫倫型土壓力理論且墻背摩擦角取0時，按抗滑穩定性計算公式反算所得抗滑支護結構巖土荷載與主動土壓力二者方向相同且均是單塊力平衡方程的解，差別在于前者的滑面在粘聚力和內摩擦系數這兩個強度參數按除以抗滑穩定安全系數的方式調整后剛好處于極限平衡狀態；后者的滑面在粘聚力和內摩擦系數這兩個強度參數不作調整時剛好處于極限平衡狀態。因此，按抗滑穩定性計算公式反算所得抗滑支護結構巖土荷載是滑面內摩擦系數和粘聚力按除以抗滑穩定安全系數的方式調整后所得主動土壓力（也就是說，用除以抗滑穩定安全系數后的新滑面內摩擦系數和粘聚力替換原有滑面內摩擦系數和粘聚力所得主動土壓力按抗滑穩定性計算公式反算所得抗滑支護結構巖土荷載）。由此可知，按抗滑穩定性計算公式反算所得抗滑支護結構巖土荷載總是大于主動土壓力。

當滑面為直線形時或當滑面不是直線形但抗滑穩定性采用傳遞系數法計算且只在最末一個條塊上作用有支護力時，最末一個條塊剩余下滑力靠支護力中平行滑面的分力與支護力中垂直滑面的分力引起的摩擦力來平衡，即有：

由此可知，按抗滑穩定性計算公式反算所得抗滑支護結構巖土荷載總是大于剩余下滑力。

4  工程實例的分析

本文開頭提到的邊坡工程加固之所以出現尷尬局面，就是因為標準內部邊坡抗滑支護（加固）結構巖土荷載計算和進行抗滑支護（加固）前后的邊坡抗滑穩定性評價之間是矛盾的：邊坡抗滑支護（加固）結構巖土荷載取主動巖石壓力（在該工程中，因外傾裂隙其控制作用，主動巖石壓力取沿外傾裂隙滑動的主動巖石壓力），進行抗滑支護（加固）前后的邊坡抗滑穩定性評價以抗滑穩定系數達到抗滑穩定安全系數為標準（在該工程中，支護力大小取錨桿能安全承擔的軸向拉力標準值）。

本文1.1節已經指出，主動土（巖）壓力為0或為負值時，巖土荷載與邊坡抗滑穩定性計算結果不匹配給邊坡工程帶來安全隱患；主動土（巖）壓力大于0時，雖然巖土荷載小于抗滑穩定性滿足要求所需的支護力值，但巖土荷載與邊坡抗滑穩定性計算結果的這種不匹配是否給邊坡工程帶來安全隱患不易做出評判，原因在于：若支護結構本身相對于所需承擔的巖土荷載而言有較高安全度，其提供的支護力極限值不僅明顯大于主動土（巖）壓力，并可能達到或超過抗滑穩定性滿足要求所需的支護力值。但根據相關標準的規定，在計入支護力的邊坡抗滑穩定性計算中，支護力值取支護結構能安全承擔的巖土荷載標準值，這樣，計算結果總是顯示抗滑穩定性不滿足要求。

本文開頭提到的邊坡工程加固正是支護結構本身相對于所需承擔的巖土荷載而言有較高安全度這種情況，因該邊坡工程中錨桿錨桿安全系數在2.2以上，錨固力極限值已大于抗滑穩定性滿足要求所需的支護力值，因此，該加固方案究竟是否安全是不易評判的，但計入支護力的邊坡抗滑穩定性計算結果總是顯示抗滑穩定性不滿足要求。

當按本文方法進行設計時，因加固結構巖土荷載是按抗滑穩定系數等于抗滑穩定安全系數時所需新增支護力計算的（或者說，因原支護結構和加固結構共同組成的支護結構巖土荷載是按抗滑穩定系數等于抗滑穩定安全系數所需支護力計算的），故加固后，邊坡抗滑穩定系數必然等于抗滑穩定安全系數，計入支護力的邊坡抗滑穩定性計算結果總是顯示抗滑穩定性滿足要求。

5 結論

1.當前我國工程界采用的邊坡與滑坡抗滑支護結構巖土荷載取主動土壓力或剩余下滑力，這種方法存在下列問題：

（1）以主動土（巖）壓力或剩余下滑力為抗滑支護結構巖土荷載與邊坡和滑坡抗滑穩定性計算結果不匹配；

（2）以主動土（巖）壓力和剩余下滑力為巖土荷載與非結構類邊坡處理措施的設計原則不匹配；

（3）主動土壓力與剩余下滑力二者比較取大值沒有力學意義；

（4）邊坡抗滑支護結構巖土荷載與滑坡抗滑支護結構巖土荷載不匹配；

（5）以主動土壓力或剩余下滑力為抗滑支護結構巖土荷載使多種條分法不能用于確定抗滑支護結構巖土荷載；

（6）邊坡抗滑支護結構巖土荷載計算中一律將不受結構面控制的滑面視為直線偏離實際較多；

（7）朗金理論和庫倫理論的土壓力作用點位置偏離實際較多；

（8）坡面（或坡頂或地層界面）傾斜的多層巖土體和結構面不呈直線的巖土體產生的巖土壓力無法計算；

（9）對應等效的抗滑穩定系數定義有不同的滑坡支護結構巖土荷載計算結果。

2.本文提出按抗滑穩定性計算公式反算法，這種方法能彌補以主動土（巖）壓力或剩余下滑力為抗滑支護結構巖土荷載這種方法的不足。此方法的實質是將邊坡與滑坡抗滑支護結構巖土荷載計算視為邊坡與滑坡抗滑穩定性計算的反問題。邊坡與滑坡抗滑穩定系數計算問題是已知各種荷載（對已有支護結構的邊坡與滑坡，包括支護力這種特殊的荷載），計算抗滑穩定系數；邊坡與滑坡抗滑支護結構巖土荷載計算問題是已知抗滑穩定系數（它等于抗滑穩定安全系數),計算邊坡與滑坡抗滑支護結構巖土荷載。對已有支護結構的邊坡與滑坡進行抗滑穩定性計算時，將支護力這種特殊的荷載計入是很自然的事；當已知抗滑穩定系數（它等于抗滑穩定安全系數)而需計算邊坡與滑坡抗滑支護結構巖土荷載時，將此問題視為邊坡與滑坡抗滑穩定性計算的反問題也是很自然的事。因此，邊坡與滑坡抗滑支護結構巖土荷載不是主動土壓力也不是剩余下滑力而是抗滑穩定系數等于抗滑穩定安全系數的支護力反力即邊坡或滑坡達到穩定所需支護力的反力。

3.經典土壓力理論是為背后土體為填土且墻背面較陡乃至俯斜的重力式擋墻設計提出的。對于背后土體為填土、軟土或無黏性土且背面較陡的擋墻而言，離開了擋墻，背后土體自身是不穩定的，抗滑穩定系數總是小于1，主動土壓力總是大于0。這是背后土體為填土、軟土或無黏性土且背面較陡的擋墻不同于其它邊坡支護結構的特點。因此，傳統的主動土壓力概念應限用于這類擋墻設計（當然，傳統的主動土壓力概念用于這類擋墻設計時也是有缺陷的，如：直線形滑面形態尤其是按隨深度直線增長的分布規律確定的主動土壓力作用點位置均偏離實際較多）。但本文提出的按抗滑穩定性計算公式反算法對這類擋墻設計也適用，也就是說，按抗滑穩定性計算公式反算法的適用范圍遠遠大于且涵蓋了主動土壓力理論適用范圍。

4.按穩定性計算公式反算法的概念也可用于邊坡其它破壞方式下的支護結構巖土荷載計算，對某一破壞方式采用相應穩定性計算公式即可。

參考文獻

[1]黃求順,等.邊坡工程[M]. 重慶：重慶大學出版社，2003.

[2]王元戰，等.墻體繞基礎轉動情況下擋土墻主動土壓力分布[J].巖土工程學報. 2003，2（25）：208-211.