滑坡抗滑力计算取值在工程设计中的应用

汪 宇 梁 波 付光强

（四川省地质工程勘察院集团有限公司，四川 成都 610072）

0 引言

滑坡推力设计值是在滑坡治理设防标准下，支挡结构所承受的滑坡设计推力，其大小一般取防治标准下支挡部位滑块的剩余下滑力与支挡部位抗滑力的差值。滑坡推力设计值是滑坡治理工程设计方案选择的重要依据，不同的滑坡推力设计值，其治理方案、结构形式、结构尺寸、结构材质等不同，也直接影响工程造价。支挡部位抗滑力的大小与滑坡推力设计值密切相关，一般是支挡部位抗滑力越大，其滑坡推力设计值就越小，反之亦然。因此分析滑坡支挡部位受力条件，找到支挡部位抗滑力的正确计算方法，为滑坡推力设计值的选取提供科学依据显得尤为重要。

如何计算和选取支挡部位的抗滑力是滑坡治理设计中各种参数选取的重点和难点。该文以某滑坡治理工程设计为例，根据分析滑坡稳定、滑块下滑力、滑块抗滑力、滑坡剩余下滑力等参数的计算成果，总结各参数间的相关性，提出了滑坡治理工程支挡部位（主要指抗滑桩、挡土墙部位）滑体的抗滑力的计算和取值方法，并应用于滑坡工程设计中滑坡推力设计值的计算和选取。

1 滑坡基本情况

1.1 滑坡地质背景条件

滑坡地处四川北部，地貌上属构造侵蚀低中山地貌。滑坡纵长约125m，横宽约110m，最大厚度18.50m，规模约13.7×104m3，属中型土质式滑坡。滑坡体组成物质较为复杂。滑体土以黄褐色角砾土、含角砾粉质黏土为主；滑带土以软塑-可塑状含角砾粉质黏土为主；滑床土为可塑～硬塑状含角砾粉质黏土，下伏基岩为志留系中上统灰岩。滑面多沿滑体中的软弱结构面滑动，滑面呈折线形，滑面不连续（图1）。

图1 滑坡体物质组成及滑动面形态剖面图

1.2 滑坡稳定性分析评价

滑坡主要为推移式滑坡，滑坡的变形主要集中在滑坡中后部，以张拉裂缝破坏形式为主。计算工况为饱和工况。稳定性系数按折线形公式计算，剩余下滑力按不平衡推力传递系数法计算[1]，计算模型如图2所示。

1.3 滑坡稳定性及剩余下滑力计算结果

根据滑坡勘查报告，滑坡稳定性、滑块抗滑力、滑块下滑力、滑坡剩余下滑力计算结果见表1和表2。滑坡稳定性计算表明，滑坡在饱和工况下滑坡稳定性系数K=1.040，滑坡处于欠稳定状态。滑坡稳定性系数、不同设计安全系数下的下滑力、抗滑力及滑坡剩余下滑力计算结果见表1。

表1 滑坡稳定性系数及不同安全系数下的滑坡剩余下滑力

1.4 滑坡治理方案

该案例治理方案采用的是抗滑桩支挡。结合滑坡下滑力、抗滑力及剩余下滑力计算结果，滑坡第8块以后为阻滑段，为充分利用支挡部位滑体抗滑力，抗滑桩布置于第9滑块与第10滑块之间（图2），桩长18m，桩间距6.0m，桩截面尺寸1.5×2.0m2。设桩处滑体厚度按10m设计，设计锚固段长度8m，嵌入弱风化基岩深度不小于4.0m。

图2 滑坡稳定性计算模型

2 抗滑力的计算方法及应用

滑坡支挡部位抗滑力分为2种，一种是支挡部位的被动土压力，其大小主要取决于支挡部位受荷段长度及滑带土力学性质；一种是支挡部位滑体产生的抗滑力，其大小主要与滑坡形态及滑带土力学性质有关，如滑面倾角、滑面长度、滑带土抗剪强度等因素有关，与支挡部位受荷段长度无关。

支挡部位抗滑力的大小与滑坡推力设计值密切相关，要分析抗滑力的计算方法，应先明确滑坡推力设计值的计算和取值方法。

2.1 滑坡推力设计值的取值方法与不足

滑坡推力设计值一般取防治标准下支挡部位滑块的剩余下滑力与支挡部位抗滑力的差值，所以支挡部位抗滑力的大小直接影响滑坡推力设计值的大小。

传统的滑坡推力设计值的取值方法主要有2种：第一种方法是直接取滑坡剩余下滑力（最后一块剩余下滑力）作为滑坡推力设计值，如该案例中取第12号滑块（FST=1.10）的剩余下滑力835.68 kN/m；第二种方法是不考虑支挡部位（桩前）滑坡抗滑力作用，直接取支挡部位块体的剩余下滑力作为滑坡推力设计值，如该案例中取第9块的剩余下滑力2698.55 kN/m作为滑坡推力设计值。

方法一直接将支挡部位以下所有的滑块抗滑力作为支挡部位的抗滑力，未考虑桩前被动土压力。当桩前被动土压力小于桩前抗滑力时，该方法会造成抗滑力取值偏大，从而导致滑坡推力设计取值偏小，安全储备不足，可靠性降低，严重时可能存在安全隐患。工程设计中支挡部位抗滑力应取桩前抗滑力与的桩前被动土压力较小值。

分析表1数据可知，按方法一计算会出现不同安全系数下其支挡部位滑体抗滑力大小不同（表2），安全系数越高，计算的抗滑力越小，该案例中最大差值达71kN/m。滑体的抗滑力随设计安全系数的增大而逐渐降低（图3），而现实中滑坡的抗滑力不可能随着设计安全系数的增减而变化，该方法不能消除因安全系数导致的抗滑力取值差异。

图3 滑体抗滑力随安全系数变化曲线

表2 不同安全系数下的抗滑力计算结果

方法二完全没有考虑支挡部位滑体抗滑力的作用。当支挡部位前缘滑块下滑力小于滑块抗滑力，滑坡为阻滑段，不考虑桩前滑体抗滑力或被动土压力会导致设计偏保守，造成资源浪费。

2.2 抗滑力的计算方法

滑坡支挡部位抗滑力有2种，一种来自于支挡部位的被动土压力，一种来自于支挡部位以下滑体产生的抗滑力，所以抗滑力的计算也有2种方法，一种为被动土压力法，另一种为静力平衡法。

2.2.1 被动土压力法

该方法以支挡部位受荷段长度为依据，利用被动土压力公式计算滑体的抗滑力，如公式（1）所示。

式中：Ep—被动土压力（kN/m）；γ1—桩前岩土体容重（kN/m3）；φ1—桩前岩土体的内摩擦角（°）；h1—抗滑桩受荷段长度（m）。

2.2.2 静力平衡法

所谓静力平衡法就是利用不平衡推力传递系数法计算出各滑块剩余下滑力的基础上，分析支挡部位滑体受力状态，通过受力平衡原理计算抗滑力的一种方法。按静力平衡原理，支挡部位滑体的剩余下滑力等于其前缘所有滑块抗滑力之和，再加上滑坡的剩余下滑力，如公式（2）所示。

式中：PIz—支挡部位滑块的剩余下滑力，kN/m；PIn—第n滑块（最后一块）的剩余下滑力，kN/m；Ri—第i滑块的抗滑力，kN/m。

2.3 抗滑力计算方法的应用

抗滑力计算方法主要应用于工程设计中滑坡推力设计值的计算和选取。滑坡推力设计值应等于支挡部位滑块剩余下滑力与滑体抗滑力之差值。支挡部位滑体抗滑力应取被动土压力与滑体抗滑力两者中的较小值，如公式（3）所示。

式中：Ft—滑坡推力设计值（kN/m）；PIFST—设计安全系数下，抗滑桩支挡部位滑坡剩余下滑力（kN/m）；Ri，Ep参数含义同上。

根据该案例拟设抗滑桩位置（图2），分别计算支挡部位被动土压力、滑体抗滑力，以两者较小值作为支挡部位桩前滑体抗滑力，然后再根据公式③计算滑坡推力设计值。为消除安全系数对滑坡抗滑力计算差异的影响，取安全系数等于滑坡稳定性系数时计算的滑坡下滑力、抗滑力、剩余下滑力值作为支挡部位抗滑力依据（表1）。计算结果如下：

根据公式（1），已知受荷段长度10m，桩前岩土体容重取21.0kN/m3，桩前岩土体的内摩擦角取15°。代入公式计算得到桩前被动土压力：

根据公式（2）及表1中数据，计算得到桩前滑体抗滑力：

因Ep=1783.3kN/m＜F抗=1883.14kN/m，所以支挡部位桩前抗滑力取被动土压力Ep=1783.3kN/m。而按传统方法一计算的支挡部位抗滑力为1862.87kN/m，其抗滑力值偏大，会导致滑坡推力设计值偏小。

根据公式（3），已知设计安全系数FST=1.10，第9滑块剩余下滑力2698.55 kN/m，代入公式计算得到滑坡推力设计值：

若按传统方法取值，方法一计算得到的滑坡推力设计值为Ft1=835.68 kN/m，该值小于Ft，若按该设计将导致推力设计取值偏小，可靠性降低，甚至存在安全隐患；方法二计算得到的滑坡推力设计值为Ft2=2698.55 kN/m，该值远大于Ft，若按该设计导致滑坡推力设计值取值过大，设计偏保守，造成资源极大浪费。

综上所述，采用被动土压力法和静力平衡法计算出的滑坡推力设计值处于传统方法计算值之间，其计算方法可靠，依据充分，得出的结果更科学、更合理。

3 结语

抗滑力的计算和选取向来是滑坡工程设计中众多参数计算的重点和难点，计算方法不当或取值不合理，将造成资源浪费，或导致工程可靠性降低，严重时可能存在安全隐患。

数据分析表明，传统抗滑力计算方法存在滑体的抗滑力随设计安全系数的增大而逐渐减低的情况，安全系数取值越高，抗滑力越小，这与滑块的抗滑力不会因安全系数的改变而变化的事实不相符。

滑坡支挡部位抗滑力的大小与滑坡推力设计值大小密切相关，其取值的合理性，决定了滑坡工程设计的合理性及可靠性。

支挡部位抗滑力的计算方法适用于支挡部位为阻滑段的滑坡，主要用于滑坡推力设计值的计算和取值。采用被动土压力法和静力平衡法计算出的滑坡推力设计值处于传统方法计算值之间，其计算方法可靠，依据充分，得出的结果更科学、合理。