滑坡及边坡稳定性计算的讨论

摘 要：本文采用建筑边坡与滑坡防治两个行业国家标准进行对比，旨在说明两个行业在计算稳定性时的区别与联系，并就其进行专门讨论。通过对比分析滑坡类规范与边坡类规范在折线形滑面、圆弧形滑面及直线形滑面等不同情形下的稳定性计算方法，阐明显式解与隐式解在本质上的异同，以及两种方法各自的适用条件与工程应用特点。研究结果表明，对于折线形滑面，显式解多用于滑坡而隐式解多用于人为形成的边坡计算，二者均通过增大剩余下滑力提高安全储备；对于直线、圆弧形、楔形等滑面，两个行业规范的计算思路基本一致。此外，滑坡稳定分析的可靠性除计算方法外，地质条件的正确判断与参数的合理取用往往更为重要，应特别注意定性定量相结合，综合分析确定。

关键词：滑坡；边坡；稳定性计算；不平衡推力传递法；显式解；隐式解

Discussion on Stability Calculation of Landslide and Slope

ZHENG Jun

(Shaanxi Geology and Mining regional geological servey academeco., Ltd., Xianyang 712000, China)

Abstract: This paper compares the national standards of the building slope industry and the landslide prevention industry, aiming to illustrate the differences and connections between the two industries in stability calculation and to conduct a specialized discussion. By comparing the stability calculation methods under different conditions such as polygonal slip surface, circular arc slip surface and linear slip surface in landslide codes and slope codes, the similarities and differences between explicit solution and implicit solution in essence are clarified, as well as their respective applicable conditions and engineering application characteristics. The results show that for polygonal slip surfaces, explicit solutions are mostly used for landslides while implicit solutions are mostly used for artificially formed slopes, and both increase safety reserves by increasing residual sliding force. For linear, circular arc, wedge-shaped and other slip surfaces, the calculation ideas of the two industry codes are basically consistent. In addition, the reliability of landslide stability analysis depends not only on the calculation method, but also on the correct judgment of geological conditions and the reasonable selection of parameters. Special attention should be paid to the combination of qualitative and quantitative analysis for comprehensive determination.

Keywords: landslide; slope; stability calculation; unbalanced thrust transmission method; explicit solution; implicit solution

0 引言

边坡与滑坡是岩土工程领域中两个密切相关但又有显著区别的概念。据郑颖人等[1]的研究，边坡是涉及工程建设中的人工斜坡，即使是自然边坡也必须与工程建设有关；而滑坡通常是指自然原因引起的自然斜坡，只有工程滑坡才与工程建设有关。边坡坡体的滑面是由于人工开挖与填筑后形成的，原先并不存在，且坡体无蠕动与滑动迹象；而滑坡具有自然的滑面，且坡体有蠕动与滑动迹象。在工程实践中，滑坡防治工程与建筑边坡工程的稳定性计算方法是评价工程安全性的核心内容。然而，由于两个行业所依据的规范体系不同，在计算方法、安全系数取值及结果评价等方面存在一定差异。本文拟就现行《滑坡防治工程勘查规范》（GB/T 32864-2016）[2]、《滑坡防治设计规范》（GB/T 38509-2020）[3]及《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013）[4]、《建筑边坡工程鉴定与加固技术规范》（GB 50843-2013）[5]中的稳定性计算方法展开对比分析，探讨两种规范体系在计算思路、方法选择及工程应用上的区别与联系，以期为工程技术人员提供参考。

1 边坡与滑坡稳定性计算方法对比

现就现行滑坡类规范及边坡类规范的稳定性计算展开说明，对两类规范所采用的计算方法进行系统梳理与对比。

1.1 滑坡类规范稳定性计算方法

滑坡类规范明确了堆积层滑坡折线形滑面、岩质滑坡折线形滑面时采用不平衡推力传递法（显式解）进行稳定性评价和推力计算，如表1所示。并特别说明了对于滑面倾角变化较大的滑坡或者滑面部分有软弱夹层的滑坡，当采用传递系数法进行稳定性评价和推力计算时，应采用隐式解，不宜采用显式解。此外，对于地质条件复杂或支挡工程组合结构复杂的滑坡，规范建议采用数值模拟方法进行补充分析。

表1 滑坡类规范稳定性计算方法一览表

滑坡类型 滑面类型 计算方法 校核方法

堆积层滑坡

折线滑面 不平衡推力传递法（显式解） 摩根斯顿-普赖斯法

圆弧滑面 Bishop法 摩根斯顿-普赖斯法

岩质滑坡

折线滑面 不平衡推力传递法（显式解） 摩根斯顿-普赖斯法

单一平面 块体极限平衡解析法 —

多组弱面组合滑面 三维楔体法 二维极限平衡法

滑面倾角变化较大或部分有软弱夹层的滑坡 — 传递系数隐式解 —

1.2 边坡类规范稳定性计算方法

边坡类规范明确了边坡抗滑移稳定性计算可采用刚体极限平衡法，如表2所示。对结构复杂的岩质边坡，可结合极射赤平投影法和实体比例投影法。当边坡破坏机制复杂时，可采用数值极限分析法。在滑面选取方面，边坡类规范规定应根据结构面形态采用平面或折线形滑面；对于土质边坡、极软岩边坡、破碎或极破碎岩质边坡的稳定性计算，可采用圆弧形滑面。

表2 边坡类规范稳定性计算方法一览表

计算内容 总体方法 具体方法 滑面选取

一般情形

刚体极限平衡法

圆弧形滑面——毕肖甫法 根据结构面形态采用平面或折线形滑面；土质边坡、极软岩边坡、破碎或极破碎岩质边坡可采用圆弧形滑面

直线形滑面——力的平衡法

折线形滑面——传递系数隐式解

结构复杂的岩质边坡 结合极射赤平投影法和实体比例投影法 — —

边坡破坏机制复杂 数值极限分析法 — —

2 讨 论

2.1 折线滑动面

通过上述对比可以发现，对于堆积层滑坡折线滑动面的情形，滑坡类规范采用不平衡推力传递法（显式解）进行计算，而边坡类规范采用不平衡推力传递法（隐式解）进行计算。显式解是对下滑力乘以大于1（1.1～1.3）的滑坡推力安全系数，达到增大安全储备的目的；而隐式解是对抗力除以大于1（1.05～1.35）的边坡稳定安全系数，从而增大了剩余下滑力，达到增大安全储备的目的[6-7]。从力学本质上看，两种方法都是通过调整安全系数来增大剩余下滑力，以提高工程的安全储备。显式解直接放大下滑力，计算过程简单，无需迭代，便于手算，因此在地质行业被长期采用；隐式解通过折减抗力实现，需要进行迭代计算，但理论更为严谨，在建筑行业得到广泛应用。

2.2 圆弧形滑动面

滑坡类规范以及边坡类规范均推荐采用毕肖甫法（Bishop法）计算圆弧形滑动面的稳定性。该方法的准确性已得到国内外公认，能够满足工程精度要求。值得注意的是，两个规范均未推荐求解简单、误差较大、过于偏向安全的瑞典法（Swedish法）。国际上通常采用摩根斯顿-普赖斯法（Morgenstern-Price法）计算折线形滑面，该方法是一种严格的条分法，计算精度很高，也是国外和国内水利水电部门等推荐的方法。实际工程中，也可采用摩根斯顿-普赖斯法进行计算或校核。

2.3 直线形滑面

滑坡类规范以及边坡类规范均推荐采用力的平衡解析法计算直线形滑面的稳定性。其基本思路是将所有作用力按法向、切向分解，根据莫尔-库仑强度理论，法向力引起抗剪力R，切向力为下滑力T，二者相比求得稳定性系数Fs。该方法概念清晰、计算简便，对于单一平面滑动问题具有较好的适用性。

3 结 论

（1）对于折线形滑面，显式解多用于滑坡而隐式解多用于人为形成的边坡计算，其本质是一致的，都是通过增大剩余下滑力提高安全储备。所不同的是，前者通过增大下滑力实现，后者通过抗力折减实现上述目的。

（2）对于折线滑动面，采用传递系数法计算稳定性时，无论是采用显式解还是隐式解，均有其合理性，也分别为地质行业、建筑行业所采用。前者由于方法简单、无需迭代，可以手算，被长期采用；后者理论严谨，适用于复杂工况。

（3）对于折线形滑面，当采用传递系数法计算稳定性时，无论是显式解还是隐式解，均应注意转折点处相邻倾角的差值。如超过10°则需要对滑面进一步细分，以消除尖角效应，使其达到工程要求的精度。

（4）对于直线形、圆弧形、楔形等滑面，上述两个行业规范计算稳定性的思路基本一致，均采用极限平衡法的基本原理。

（5）滑坡稳定分析的可靠性，除计算方法外，地质条件是否正确判断、参数取用是否合理，往往更加重要。不宜过分依赖计算，应特别注意定性分析与定量分析的结合，综合分析确定。

参考文献

[1] 郑颖人, 陈祖煜, 王恭先, 等. 边坡与滑坡工程治理[M]. 2版. 北京: 人民交通出版社, 2010.

[2] 中国地质环境院, 等. 滑坡防治工程勘查规范: GB/T 32864-2016[S]. 北京: 中国标准出版社, 2016.

[3] 中国地质环境院, 等. 滑坡防治设计规范: GB/T 38509-2020[S]. 北京: 中国标准出版社, 2020.

[4] 重庆市设计院, 等. 建筑边坡工程技术规范: GB 50330-2013[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2013.

[5] 重庆一建建设集团有限公司, 等. 建筑边坡工程鉴定与加固技术规范: GB 50843-2013[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2013.

[6] 顾宝和, 毛尚之. 滑坡稳定分析传递系数法的讨论[J]. 工程勘察, 2006(12): 8-11, 31.

[7] 方玉树. 滑坡稳定分析传递系数法若干问题探讨[J]. 工程地质学报, 2007, 15(5): 607-611.