我国边坡工程领域并存着三种基本的错误方法。
一是伪主动压力法。它就是以岩体等效内摩擦角为强度参数计算受岩体强度控制的边坡主动岩石压力的方法(姑且称为岩体等效内摩擦角法)。为何说它是伪主动压力法呢?因为主动压力是挡墙背后土体在挡墙反力作用下处于主动极限平衡状态时作用在挡墙上的力(即挡墙反力的反力)。挡墙背后土体处于极限平衡状态时存在着被假定为直线的滑裂面。受岩体强度控制的岩质边坡通常抗滑稳定性极高,远未达到极限平衡状态,不存在滑裂面,因而不存在主动压力。对这样的边坡进行支护,通常不是为了抗滑,而是为了防范拉裂变形。在不存在主动压力的情况下,为了算出主动压力从而为支护提供荷载数据,便将库仑型主动压力公式中的粘聚力人为取为0,将公式中的内摩擦角用人为增大了的内摩擦角(即所谓等效内摩擦角)替换。这是典型的削足适履。这一做法带来了边坡变形破坏模式、稳定性判断、人为滑裂面确定、坡率允许值与岩体等效内摩擦角或主动压力关系、坡率允许值与人为滑裂面倾角关系的混乱。
静止压力修正法避免了上述问题。
对挡墙背后填土以土体等效内摩擦角为土体强度参数计算主动压力的方法,不是伪主动压力法,因为挡墙背后土体处于极限平衡状态时存在着滑裂面和主动压力。以土体等效内摩擦角为土体强度参数仅仅是为了简化计算过程,因填土粘聚力很小,这种简化造成的误差较小。这在以手算打主力的年代是允许的。但现在已经完全没必要这么做。
二是伪条分法。它就是传递系数法之滑动力调整法。为何说它是伪条分法呢?因为条分法的全名是极限平衡条分法,讲的是极限平衡,稳定系数是极限平衡方程的解。传递系数法之滑动力调整法把稳定系数乘在条块滑动力上,从形式上看,稳定系数是极限平衡方程的解,但实际上不是。条块滑动力是条块重力等外荷载平行条块底面的分力,乘上稳定系数后,与条块重力等外荷载及其垂直条块底面的分力的关系不满足力的分解和合成原理,条块重力等外荷载平行条块底面的分力乘上稳定系数后,与条块重力等外荷载垂直条块底面的分力的合成既不是条块重力等外荷载本身,也不是条块重力等外荷载的稳定系数倍。力的分解和合成原理是建立力平衡方程的基础,不满足力的分解和合成原理,极限平衡无从谈起。
条分法有多种,完全没有必要采用这种伪条分法,即使想采用传递系数法(但我不建议),也可以采用传递系数法之抗滑力调整法。
三是伪所需抗滑支护力计算法(伪抗滑支护结构岩土荷载计算法)。它们就是剩余滑动力或其水平分力法。目前,对重力式挡墙一般采用剩余滑动力法;对抗滑桩一般采用剩余滑动力水平分力法,这需要先求得剩余滑动力,再计算其水平分力,当桩背滑面倾斜时,因桩背滑面倾角余弦小于1,剩余滑动力水平分力小于剩余滑动力。为何说它们是伪所需抗滑支护力计算法呢?因为它们没有建立在力平衡的基础上。
主动压力法建立在力平衡基础上,主动压力是挡墙反力的反力,所以,主动压力法对不视为坡体的低粘聚力土(填土、无黏性土、软土)之陡立挡墙是可用的。剩余滑动力或其水平分力法则不然,剩余滑动力或其水平分力都不是支护结构反力的反力,不能用作抗滑支护结构岩土荷载。
由于都没有建立在力平衡的基础上而表现出随意性,剩余滑动力法和剩余滑动力水平分力法之间是矛盾的:当墙背和桩背直立光滑时,支护结构反力都是水平的,但墙背荷载和桩背荷载大小和方向却不相同。
由于剩余滑动力法和剩余滑动力水平分力法没有建立在力平衡的基础上,对同一个直线形滑面边坡,当墙背和桩背直立光滑、锚杆轴向水平时,支护结构反力都是水平的,但墙背荷载和桩背荷载大小和方向却与交通及锚喷规范锚杆轴向荷载不同,锚杆轴向荷载取剩余滑动力与某个大于1的系数之积。
边坡稳定性问题是超静定问题,不同的条间力假定有不同的力平衡方程,合理性也有区别,稳定性计算结果也有差异。由于剩余滑动力法和剩余滑动力水平分力法限定所需抗滑支护力计算所用条分法只能是传递系数法,而稳定性计算可以采用不同方法,当稳定系数在稳定安全系数附近时,可以造成稳定系数达到稳定安全系数时因存在抗滑支护结构岩土荷载而需要抗滑支护,或稳定系数小于稳定安全系数时因不存在抗滑支护结构岩土荷载而不需要支护的情况。
按稳定性公式反算法避免了上述问题。
上述三种基本的错误方法,作为我国岩土人在边坡工程领域探索的历史,是可以理解的。毕竟科技是不断进步的,不是一蹴而就的。在无心说之前有过日心说,在日心说之前有过地心说,农村里某些没有上过学的老人现在还在信奉地心说哩。但在2020年代的今天,我国的一些岩土人尤其是一些著名专家(包括院士和国家大师)仍然主张采用这些早已有替代方法的错误方法,就说不过去了,也与提出了三大全球倡议,为促进人类共同进步贡献了智慧和方案的我国国际地位极不相称。
关于按稳定性公式反算法、静止压力修正法以及条分法的选择(包括传递系数法的取舍),详见《边坡规范修改建议》一书。