工程斜坡地震工况下的安全系数探讨*

文摘   2024-11-14 20:58   四川  

工程斜坡稳定性计算时,在地震烈度超过Ⅵ的区域,常需考虑地震工况对工程斜坡的控制性工况进行核查验算。

一、各规范地震工况工程斜坡安全系数要求

《建筑边坡工程技术规范》规定,安全等级为一级时地震工况下的安全系数为1.15,安全等级为二级时地震工况下的安全系数为1.1,安全等级为三级时地震工况下的安全系数为1.05。

就公路来说,一级对应的为高速公路或一级公路,二级对应的为二、三级公路,三级对应的为四级及以下公路。

《滑坡防治设计规范》规定,防治等级为Ⅰ级时地震工况下的安全系数为1.15,安全等级为Ⅱ级时地震工况下的安全系数为1.1,安全等级为Ⅲ级时地震工况下的安全系数为1.05。

就公路来说,防治等级Ⅰ级对应的为高速公路或一级公路,防治等级Ⅱ级对应的为二、三级公路,防治等级Ⅲ级对应的为四级及以下公路。

《公路工程抗震设计规范》规定,高速公路公路和一级公路、二级公路地震工况下高度超过20m的边坡安全系数为1.15,小于20m的边坡安全系数为1.1;三级及其以下公路地震工况下的安全系数为1.05。

 二、工程斜坡地震工况下的设计理念

众所周知,岩土工程属于典型的概念设计,贯彻定性与定量相结合的理念。如工程设计时应贯彻“大震不倒,中震可修,小震不坏”的原则。也就是说:

在50年超越概率2~3%的罕遇地震情况下,工程斜坡应具有不会发生大规模滑坡、滑坍等致命的病害发生,即坡体的稳定度应处于失稳状态,。

在50年超越概率10%的设防烈度情况下,工程斜坡应具有出现一定变形,即坡体的稳定度应位于欠稳定~基本稳定状态,震后工程斜坡经适当修复后可继续正常使用。

在在50年超越概率63%的多遇地震情况下,工程斜坡应基本保持完好,即坡体的稳定度应大于基本稳定状态以上,震后可满足公路的正常作用。

而从规范工程斜坡的稳定状态划分来看,稳定性小于1,则属于失稳;稳定性大于1而小于1.05,则属于欠稳定稳定性大于1.05而小于1.1,则属于基本稳定稳定性大于1.1的则属于稳定

三、实践中工程斜坡安全系数探讨

通过以上资料来看,这就发现工程斜坡在地震工况下,结合5.12汶川地震的震后情况来看,存在几个值得探讨的情况:

1、《建筑边坡工程技术规范》中,高速公路或一级公路在设防烈度情况下安全系数为1.15,处于稳定状态二、三级公路在设防烈度情况下安全系数为1.1,处于稳定状态;四级及以下公路在设防烈度情况下安全系数为1.05,处于基本稳定状态

2、《滑坡防治设计规范》中,高速公路或一级公路在设防烈度情况下安全系数为1.15,处于稳定状态二、三级公路在设防烈度情况下安全系数为1.1,处于稳定状态四级及以下公路在设防烈度情况下安全系数为1.05,处于基本稳定状态
3、《公路工程抗震设计规范》中,高速公路公路和一级公路、二级公路在设防烈度情况下,高度超过20m的边坡安全系数为1.15,处于稳定状态。小于20m的边坡安全系数为1.1,处于稳定状态;三级及其以下公路在设防烈度情况下工程斜坡的安全系数为1.05,处于基本稳定状态。
这就是说,在设防烈度的地震工况下,各规范在不同等级的工程斜坡均位于基本稳定~稳定状态。
但从5.12汶川地震的震后情况来看,很多进行工程处治的公路工程斜坡在震后稳定性总体表现较好,即无论是采用抗滑桩等加固的工程,公路工程斜坡在加固范围内的稳定性在震后表现总体上较好(公路边坡加固范围以外的线外工程不计),甚在震级”越级“后的工程斜坡稳定性多存在没有明显变形的情况。尤其是区内地震烈度甚至达到Ⅸ度、Ⅹ度、Ⅺ度是边坡仍然稳定性较好的情况,即达到了稳定状态。而这在相关科研单位的试验模型中发现,抗滑桩等结构的抗震能力明显没有现实中设计中反映的抗震效果好。
这就说明一个问题,目前不同等级的公路工程设防安全性总的来说是偏高的,即使在罕遇地震情况下,工程斜坡的稳定性也表现较好。那么这种情况是怎样形成的呢?
1、规范在设防烈度情况下的安全系数偏高,造成工程处治力度较大而工程斜坡的安全系数偏高。
2、设计偏于保守,设置的工程后的工程斜坡实际安全系数明显大于计算所得的安全系数。
四、结论
1、规范来自于成熟理论、工艺或长期工程实践的总结,故建议规范的编制宜结合大量的试验模型验证、工程实践结论进行适当的调节。
2、规范宜适当降低地震工况下的工程斜坡安全系数,在“大震不倒,中震可修,小震不坏”为理念的情况下,除对特大桥、大桥或特长隧道、长隧道等重要工程部位外,宜适当考虑降低安全系数,从而在确保地震工况下工程斜坡的安全度要求下,提高工程的经济性指标。
3、设计阶段应加强工程斜坡的合理定性与定量分析,不宜盲目单独迷信定量计算,防止理论计算与实际结论出现较大偏差,从而在确保地震工况下工程斜坡的安全度要求下,提高工程的经济性指标
以上探讨也仅仅是探讨,胆大的可以品味借鉴,胆小的以规范为准


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悠游2019
博士,教高,注册岩土工程师,中国岩石力学与工程学会地基与工程结构分会副理事长和滑坡与工程边坡分会理事,深部国重实验室顾问委员,世界交通灾害防治与应急委员会委员,中国土木工程学会非饱和土与特殊土常务委员和交通岩土工程委员,国际工程地质协会会员
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