由于国标《边坡规范》2013版及据此编写的勘察规范边坡方面和设计规范边坡方面思路混乱,目前岩土人进行边坡工程勘察和设计及其审查是难受的,当然,我也相信有的人是没有这种感觉的,那是因为他被这些规范的相关条文长期洗脑,缺乏辨别或逻辑思维能力。但痛苦归痛苦,技术工作还是要完成。今天,基于国标《边坡规范》2013版,谈谈破裂角由谁提供的问题。
与岩土体强度参数有关的破裂角有两个用途:一是确定锚杆锚固段与非锚固段分界位置,二是根据第6.3.4条的规定,用第6.2.10条公式计算主动岩土压力。
某地工程勘察文件编制技术规定(2024年版)要求边坡勘察提供破裂角,多年工程实践亦是如此,初衷是好的,是想为边坡工程设计提供足够的参数。但是,我以为,边坡勘察还是不提供破裂角为好。
1.无提供的条件。破裂角不是仅仅与岩土体强度参数有关。国标《边坡规范》2013版第3.2.3条规定:“对斜面土质边坡,可取(β+屮)/2,β为坡面与水平面的夹角,屮为土体的内摩擦角;对倾斜坡面岩质边坡可按本规范第6.3.4条确定。”国标《边坡规范》2013版第6.3.4条规定由第6.2.10条确定,第6.2.10条给出的公式是:
(1)
(2)
式中,α’——边坡坡面与水平面的夹角(°),也就是坡角。
当坡角不确定时,破裂角是不确定的。勘察阶段不知设计坡角,因此,无法确定破裂角。
2.无提供的必要。根据国标《边坡规范》2013版第3.2.3条,土质边坡破裂角有唯一的计算公式(即(β+屮)/2);根据国标《边坡规范》2013版第6.3.3条,直立岩质边坡破裂角对确定的边坡岩体类别、坡顶建筑情况(有还是无)、设计使用年限(依旧还是临时)有唯一的计算公式(即45°+屮)/2)或有唯一值(75°,82°,72°,62°中的某个值);根据国标《边坡规范》2013版第6.3.4条和第6.2.10条,倾斜岩质边坡破裂角有唯一的计算公式(即(1)式)。因此,不存在根据地质情况的差异在变化较大的区间值中选某一值的问题,这与岩体等效内摩擦角不同,对应同一个岩体类别的岩体等效内摩擦角是一个最大最小值相差10°的范围值。
3.对坡率未知的边坡,提供后可能误导设计,造成不安全。根据(1)式(式中粘聚力取0,内摩擦角用等效内摩擦角替代)和式子(β+屮)/2,破裂角是随坡角的减小而减小的。如果仅按直立边坡提供破裂角,那对非直立边坡设计会起到误导作用,造成不安全:一方面导致锚杆锚固段长度变小;另一方面导致根据国标《边坡规范》2013版第6.2.10条下列二式计算的主动岩土压力变小(当破裂角大于或等于坡角时为负值或为0):
(3)
(4)
4.对坡率已知的岩质边坡,提供后可能造成设计困惑。根据(1)式(式中粘聚力取0,内摩擦角用等效内摩擦角替代)和国标《边坡规范》2013版给出的岩质边坡坡率允许值表,坡高不大且岩体类别不低的边坡,存在破裂角小于坡角允许值的情况。如果根据已知坡率按(1)式提供岩质边坡破裂角,那对坡率不超过坡率允许值但超过破裂角正切的倾斜边坡设计也会起到误导作用,造成不需要支护或再放坡的边坡需要支护或再放坡。
因此,勘察提供破裂角可能导致好心办坏事的结果。
5.无清晰而正确的规定可依。根据国标《边坡规范》2013版第3.2.3条,倾斜岩质边坡破裂角由第6.3.4条确定,但第6.3.4条的规定是不清晰或不正确的:
a.根据第6.3.4条,坡顶水平且无超载的倾斜岩质边坡破裂角由第6.2.10条确定,即根据(1)式计算,第6.2.10条本身也要求坡顶水平且无超载,正因为如此,(1)式才不出现坡顶倾角。这就是说,第6.3.4条和第6.2.10条没有给出坡顶倾斜或有超载的边坡破裂角计算公式或方法。因此,国标《边坡规范》2013版是否有坡顶倾斜或有超载的岩质边坡破裂角确定方法的规定,是不明确的:根据第3.2.3条,有;根据第6.3.4条和第6.2.10条,没有。
b.第6.2.10条本来是针对土体的,所用抗剪强度参数是土体粘聚力和土体内摩擦角,是第6.3.4条把第6.2.10条变成对主动岩石压力计算有效,但第6.3.4条没有规定在用第6.2.10条公式计算主动岩石压力时要以岩体等效内摩擦角为强度参数。因此,用第6.2.10条公式计算主动岩石压力时是否以岩体等效内摩擦角为强度参数是不明确的。如果对(1)式不采用岩体等效内摩擦角概念,那么,在同样的坡率下,破裂角将是另一个值。
c.第6.2.10条公式作为主动土压力公式是与库伦主动土压力公式矛盾的。该公式条件下的主动土压力完全可以用库伦主动土压力公式计算。如果说该公式不计墙背摩擦角却没有说明只是小小的疏忽,那么,把在不计墙背摩擦角时本是墙背法向的主动土压力方向定为水平则完全是错误的,这一错误不仅导致主动土压力大小错误,也导致破裂角错误。(1)式既然不能用来确定土体破裂角,也不能用来确定岩体破裂角。
综上所述,破裂角还是由设计人自己根据设计边坡的具体情况酌定为好,毕竟勘察是为设计服务的,不是给设计填乱的。
如果采用失稳和变形双控概念下的边坡治理新思维,是用不上破裂角(和岩体等效内摩擦角)概念的。关于边坡治理新思维,详见《边坡规范修改建议》一书。