在我国,滑坡和享受滑坡待遇的边坡抗滑支挡结构岩土荷载,基本上都是利用剩余滑动力进行计算的,必要时还利用主动土压力。在具体进行抗滑支挡结构岩土荷载计算的过程中,剩余滑动力的利用方式有所不同,有时取剩余滑动力(如重力式挡墙),有时取剩余滑动力的水平分力(如抗滑桩);主动土压力的利用方式也有所不同,有时取主动土压力(如重力式挡墙),有时取主动土压力的水平分力(如锚杆挡墙、抗滑桩)。
我的研究表明,无论是边坡还是滑坡,无论是直线形滑面还是非直线形滑面,无论是什么坡形,无论是什么支挡形式,抗滑支挡结构岩土荷载计算均应采用按稳定性公式反算法,上述做法均不可取。
按稳定性公式反算法并不限定采用哪种具体的条分法,如果借助传递系数法,那么,根据按稳定性公式反算法算出的荷载(即所需抗滑支挡力的反力)与剩余滑动力有一定的关系,关系式如下:
(1)
推导过程见《边坡规范修改建议》一书。
由上式可知,只有在支挡力方向与滑面平行时,剩余滑动力才是所需抗滑支挡力的反力。
在计算抗滑支挡结构岩土荷载时,无论是采用按稳定性公式反算法还是采用其他不当做法,只要对圆弧形滑面和多折点的折线形滑面借助了传递系数法,就会出现一个弊端,这就是:抗滑支挡结构岩土荷载对挡墙背后条块滑面倾角相当敏感,一旦挡墙背后条块滑面倾角误差较大,抗滑支挡结构岩土荷载也就有较大的误差。
当以剩余滑动力为荷载时,因剩余滑动力与挡墙背后条块滑面平行,挡墙背后条块滑面倾角偏差多少度,剩余滑动力方向(倾角)就偏差多少度;因挡墙背后条块滑面倾角既影响该条块滑动力和抗滑力,又通过影响两个相邻条块滑面倾角差,来影响该条块之后条块传来的剩余滑动力带来的滑动力增量和抗滑力增量,挡墙背后条块滑面倾角误差越大,剩余滑动力大小误差越大。
当以剩余滑动力水平分力为荷载时,因剩余滑动力水平分力是剩余滑动力与滑面倾角余弦之积,滑面倾角误差通过剩余滑动力大小和滑面倾角余弦两方面对剩余滑动力水平分力大小误差造成影响,而且剩余滑动力大小和滑面倾角余弦两者并没有误差方向相反的规律。
当荷载由按稳定性公式反算法求得时,根据(1)式和前面的论述可知,滑面倾角误差通过剩余滑动力大小和两方面对抗滑支挡结构岩土荷载大小误差造成影响,而且剩余滑动力大小和两者并没有误差方向相同的规律。
抗滑支挡结构岩土荷载对挡墙背后条块滑面倾角相当敏感,这对直线形滑面来说并不稀奇,本当如此,因为直线形滑面倾角处处相等,挡墙背后条块滑面倾角误差就是这个滑面倾角的误差。但对圆弧形滑面和多折点的折线形滑面,就是一个问题,因为:一方面,只要挡墙背后的条块足够小,无论其滑面倾角误差多大,其对整个滑坡稳定性的影响是很小的,挡墙背后条块滑面倾角对抗滑支挡结构岩土荷载不应该有这么大;另一方面,通过若干个有点距的勘探点确定滑面位置时,要把包括挡墙背后条块在内的每一个条块滑面倾角都定得符合实际是很困难的,换句话说,挡墙背后滑面倾角误差是难免的。
克服这个弊端的办法就是抗滑支挡结构岩土荷载计算不借助传递系数法。鉴于抗滑稳定性计算和抗滑支挡结构岩土荷载计算所借助的条分法须一致,以免出现判为稳定时需支挡、判为基本稳定时无需支挡的情况,且对稳定性计算本来也不建议采用传递系数法(详见一周前公众号《玉述岩土》推文“为何不建议稳定性计算采用传递系数法?”“关于不建议采用传递系数法的补充说明”),建议抗滑稳定性计算和抗滑支挡结构岩土荷载计算都不借助传递系数法。