1955年,毕晓普提出了边坡抗滑稳定系数的定义:滑面抗剪强度与剪应力之比。2009年2月,我在《岩土工程界》“边坡与滑坡稳定系数定义的分析”一文中指出:毕晓普的定义是唯一正确而普适的抗滑稳定系数定义,而滑面抗剪强度与剪应力之比就是强度参数调整系数,它是这样的系数:滑面摩擦系数和粘聚力按除以该系数的方式调整后滑面处于极限平衡状态。详情见《边坡规范修改建议》一书。
在毕晓普之前,由于没有恰当的抗滑稳定系数定义,国外的边坡抗滑稳定性计算条分法只有瑞典法,它不仅只针对圆弧形滑面,导致应用范围受限很大,而且不计条间力,明显不符实际。其稳定性计算公式是定义式。所谓定义式就是根据定义写出的公式,也就是把定义写成公式时的公式。瑞典法的稳定系数定义是滑面上的全部抗滑力矩与全部滑动力矩之比,所谓瑞典法就是把这个定义写成公式,用这个公式计算稳定性。我们把含水率定义为水质量与颗粒质量之比,如果把这个定义写成公式,这个公式就是定义式。
由于没有恰当的抗滑稳定系数定义,对负值滑动力引起的力矩如何处理,是视为抗滑力矩还是滑动力矩,就难以统一了。实际上,只要没有恰当的抗滑稳定系数定义,在理论上,瑞典法和单块抗滑稳定性计算都可以有无数个稳定系数计算结果,因为滑动力可以写成两个力相减,其中的减数可以视为抗滑力,抗滑力也可以写成两个力相减,其中的减数可以视为滑动力。
因此,没有恰当的抗滑稳定系数定义,不仅条分法难有进展,而且瑞典法本身也因岩土人对滑动力和抗滑力界限理解的不同而有不同结果。
有了毕晓普的定义之后,国外岩土人提出的条分法不下10种。
在进入1980年代之前,由于在特殊环境下缺乏对国外研究状况(包括国外已经普及的毕晓普定义)的了解,我国岩土人还在摸索边坡和滑坡稳定性计算之法,提出的方法五花八门,它们都是稳定系数定义式或指令式,指令式是不定义稳定系数,但指令稳定系数是某组方程的解,1975年提出的两类传递系数法(即剩余滑动力法),包括滑动力调整法和抗滑力调整法,就是指令式。这些方法中,只有传递系数法之抗滑力调整法碰巧符合毕晓普定义,其他不符合毕晓普定义的方法有各式各样的错误(违背力的分解和合成原理;违反库仑剪切定律;稳定系数没有确定值;漏算对抗滑不利的力,等等,其中传递系数法之滑动力调整法的错误是违反力的分解和合成原理),详见公众号《玉述岩土》“1950年代至1970年代中期中西条分法研究对比”一文。稳定性计算不能采用的方法自然不能用于所需抗滑支护力计算,因此,传递系数法之滑动力调整法不仅不能用于稳定性计算,也理所当然地不能用于所需抗滑支护力计算。
毕晓普定义提出50多年后,改革开放30多年后,我提出抗滑稳定系数定义具有唯一性数年后,国标《地基规范》2011版、《公路滑坡防治设计规范》2015版、《铁路路基支挡结构设计规范》2019版对折线形滑面依然选择传递系数法之滑动力调整法;《公路路基设计规范》2015版对滑坡和按滑坡对待的边坡(可能沿相对弱面滑动的边坡)因执行《公路滑坡防治设计规范》2015版也依然选择滑动力调整法;四年前发布的国标《滑坡防治设计规范》(GB38509-2020)虽然倾向于选择传递系数法之抗滑力调整法,但仍然给传递系数法之滑动力调整法的应用留下空间,详见公众号《玉述岩土》“国标滑坡防治规范给滑动力调整法应用留尾巴的现象及其影响”一文。
每一条都强制执行的《地基通用规范》所选择的稳定性计算方法同样错误。
该规范第7.2.3条由两款构成,其第1款规定:“支护结构稳定性验算应符合下式规定:
(7.2.3)
式中:Rk——抗滑力、抗滑力矩、抗倾覆力矩、锚杆和土钉的极限抗拔承载力等土的抗力标准值;Sk——滑动力、滑动力矩、倾覆力矩、锚杆和土钉拉力等作用标准值的效应;K——安全系数。”
第7.2.3条第2款规定:“悬臂式和单支点支护结构应验算抗倾覆、整体稳定及结构抗滑移稳定性;多支点支护结构应验算整体稳定性。”
由于有抗滑力、抗滑力矩、滑动力、滑动力矩等术语,该条是包含了连支护结构带支护结构地基(包括下方和背后岩土体)的边坡稳定性计算的。
该条连稳定系数一词和符号都不出现,更谈不上稳定系数定义。依照该条对非直线形滑动不能考虑条间力还算小事,严重的是,对折线形滑面只能采用废弃了40多年的投影和法(此法原没有名称,系笔者为叙述方便暂用之名,在该法中,抗滑稳定系数取不考虑条间力时的各条块抗滑力水平投影和与滑动力水平投影和之比)。详情见《地基通用规范勘察通用规范分析与修改建议》一书。
根据上述可知,与国外相比,我国这些规范中的上述稳定性计算方法出奇地落后。
为何会出现这种情况呢?
国标《滑坡防治设计规范》(GB38509-2020)编制组有三位对边坡和滑坡研究颇多的院士(其中一位是后来评上的),力量不可谓不强。据说该规范编制组围绕传递系数法是选择滑动力调整法还是抗滑力调整法发生过争论,来自有的部门的专家坚持选择滑动力调整法。相信其他规范的编制专家和审查专家也听到过传递系数法之抗滑力调整法,可最终还是选择和同意选择滑动力调整法。
为何编制上述规范的专家坚持选择滑动力调整法?为何编制组中选择抗滑力调整法的一方未能说服坚持选择滑动力调整法的专家?为何上述规范的审查专家也接受滑动力调整法?
从这里我们可以看到,我国一些规范稳定性计算方法出奇落后的直接原因是抗滑稳定系数概念不清,连一些支持选择传递系数法之抗滑力调整法的专家也是如此。国标《滑坡防治设计规范》(GB38509-2020)对稳定系数术语的解释反映了这一点。
一些规范基本概念不清不楚的情况不止于抗滑稳定系数。