剩余滑动力对抗滑支挡结构设计计算没那么重要

文摘   2024-11-10 15:12   重庆  

根据现行各种规范,对滑坡和让其享受滑坡待遇的边坡(如失稳方式为沿土岩界面等各类结构面滑动的边坡),进行抗滑支挡结构设计计算都离不开剩余滑动力,它由传递系数法求得,与稳定安全系数有关

但就重力式挡墙和抗滑桩而言,对待剩余滑动力的方式是不同的。

对重力式挡墙和兼做重力式挡墙的支撑盲沟,对待剩余滑动力的方式是像对待主动土压力那样,将剩余滑动力直接用来进行挡墙抗倾覆和抗滑移稳定性计算。剩余滑动力在平行和垂直挡墙底面方向上有分力,利用这两个分力计算挡墙抗滑移稳定性,就是将剩余滑动力直接用来计算挡墙抗滑移稳定性;剩余滑动力在水平和竖直方向上有分力,利用这两个分力计算挡墙抗倾覆稳定性,就是将剩余滑动力直接用来计算挡墙抗倾覆稳定性。

对抗滑桩,将剩余滑动力水平分力用来进行桩的设计计算。

这种区别对待是没有道理的。当桩背和墙背滑面倾角相同、剩余滑动力大小方向相同、重力式挡墙和抗滑桩背面均直立且背面阻力相同(包括都不计)时,在不计重力式挡墙和抗滑桩前方岩土体抗力的情况下,抗滑桩和重力式挡墙侧面受到的岩土荷载应该是相同的。是不是其中一种做对了,另一种做错了?不是,这两种做法都不正确。

桩、墙与背后岩土体之间接触面(即桩背、墙背)上的力是接触面力,岩土体作用在桩、墙上的力与桩、墙作用在岩土体上的力是一对作用力与反作用力,大小相等,方向相反。这个力的方向不与接触面垂直时平行接触面分力(即剪力要靠接触面上的阻力来平衡。剪力与抗剪力是一对平衡力超过极限抗剪力的剪力是不存在的。如果接触面直立,剩余滑动力的竖向分力超过了接触面的极限阻力,那这个接触面上的力的方向就不是剩余滑动力的方向。既然力的方向不同了,力的大小也自然不同。当我们不计这个接触面的阻力时,这个接触面上的力的方向就是水平的。接触面上的阻力是有利于滑坡稳定的,接触面上的阻力越大,越有利于滑坡稳定。因此,对于同样大小和方向的剩余滑动力,接触面上的阻力越小,为使滑坡稳定,接触面上的水平力必须越大。所以,当剩余滑动力竖向分力(即剪力)超过接触面阻力时,为使滑坡稳定接触面上的水平力必须大于剩余滑动力水平分力;当接触面阻力不计时,更是如此

这说明,把剩余滑动力视为接触面上的力是不正确的,剩余滑动力水平分力视为接触面上的力更是不正确的。在抗滑桩设计计算中不管剩余滑动力竖向分力就是剩余滑动力水平分力视为接触面上的力。

剩余滑动力视为接触面上的力相当于对接触面上的力做了一个假设,即假设接触面上的力与剩余滑动力方向(即滑面)平行。根据上述分析可知,这个假设是不合理的。剩余滑动力水平分力视为接触面上的力相当于接触面上的力做了一个不同的假设即假设接触面上的力为剩余滑动力水平分力根据上述分析可知,这个假设是更不合理的。

其实,求接触面上的力是不需要做这些不合理的假设的,连剩余滑动力都可以不用。

为什么说连剩余滑动力都可以不用呢?剩余滑动力是传递系数法中的概念,因假定条间力与上一条快底面平行而得名。如果世间没有传递系数法,莫非重力式挡墙、抗滑桩与岩土体接触面荷载就计算不成了?

只要我们像求解主动土压力那样明确了重力式挡墙、抗滑桩反力的方向,建立重力式挡墙、抗滑桩反力作用下的力平衡方程就能求得接触面上的力。这个过程是滑坡稳定性计算的逆运算。滑坡稳定性计算是已知荷载求稳定系数,而求接触面上的力(即重力式挡墙、抗滑桩反力和作用在重力式挡墙、抗滑桩侧向上的岩土荷载)是已知稳定系数(它等于稳定安全系数)求荷载。这种方法就称为按稳定性公式反算法。按稳定性公式反算法不仅可以用于重力式挡墙、抗滑桩,也可以用于包括锚杆支护在内的其他支挡形式。按稳定性公式反算法因滑坡稳定性计算逆运算,故可以借助各种认为合适的条分法(例如借助支挡前稳定性计算就用过的条分法),也可以不借助条分法而借助数值分析方法。

由此可知,当我们借助传递系数法时,我们也可以不用剩余滑动力这个概念和这个值。只是当我们借助传递系数法支挡结构仅与一个条块相邻时,按稳定性公式反算法得到的抗滑支挡结构岩土荷载计算公式正好是剩余滑动力与一个系数相乘,也就是说,按稳定性公式反算得到的抗滑支挡结构岩土荷载与剩余滑动力成正比,系数为

因此,剩余滑动力对抗滑支挡结构设计计算没那么重要。

值得注意的是,墙背、桩背实际阻力与极限阻力发挥程度有关。当滑面与墙背、墙背桩背垂直时,墙、桩与背后岩土体沿接触面没有相对位移趋势,墙背、桩背阻力将为0。滑面与墙背、墙背桩背夹角越大,墙背桩背阻力越小。因此,当我们用墙背摩擦来代表墙背、桩背阻力时,墙背摩擦角需根据滑面与墙背夹角进行折减,当滑面倾角不大时宜取0。

关于本文内容的进一步阐释,见《边坡规范修改建议》一书。

玉述岩土
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