论公路边坡的安全系数长期有效

文章来源于公众号：悠游2019，作者：成永刚，原文链接：论公路边坡的安全系数
 

一、公路边坡安全系数的应用对象

岩土工程的单一安全系数法与基于可靠度的工程结构分项系数法是不同的设计思路。

公路边坡的安全系数实质上是基于工程经验的单一安全系数法，通过抗滑力与下滑力之间的比值大小来形象的说明边坡的稳定度与可靠度，单一安全系数法适用于包含一些不可预估不利因素的设计对象。它在岩土工程设计中可将岩土工程中一切的不确定因素都包罗于安全系数之中。而这些不确定因素包括地质条件认知和参数选用偏差性、荷载（地震、水库水位变化、爆破、暴雨等）作用的不确定性、工程施工时的可靠性、后期边坡养护与环境边坡引起的工程时效性、工程后果的严重性等多种因素。

工程结构分项系数是基于可靠度理论的，是基于概率理论为基础进行的分析与设计。它要求荷载与抗力这两个随机变量与相应的分布形态是明了的。因此，它有效应用于材料性质均匀或可控的钢材、混凝土等形成的工程结构设计。而岩土材料由于存在多相性、离散性和变异性，导致其性质极其复杂和影响因素众多，故一般采用基于可靠度的分项系数设计存在很大的局限性。

综上，在边坡等岩土工程计算中，宜尽量采用单一安全系数法，不宜选用分项系数法，这也是多年前曾经的分项系数法在很多岩土体的不同行业、不同标准规范中应用了一段时间后逐渐消失的原因。也就是说，不同的设计对象性质决定了所要采用的不同设计理论与方法，决定了所要采用的设计值与荷载组合。

二、公路边坡安全系数的应用方法

在边坡工程中，安全系数的定义分为两种形式，即下滑力的放大系数法和抗滑强度的折减法。

下滑力放大系数法，就是将坡体的“真实”下滑力T乘以安全系数K，人为加大坡体的下滑力至设计下滑力T'，继而采用工程措施对其进行平衡，确保边坡达到一定的安全度储备。即T'=K×T，即为显式解。

抗滑强度的折减法，就是将构成坡体岩土体的强度参数，c、tanφ除以一定的安全系数K形成折减强度c'、tanφ'，从而人为的减小坡体的抗滑力和增加坡体的下滑力，继而采用工程措施对其进行平衡，确保边坡达到一定的安全度储备。即c'=c/K，tanφ'=tanφ/K，即为陷式解。

安全系数的下滑力的放大系数法和抗滑强度的折减法进行边坡稳定性分析时，如果计算公式采用一个公式进行计算，两者之间的结论是没有区别的。但如果算公式采用多个公式进行迭代计算时，两者之间的结论是存在差别的，且放大系数法显式解是相对保守的。尤其是圆弧形滑面的圆心角越大、滑面倾角变化越大，两者之间的差别越大。

但总的来说，从计算的可靠性与合理性来说，折减法的隐式解是优于放大系数的显式解的，这也是目前边坡工程中传统的传递系数法逐渐被强度折减法替代的原因。但有些规范禁止显式解的传递系数应是欠合理的，毕竟其在一定使用范围内也是可行的。

三、公路边坡安全系数与工程的关系

由结构面控制的边坡，其滑面是通过地质配套进行勾绘的，故安全系数的变化不会影响滑面的形态，可以直接依据滑面进行工程设置。但对均质或类均质坡体在采用圆弧搜索法进行滑面确定时，是以最小安全系数控制的滑面作为处治滑面的。即进行圆弧搜索法滑面确定时，坡体中不满足工程安全要求的潜在滑面是多个的，但工程设置应以安全系数最小的滑面进行。只要基于最小安全系数的潜在滑面得以有效处治，就可确保其它潜在滑面的有效处治。这也就是说，坡体的工程处治，不应以下滑力最大的潜在滑面进行工程处治，而应以最小安全系数确定的滑面进行工程处治。

四、公路边坡的整体与局部安全系数

无论是均质或类均质的边坡，还是结构面控制的边坡，抑或是具备以上两种地质条件的坡体结构，坡体的稳定性均存在局部安全系数最小的边坡局部稳定性和整体安全系数最小的边坡整体稳定性两方面问题，这是边坡设计处治中所必须考虑的。依附于边坡的潜在滑面或滑面的工程处治一定要兼顾这两个方面的问题，防止坡体出现“越顶”、“坐船”等情况的出现。

总的来说，边坡的安全系数及其衍生是一件“道可道，非常道。名可名，非常名。无名，万物之始；有名，万物之母。故常无欲，以观其妙；常有欲，以观其徼。此两者同出而异名，同谓之玄。玄之又玄，众妙之门”的事，对其的研究与应用是一件其乐无穷的事。

作者：成永刚，博士，教高，注册岩土工程师，中国岩石力学与工程学会滑坡与工程边坡分会理事，中国土木工程学会非饱和土与特殊土专业委员会常务委员和交通岩土工程专业委员会委员，国际工程地质协会会员，中国国家公路建设项目评标专家，四川省交通运输专业人才教育专家。