建筑边坡规范中几个问题

建筑边坡标准中几个问题重庆市地质灾害防治工程技术研究中心中国人民解放军后勤工程学院教授郑颖人一、边坡平安系数的几种定义二、边坡稳定平安系数几种极限分析方法的分析与选取三、关于不平衡推力法显示解四、地震情况下的稳定分析五、新标准中修改了稳定平安系数六、条中，原标准现改为七、岩体结构面实用分类方法研究

一、边坡平安系数的几种定义1、强度储藏平安系数采用减少强度的平安系数，减少抗滑力，国际上和国内水利、水电标准明确采用这种平安系数边坡体的垂直条分和受力分析求两种方法:直接解，降低与2、超载平安系数3、只增大下滑力，不增大抗滑力的平安系数〔传递系数法显示解应用〕不是严格的平安系数，目前一些边坡标准中采用，很低平安系数会产生很大推力，这就是为什么以往平安系数一般采用1.15低值。采用增大荷载的平安系数方法坡角/(°)303540455090Spencer法1.551.411.31.21.120.64强度储备安全系数有限元强度折减1.561.421.311.211.120.65强度储备安全系数增大重力荷载的超载储备安全系数

2.842.061.651.41.210.55不同定义平安系数不同不同定义滑坡推力不同增大下滑力平安系数推力最大二、边坡稳定平安系数几种极限分析

方法的分析与选取边〔滑〕坡岩土侧压力采用两种方法计算1、经典土压力公式表达，常用改进的库仑土压力与朗金土压力公式，滑移线假设为直线，建筑部门常用。2、极限分析方法表达，常用11种稳定分析方法，选取几种准确简便的分析方法作用标准方法。坡高30m以下，两种方法接近1、侧向土压力计算

主动土压力改进库仑公式2、侧向岩石压力计算式中：θ—边坡外倾结构面倾角〔°〕；cs—边坡外倾结构面粘聚力(kPa)；—边坡外倾结构面内摩擦角〔°〕；主动岩石压力结构面控制3、倾斜边坡侧向土压力计算

主动土压力当为岩石边坡时，

为外倾结构面倾角4、二阶边坡侧向土压力计算

主动土压力

ζ——上阶边坡的高度与总的边坡高度的比值；

材料的受力过程〔弹性-塑性-破坏〕材料受力从弹性到塑性再到破坏。(1)弹性状态—材料受力后变形，但可恢复.(2)材料满足屈服准那么，进入塑性。(3)塑性状态—材料出现不可恢复的塑性变形(4)材料满足破坏准那么，材料别离破坏。(5)破坏状态—目前尚无破坏准那么，但材料整体破坏可采用极限分析法5、常用稳定分析方法的比较与分析传统极限分析法分类条分法：〔1〕非严格条分法采用两个平衡方程求3个未知数，滑面底部反力，平安系数与条间作用力的方向，需要假设条间作用力方向〔2〕严格条分法采用3个平衡方程求4个未知数，滑面底部反力，平安系数与条间作用力的方向及其位置，需要假设条间作用力方向或位置编号计算方法算例1算例2FF1非严格解法瑞典法1.28032简化Bishop法1.49693简化Janbu法1.31741.33674陆军工程师团法1.74731.43465罗厄法1.56631.40796不平衡推力法隐式解1.48661.4115常用稳定分析方法的比较与分析编号计算方法算例边坡1算例边坡2FF7严格解法Spencer法1.50331.37048Morgenstern-Price法1.50191.36649严格Janbu法1.4980不收敛10Sarma法（Ⅱ）1.50351.361811Sarma法（Ⅲ）1.50231.3616评述与选用采用Morgenstern-Price法、Sarma法、Spencer法严格Janbu法常不收敛，一般不采用不用瑞典法用简化Bishop法(用于圆弧滑面)采用不平衡推力法隐式解〔用于非圆弧滑面〕?水利水电标准?采用Morgenstern-Price法、Sarma法、简化Bishop法、不平衡推力法隐式解；?建筑边坡标准?采用简化Bishop法、不平衡推力法隐式解；６、增加了对复杂情况可采用数值

分析法〔数值极限分析法〕的规定

近年制定的标准都引入了对于复杂问题可采用数值方法或数值极限方法〔有限元强度折减法〕。采用数值方法〔不能计算平安系数〕数值极限方法〔可算边坡平安系数〕水利水电部门标准中和实际工程设计中，主要采用数值极限方法中有限元强度折减法、或超载法。

要求：

<10

三、关于不平衡推力法显示解假设条间力与滑面平行，原来只有隐式解。

显示解较隐式解多作了一个假设，令传递系数中平安系数为1，不需迭代计算方便，用于无计算机时代。计算平安系数有一定误差,有时不大，有时很大，偏于危险计算滑坡推力偏大，是当前滑坡计算中平安系数低的原因，平安系数1.15相当于1.25结论：不采用显示解，2004年后公布标准，５个标准已修改。

滑面形成示意图三种方法的稳定系数曲线不平衡推力法计算中存在的问题滑面倾角越大，隐式解与显示解误差增大计算简图倾角大于10度作修正修正方法：作圆弧，增加条分四、地震情况下的稳定分析主动土压力系数

ρ—地震角

采用国家现行标准?建筑抗震鉴定标准?〔GB50023〕ρ—地震角类别7度8度9度0.1g0.15g0.2g0.3g0.4g水上1.5°2.3°3°4.5°6°水下2.5°3.8°5°7.5°10°

水平地震系数地震基本烈度7度8度9度地震峰值加速度0.10g0.15g0.20g0.30g0.40g综合水平地震系数0.0250.03750.0500.0750.100在条分法中要知道综合水平地震系数各标准都将建筑抗震标准中的水平地震系数乘以综合影响系数，取1/4，由此得到综合水平地震系数，目前地基标准、铁路、公路、水利标准都这样做。五、新标准中修改了稳定平安系数

1、永久边坡平安系数比其它标准都高些2、原标准圆弧滑面平安系数降低0.05，现在标准统一，采用了简化Bishop法平安系数比原标准增加0.05安全等级计算方法一级边坡二级边坡三级边坡平面滑动法折线滑动法1.351.301.25圆弧滑动法1.301.251.20一般工况1.351.301.25地震工况1.151.101.05临时边坡1.251.201.15边坡稳定平安系数老规范新规范3、原考虑抗震平安系数采用1.2、1.15、1.10，后来有人提出是否过高，改为1.15、1.10、1.05，这个平安系数与铁路等标准根本一致，经计算，７度烈度，一般建筑边坡提高推力5%~10%；8度烈度，一般建筑边坡提高推力13%~20%考虑地震作用后推力增加不多，用上述平安系数一般达不到控制工况

θ─稳定岩石坡面的倾角〔°〕─稳定且无软弱层的岩石坡面与填土间的内摩擦角〔°〕六、条中，原标准现改为使用过程中发现，原标准条公式算出的压力值远大于条的计算值。这次标准修编中，通过试算发现岩石坡面与填土间的摩擦角对计算压力值的影响很大。当较小时，按公式计算值比条远远偏大，甚至大于静止土压力本次修编中适当增加岩石坡面与填土间的摩擦角，使得公式与公式6.2.3计算的值比较协调。1、引言结构面定性分类方法：结构面的成因分类〔潘别桐，1990)原生、构造、次生结构面结构面的规模分类〔谷德振，1979)五级分类结构面地质力学分类〔王思敬〕破裂、破碎、层状、泥化结构面结构面实用分类方法：国标?工程岩体分级标准?〔GB50218-94〕国标?水利水电工程地质勘察标准?(GB50287-99〕国标?建筑边坡工程技术标准?〔GB50330-2002〕七、岩体结构面实用分类方法研究2.当前各种标准采用的实用分类方法〔1〕国标?工程岩体分级标准?〔GB50218-94〕

岩体结构面抗剪断峰值强度〔2〕国标?水利水电工程地质勘察标准?〔GB50287-99〕

结构面抗剪强度指标标准值〔3〕国标?建筑边坡工程技术标准?〔GB50330-2002〕结构面抗剪强度标准值结构面结合程度结构面结合程度(续)结合程度结

构

面

特

征结合好张开度小于1mm，胶结良好，无充填物；张开度1～3mm，为硅质或铁质胶结。结合一般张开度1～3mm，钙质胶结；张开度大于3mm，结构面粗糙，钙质胶结结合差张开度1～3mm，结构面平直，无胶结；张开度大于3mm，岩屑充填或岩屑夹泥质充填。结合很差、结合极差（泥化层）表面平直光滑、无胶结；泥质充填或泥夹岩屑充填，充填物厚度大于起伏差；分布连续的泥化夹层；未胶结的或强风化的小型断层破碎带。3.岩质边坡结构面实用分类方法研究3.1实用分类方法根本原那么①针对性②科学性③简单实用性与可操作性本研究是试图对国标?建筑边坡工程技术标准?〔GB50330-2002〕加以补充、完善，以加强其综合性、科学性与实用性。3.2实用分类方法的研究思路资料收集→分析整理→归纳总结→补充、完善收集资料：涉及铁路、水利、公路、城市建筑等领域，收集完整的结构面试验数据30余组，补充结构面现场试验及室内试验共20余组。影响结构面抗剪强度参数的主要因素：结构面的结合程度、裂隙宽度、充填物性状、起伏粗糙度、岩壁软硬、贯穿性及水的影响等岩体结构面实用分类与原标准比较表表7岩体结构面实用分类与原标准比较表类型结合状况起伏粗糙度结构面张开度mm充填状况岩体状况抗剪强度（边坡规范）《建筑边坡工程技术规范》描述C(Mpa)Φ(°)1铁硅钙质胶结起伏粗糙<=3胶结硬岩或较软岩>0.13>35结合好：张开度小于1mm，胶结良好，无充填物；张开度1～3mm，为硅质或铁质胶结。表7岩体结构面实用分类与原标准比较表〔续〕2铁硅钙质胶结起伏粗糙3~5胶结硬岩或较软岩0.13~0.0935~27结合一般：张开度1～3mm，钙质胶结；张开度大于3mm，结构面粗糙，钙质胶结。铁硅钙质胶结起伏粗糙<=3胶结软岩分离起伏粗糙<=3，无充填时无充填或岩块、岩屑充填硬岩或较软岩3分离起伏粗糙<=3干净无充填软岩0.09~0.0527~18结合差：张开度1～3mm，结构面平直，无胶结；张开度大于3mm，岩屑充填或岩屑夹泥质充填。分离平直光滑<=3，无充填时无充填或岩块、岩屑充填各种岩分离平直粗糙岩块、岩屑夹泥或附泥膜各种岩4分离平直光滑，充填物厚度大于起伏差泥质或泥夹岩屑充填各种岩0.05~0.0218~12结合很差：表面平直光滑、无胶结泥质充填或泥夹岩屑充填，充填物厚度大于起伏差。分离平直很光滑<=3无充填各种岩5分离泥各种岩根据当地经验确定结合极差：分布连续的泥化夹层。结构面的结合程度结合程度结合状况起伏粗糙程度结构面张开度mm充填状况岩体状况结合良好铁硅钙质胶结起伏粗糙≦3胶结硬岩或较软岩结合一般铁硅钙质胶结起伏粗糙3~5胶结硬岩或较软岩铁硅钙质胶结起伏粗糙≦3胶结软岩分离起伏粗糙≦3（无充填时）无充填或岩块、岩屑充填硬岩或较软岩结合差与很差分离起伏粗糙≦3干净无充填软岩分离平直光滑≦3（无充填时）无充填或岩块、岩屑充填各种岩层分离平直光滑岩块、岩屑夹泥或附泥膜各种岩层分离平直光滑、略有起伏泥质或泥夹岩屑充填各种岩层分离平直很光滑≦3无充填各种岩层结合极差结合极差－－泥化夹层各种岩层类型结构面基本状况试验结果结构面描述抗剪断峰值强度c/MPafφ(°)１铁硅钙质胶结结构面，起伏粗糙、张开度<=3mm，硬岩或较软岩岩壁角砾方解石、新鲜方解石胶结紧密，厚2～4cm，剪切面起伏差1～2cm。1.30~2.300.98~1.2444~51层间错动带剪切面光滑，钙质胶结（局部见少量粘土或泥膜），灰岩岩壁。1.05~1.061.03~2.1045~64方解石及钙膜充填的起伏粗糙面，灰岩岩壁。1.091.2150２铁硅钙质胶结结构面，起伏粗糙，张开度3~5mm，硬岩或较软岩岩壁砂岩岩壁、铁钙质（棕褐色岩屑）胶结紧密，剪切面粗糙,起伏差1~2cm,厚2~5mm。0.4090.70135.04砂岩岩壁、部分铁钙质(棕褐色岩屑)胶结,剪切面粗糙起伏差1~2cm，厚2~5mm。0.3750.77237.70铁硅钙质胶结结构面，起伏粗糙，软岩岩壁上下岩盘均为紫红色泥岩，其层理面较平整、较光滑，起伏差一般在5mm~20mm之间,局部为30mm~40mm左右,胶结较好.面微裂隙发育0.620.6432.62２续分离结构面，起伏粗糙，张开度<=3mm（指无充填结构面），无充填或岩块、岩屑充填，硬岩或较软岩岩壁灰质白云岩层面，剪切面粗糙、稍湿，几乎无填充，起伏差0.5～2cm。0.630.9342.8灰岩与灰岩层面结构面，剪面稍粗糙，稍湿，起伏差0～1.5cm。0.380..9744砂岩裂隙，基本无夹层，剪切面较粗糙，有擦痕，结构面厚1～3mm，起伏差1～1.5cm。0.2330.71735.66３分离结构面，起伏粗糙，张开度<=3mm，无充填，软岩岩壁岩壁为泥岩，基本无夹层，剪切面较粗糙，有擦痕，结构面厚1～3mm，起伏差1～2.5cm。0.2020.58830.48分离结构面，平直光滑，张开度<=3mm（指无充填结构面），无充填或岩块、岩屑充填，各种岩壁τ面11－3、11－6：微新闪云斜长花岗岩断层面，平直稍粗，夹1～5mm（3～10mm）厚灰色泥化物及磷片状岩屑。0.10~0.220.75~0.7836.89~37.97τ面11－4：灰绿岩脉与围岩接触面，一般平直稍粗，起伏差一般2～5mm。0.100.7035τ面11－5：裂隙面，微弯稍粗，附Fe、Mn质化皮，起伏差2～10mm。0.100.7536.89岩壁为砂岩，夹少量岩屑，剪切面基本平直，有擦痕，结构面厚1～3mm，起伏差1～2.5cm。0.2050.6332.17续３分离结构面，平直粗糙，岩块、岩屑夹泥或附泥膜，各种岩壁砂岩结构面，沿夹层面与砂岩接触面破坏，剪切面基本光滑，夹棕褐色泥质砂岩碎屑，部分呈粉末状，结构面厚5～10mm，起伏差5～15mm，有一定裂隙发育。0.08~0.1170.633~0.76632.33~37.83弱上闪云斜长花岗岩断层面，多为平直稍粗状，两侧风化碎屑厚5～15cm,中间夹0.3～0.5cm厚靡棱岩条带0.100.526.58页岩与页岩层间结构面，剪面平整、光滑，有厚约0～0.3mm泥膜充填，起伏差0~1cm。0.140.56329.38砂岩与页岩层面结构面，剪面较平整，局部有少量泥膜充填，起伏差0~1.5cm。0.100.61931.8灰岩与灰岩结构面，剪面光滑，少量泥膜充填，见水易软化，裂隙发育。（饱和状态）0.1090.63832.54４分离结构面，平直光滑，略有起伏差，泥质或泥夹岩屑充填，各种岩壁岩壁为风化砂岩，剪切面较光滑，擦痕明显，层面夹软塑状泥膜，厚0.5～1mm,剪切面下盘夹层厚2～3cm，呈薄片状，起伏差2～3cm，裂隙发育。0.0630.3117泥岩结构面，沿夹层面与泥岩接触面破坏，剪切面较光滑，棕褐色泥质充填，结构面厚2～5mm，起伏差1～2.0cm,有一定裂隙发育。0.03~0.0680.48~0.59325~31分离结构面，平直很光滑，张开度<=3，无充填，各种岩壁结构面为砂岩裂隙，全部贯通，无夹层面，平直光滑，张开度1～3mm，沿下层岩壁破坏，擦痕明显，起伏差1～2.0cm，有一定裂隙发育。0.056~0.0600.425~0.45123~24５结合极差的泥化夹层，各种岩壁强风化砂岩结构面，剪切面较光滑，擦痕明显，层面夹软塑状泥膜，厚0.5～1mm,剪切面下盘夹层厚0.5～3cm，呈薄片状，起伏差0.5～2cm，夹层为灰白色粉砂质粘土，含水量较高。0.013~0.0530.167~0.2038.84~12.533.3岩体结构面实用分类方法(1)结构面仍然分为五类，2、3、4类结构面是研究重点。(2)本次提出的分类方法分别考虑了结构面结合状况、起伏粗糙度、结构面张开度、充填状况、岩壁状况等5个因素，提出了更多的亚类。〔3〕水与结构面连通性影响在表的附录中考虑。起伏度：当≤1%，平直；1％<≤2%时，略有起伏，2％<时为起伏，其中，为连续结构面起伏幅度〔cm〕，为连续结构面取样长度〔cm〕，测量范围一般为1～3m。粗糙度：很光滑，感觉非常细腻如镜面；光滑，感觉比较细腻，无颗粒感觉；较粗糙，可以感觉到一定的颗粒状；粗糙，明显感觉到的颗粒状。(4)新标准的修改内容与理由1类结构面修改完善：将原有铁硅质胶结，修改为铁硅钙质胶结，但要求岩块为硬岩或较软岩，且张开度应控制在3mm以下。根本理由：从以往大量试验结果可知，对结合程度较好的钙质胶结结构面，抗剪强度试验值往往较高，可以到达Ⅰ类结构面。2类结构面经过补充于完善，具体将其细分为以下三种情况：1)对铁硅钙质胶结结构面，起伏粗糙，张开度>3mm的表述进行了一些限制，将张开度限制为3～5mm，岩壁为硬岩或较软岩。根本理由：本条根本同原标准。2)对结合较好的钙质胶结结构面，岩壁为软岩岩壁，起伏粗糙，张开度<3mm，也为2类结构面。根本理由：当岩壁是硬岩或较