考慮地震作用工況的建筑邊坡穩定性核算案例分析

廖昉，周康斌，郭微

（1中機中聯工程有限公司，重慶 400039；2重慶市勘測院重慶市巖土工程技術研究中心，重慶 400020）

0 引言

新版 《建筑邊坡技術工程規范GB50330-2013》（本文簡稱《建邊》）于2013年11月01日發布，2014年06月01日執行，本次規范調整邊坡的穩定性計算方法，在進行折線形滑動面穩定性計算時，由老版的傳遞系數顯式解法改為傳遞系數隱式解法。傳遞系數隱式解法也是現行《公路路基設計規范JTGD30-2004》的推薦計算方法。之前已有的工程經驗和研究表明，傳遞系數顯式解法在穩定性計算中無法處理中間計算條塊推力產生負值的情況，即上條塊是無法對下條塊產生拉力的，在出現負值的情況后，顯式解法得到的最終結果會有較大的誤差，大大減小最終計算出的剩余下滑力，對最終的支擋設計指導造成不合理的情況。而隱式解法的穩定系數是每條條塊單獨計算的，能夠將推力產生負值的條塊推力設置為零來避免負值推力往下傳遞。最終的穩定性計算結構，新版規范的調整后隱式法更為合理[1-2]。

新版《建邊》的穩定性評價中還新加入了在地震工況下的穩定性計算公式，很好的結合了傳遞系數隱式解法進行計算，在每個條塊的計算中考慮地震帶來的水平力。在山地建筑中，特別是對地震較敏感的地段進行補充地震工況下的穩定性驗算是非常有必要了，彌補了之前老版規范的不足[3-4]。

1 傳遞系數法基本理論

1.1 傳遞系數法

邊坡失穩一般是沿坡體內的軟弱結構面滑動，滑動面往往不規則。在這種情況下，常根據地質勘察結果，將滑動面轉化為折面，采用傳遞系數法來驗算邊坡的穩定性。這種方法是根據邊坡滑動時滑動條塊上的平衡條件，沿邊坡傾斜方向從上往下逐一求出上一條塊對下一條塊的推力，以最后一個條塊的推力來判斷邊坡的穩定性。

圖1 折線形滑面邊坡傳遞系數法計算簡圖

條塊i中心有重力作用Gi，其底面傾角為θi在條塊右側面上作用有一（i-1）條塊的不平衡推力Pi-1，（i-1）條塊滑面的傾角為θi-1，在左側面上作用有一（i+1）條塊對其的反作用力Pi（即i條塊的推力），（i+1）條塊滑面的傾角為θ(i+1)，。底部作用有法向反力Ni和切向反力Ti。根據平衡條件得：

式中：Pn為第n條塊單位寬度剩余下滑力（kN/m）；Pi為第i計算條塊與第（i+1）計算條塊單位寬度剩余下滑力（kN/m）；當Pi<0（i

在具體求解時需要試算，即先假定一穩定系數Fs，從邊坡頂部第1塊算起，求出它的推力P(i-1)，作為第1條塊給第2條塊的推力。再計算第2塊在原有荷載和P(i-1)的作用下的不平衡推力Pi。如此計算到最后一塊，如果該條塊在原有荷載及不平衡推力P(n-1)作用下，求得其穩定系數為Fs（即該塊的不平衡推力Pn為零），則即Fs為所求的穩定系數。如果不滿足，可根據Fn小于零或大于零適當增減原定的Fs值，重新計算，直至條件滿足為止。如果中間某一條塊產生的推力Pi<0則將Pi設置為0，本次的推力不做累計往下傳遞，從而避免了推力為負值的情況[1-2]。

1.2 地震作用的計算

對塌滑區內無重要建（構）筑物的邊坡采用剛體極限平衡法和靜力數值計算法計算穩定性時，滑體、條塊或單元的地震作用可簡化為一個作用于滑體、條塊或單元重心處、指向坡外（滑動方向）的水平靜力，其值應按式（1）和（2）計算：

式中：Qe、Qei為滑體、第i計算條塊或單元單位寬度地震力（kN/m）；G、Gi為滑體、第i計算條塊或單元單位寬度自重（含坡頂建（構）筑物作用）（kN/m）；αw為邊坡綜合水平地震系數，由所在地區地震基本烈度按《建邊》表5.2.6確定[3]。

2 工程實例

2.1 工程簡介

某工程為擬建綜合住宅小區，位于貴州省畢節市七星關區畢陽大道。場地地貌單元為巖溶谷地地貌；場地地形起伏大，標高1523.56～1567.71m，高差44.15m。因小區建筑功能需要，對前部進行開挖形成人工邊坡，坡腳擬建下部裙房上部塔樓的綜合樓，并且在第二臺階上需要修建25層住宅建筑（剪力墻結構，采用樁基礎），因形成后的邊坡對抗震敏感，在進行穩定性計算時需要地震力參與計算，確保邊坡穩定和建筑物的安全。根據地勘報告，該工程邊坡安全等級均為一級。

工程所在場地內無斷層構造通過，巖層呈單斜構造。出露地層有第四系耕土（0.30～0.60m）、下伏基巖為三疊系安順組中風化白云巖（T1a），傾向324o，傾角46o。該邊坡以巖質邊坡為主，為巖土結合邊坡。淺表為土層，土層與基巖層接觸面，呈折面，為最可能的滑動面，且順向坡沿外傾層面滑移。據區域水文地質資料，場地地下水類型主要為耕土和紅粘土中的上層滯水和巖溶裂隙水，場地地下水埋藏較深，附近無環境水流入，主要為大氣降水補給的地下水逕流區，水文地質條件簡單。工程典型剖面，如圖2所示。

圖2 典型工程剖面圖

2.2 滑坡機理分析及參數的確定

穩定性計算中必須首先確定邊坡的潛在滑動面，根據地勘報告結論及相關資料分析，該工程的潛在滑動面為土巖分界面，從典型剖面圖圖2可知土層層面外傾，且土體沿巖層接觸面結合較弱，在坡腳開挖后，原有坡腳巖土反力被釋放掉，必定發生順層滑動，在層面處形成潛在剪出口。

滑動層主要為紅粘土（QeL+dl），粘性較好，捻面細膩、光滑，厚5.20～11.20m，重度為16.90kN/m3，粘聚力為35.8kPa，內摩擦角為10.5o;其下為強風化至弱風化白云巖（T1a），巖芯呈砂狀、碎塊狀，厚0.30～0.80m，重度為23.50kN/m3，粘聚力為50kPa；內摩擦角20O?；瑒用娴恼尘哿?0kPa，內摩擦角為12.5°。

畢節市抗震設防烈度為6度，該工程建筑與邊坡結合較緊密，根據邊坡方案專家論證會意見，并根據《建邊》新增第7章“坡頂有重要建（構）筑物的邊坡工程”中的相關內容，在邊坡穩定性計算中需要考慮建筑物基礎對邊坡產生的不利影響。前側裙房和塔樓與邊坡及邊坡支擋結構脫縫處理，不影響邊坡。而后側塔樓整體落在邊坡上，塔樓設計采用樁基礎，豎向荷載通過樁身直接專遞到滑動面以下穩定基巖中，避免了垂直荷載直接作用到邊坡潛在塌滑體上，但由地震力產生的水平荷載依然會通過基礎傳遞到滑體上。地勘報告對該工程建筑的場地的認定為抗震不利地段，按論證會專家意見及依照《建筑抗震設計規范GB5001-2010》4.1.8條，在進行塔樓結構體計算的時候對地震影響系數放大1.6倍進行計算?？拐鹪O防三水準的設計目標為“小震不壞、中震可修、大震不倒”。邊坡的穩定性應保證建筑主體在大震情況下不倒塌，因此邊坡必須承受住建筑主體在大震時傳來的基底剪力。按專項論證會意見，在計算邊坡體的地震力影響時，按原設防烈度提高一度7度采用。

2.3 穩定性計算

穩定性計算采用《建邊》中附錄A的傳遞系數法隱式解法，條塊劃分按圖3所示。地震力影響按《建邊》中5.2.6-1式計算，綜合水平地震系數αw按《建邊》中表5.2.6 7度（0.10g）對應取0.025。該項目中，邊坡與建筑同步設計，在穩定性計算中，第9條塊會承受建筑基礎傳來的水平基底剪力，上部建筑基礎布置圖見圖4，根據結構已通過結構計算，得到SATWE大震（罕遇地震）下得到的基底剪力附加到水平力進行計算?；准袅Ξa生的單位寬度水平荷載為80kN/m。

支護結構采用樁板擋墻加預應力錨索進行支護，錨索間距4×4m，每根錨索張拉設計值770kN。在計算穩定性時僅考慮預應力錨索富余拉力對穩定產生的幫助。根據《建邊》錨索公式反算得到支護結構對最后一個滑塊產生的抗滑力為558kN/m。

無支護條件下的穩定系數通過《建邊》附錄A公式根據本文上一節所提到的方法反復回帶試算，當最后一個滑塊剩余下滑力為0的穩定系數為坡體的穩定系數Fs。支護條件下穩定性系數根據 《建筑邊坡工程鑒定與加固技術規范GB50843-2013》進行計算，帶入錨索產生的抵抗力R0=558kN/m，得到支護條件下的穩定系數。

圖3 條塊劃分示意圖

2.4 計算結果（表1）

表1 穩定系數結果

該工程因為前部建筑物基坑開挖會形成非常不利的潛在剪出口，通過穩定性計算可以得到一般工況下的穩定性系數Fs為0.61＜1，其狀態非常不穩定；在地震工況下情況更壞，穩定系數僅為0.56。在支護后穩定系數均滿足滿足規范要求（一般工況下一級邊坡穩定系數為1.35，地震工況下1.15）。

4 結論與建議

圖4 上部建筑結構基礎平面布置圖

本文結合工程實例，根據新《建邊》穩定性計算公式，在地震工況與支護條件下計算出穩定性系數。根據計算結果可以得到以下結論：

（1）采用傳遞系數隱式解法進行穩定性計算，在計算中可以有效處理滑塊為負值的情況，從而得到更為可靠的穩定性系數與剩余下滑力；

（2）地震工況下的穩定性系數為0.56，相比一般工況的穩定系數0.61降低明顯，地震所帶來的不利影響應在支護設計中予以考慮。但在支護結構設計時，地震工況下的穩定性系數不宜取得過高，事必會造成造價大幅增加。

（3）本文對建造在邊坡上的建筑結構進行大震工況下的計算，得出基底剪力產生的單位寬度水平荷載為80kN，其值對邊坡穩定性計算結果影響明顯，在支護結構設計時考慮該作用的影響。

[1]周海清，劉東升，陳正漢，等.基于傳遞系數法的滑面指標反算方法的研究[J].地下空間與工程學報，2010（6）：1161-1167.

[2]方玉樹.滑坡穩定性分析傳遞系數法的若干問題討論[J].工程地質學報，2007（5）：607-611.

[3]GB50330-2013建筑邊坡工程技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[4]GB50330-2002建筑邊坡工程技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[5]姜德義，朱合華，杜云貴.邊坡穩定性分析與滑坡防治[M].重慶：重慶大學出版社，2005.

[6]黃求順，張四平，胡岱文.邊坡工程[M].重慶：重慶大學出版社，2003.

[7]GB5011-2010建筑抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.