论边坡的稳定系数与安全系数*
时间：2024-03-08
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论边坡的稳定系数与安全系数*
原创
成永刚
悠游2019
悠游2019
CYGYY2019
博士，教高，注册岩土工程师，中国岩石力学与工程学会地基与工程结构分会副理事长和滑坡与工程边坡分会理事，深部国重实验室顾问委员，中国土木工程学会非饱和土与特殊土常务委员和交通岩土工程委员，国际工程地质协会会员，中国国家公路建设项目评标专家。
很多规范和书籍中，对边坡的稳定度采用稳定安全系数，或采用稳定系数与安全系数混用的不合理表述。
其实，边坡的稳定系数与安全系数是两个不同的概念。
图1 安全系数与稳定性系数关系图
任何边坡都具有一定的稳定状态，即稳定系数。只要边坡的稳定度满足人类的活动的安全度需要，即稳定系数大于安全系数时，就可以不进行工程干预。如任何一个土质边坡，只要采用圆弧搜索法去搜索总会得到一个潜在滑面，但只有这个潜在滑面小于安全系数时，方才具有工程干预的意义。否则应就予以忽略，因为潜在滑面状态下的边坡稳定度满足对人类活动需要。
此外，当边坡的稳定度小于人为的安全度要求时，并不一定就会出现边坡失稳破坏，或许只是出现了一定的边坡变形。
如滑坡、边坡处于基本稳定、欠稳定状态时就可能出现边坡的不同程度的开裂，但边坡并未失稳。这时如果不进行工程干预，就可能随着边坡稳定度的不断下降，使量变突破质变的临界点时，就会产生失稳破坏的灾害。
2、边坡安全系数的选用
安全系数是在不同工况下，反映人对边坡稳定性要求程度的
安全储备量化值
。
这主要是考虑到边坡在使用年限范围内稳定度会随着时空转换不断衰减，为防止出现稳定度小于人为设定的安全界限产生安全隐患而特意设定的。
此外，为防止安全储备量化取值过高形成较大的经济成本压力，故边坡的安全储备也不宜过大。
换句话说，边坡的安全系数是一个满足人们使用要求的区间量化值。
安全系数受以下因素的影响。
1）对边坡所在地质体认识程度。
人类对地质体的认识的越透彻，对坡体的稳定性评价越接近真实情况，所选用的安全系数就越接近相应规范的下限值
，反之越接近
规范的下限值
。
2）边坡影响区内保护对象的重要程度。
边坡影响区内保护的对象越重要，发生灾害后产生的后果越严重，所选用的安全系数就越接近相应规范的上限值，
反之越接近
规范的下限值
。
如公路等级越高，边坡失稳的致灾后果就越严重，对边坡的安全系数选用就越高。再如高速铁路，对边坡的失稳和位移管控更为严格，故高铁边坡往往高度只有10m左右，技术人员就采用抗滑桩进行支挡防护，目的就是为了获得更高的安全冗余。当然，作为核电站场区所在的边坡，安全系数恐怕是达到了“大震不坏
”
的超高冗余。
3）人或自然因素对边坡的影响程度。
人或自然
因素对边坡的影响程度越大
，如爆破、强震、降雨丰沛、工程活动活跃地区等对边坡稳定性衰减影响较大地区的边坡，所选用的安全系数就
越接近相应规范的上限值
，反之越接近规范的下限值。
4）计算模型的选用不同影响。
对于同一个边坡，不同的边坡稳定性计算模型所得出的稳定度是有差异的，故应依据不同的计算模型选用不同的边坡安全系数。
如瑞典条分法计算所得的边坡稳定度明显偏于保守，而简化毕肖普法
计算所得的边坡
稳定度比较符合实现情况。因此，在采用这两者模型计算边坡的稳定度时，应分别选取不同的安全系数。
5）边坡的使用年限不同影响。
边坡的使用年限不同，选用的安全系数就相应不同。如临时性边坡为降低工程成本或减少工程浪费，只要边坡能满足短时间内的正常使用要求就可以取较小的安全系数。反之，作为永久性边坡，由于在使用期内对稳定性存 影响的有内因、外因较多，故选用的安全系数相应较高。
6）
边坡结构
面性质
按最不利考虑
，
暴雨工况
下
滑体取全
饱和等
状态
时，边坡的真实稳定度明显高于实际计算值，这时边坡的安全系数宜取小值。
边坡稳定度计算时没有考虑到坡体的卸荷松弛，此时反算时所得的C、Φ值往往为当前状态下的“峰值”。这在后期边坡开挖、降雨、震动、钻孔、抗滑桩施工等扰动后，其
C
、
Φ
值
必然会出现不同程度的下降。故在边坡安全系数选用时应依据现场施工环境予以考虑。
7）其它如经济实力、工期要求、边坡高度等也会对边坡安全系数的选用产生一定的影响。
3、边坡安全系数的应用
1）边坡安全系数的应用包括边坡的整体稳定性和局部稳定性均满足相应规范的安全系数要求，这就是高边坡加固时要求采用“固脚强腰、分级加固，兼顾整体与局部”理念的原因。
2）任何一个边坡，无论其稳定性如何，都存在潜在滑动面。但只要边坡的潜在滑动面满足规定安全系数的正常使用要求，就可以不采用工程干涉；而如果边坡的潜在滑动面不能
满足规定
安全系数
要求
时，就应采用工程干涉使边坡的稳定度达到一定的安全系数。
3）当边坡的稳定度不满足相应规定的安全系数要求时，就应进行工程干涉。其衍生出来的边坡加固力度或规模，是人们对边坡稳定度满足安全度的一种“焦虑和索取”反映。不同行业对边坡致灾后果的
“焦虑
和索取
”
是不一样的。
“焦虑
”
越大，安全系数就越大，反之亦然。
对于
“焦虑”
，如电站大坝的坝肩边坡就具有较高的安全系数，其除了对边坡稳定度有较高的要求外，对边坡位移也具有严格的控制。这时边坡的安全系数就是稳定性和变形位移的综合反映。相反，低等级公路，只有相对较低的边坡稳定性安全系数要求，而没有变形位移要求。
对于“索取”
，如露天采矿时为了获得更多矿产，就在陡坡、深挖降低边坡稳定度的情况下，通过设置工程加固措施进行补偿而达到一定的安全储备。这时的边坡工程干涉就直接与经济利益挂钩。
总之，边坡的安全系数与稳定系数是两个不同概念，安全系数的选用是在确保边坡安全、经济为主，兼顾环保、人文等因素的一个综合考虑的结果，体现了人们对边坡稳定性的
“焦虑和索取”
程度，是一个动态变化的数值。因此，边坡在后期使用期间应进行定期评估，确保边坡的稳定性能满足人类对边坡稳定性的期望值。
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1、边坡稳定系数与安全系数的关系
稳定系数指边坡在自然状态下的稳定度，是一种自然属性，不以人的意志而改变。 安全
系数 是 稳定系数发展历程中，人为量化、规定的满足人类特定需求的安全度指标， 具有人为 属性 ，与人类对边坡稳定度的认知、焦虑和索取程度具有密切的关系，具有因 人的意志而 有所调整的特点。其中， 不影响 人类活动的 边坡稳定 性 就不存在 安全系数的 概念。 但稳定系数与安全系数两者者不是恒定不变的，而是一个随着时空转换不断变化的数值。它们之间具有一定的关联，即稳定系数高的边坡，其安全系数也相应较高，反之亦然。 当然，边坡的安全系数不仅仅是边坡的稳定，它是一个综合概念。如软弱地基上的路堤安全系数就包括了路堤的沉降和路堤的稳定性两个概念。路堤的沉降量过大影响路堤边坡的稳定，或沉降差过大影响行车安全时，均需要进行工程干预。 此外，不同的行业对沉降的“焦虑”是不一样的。 如高速公路软土普通路堤的工后沉降量要求不大于30cm，对于沉降差在路基设计规范中并没有明确规定，而只在路面养护规范中有不大于0.5%而不影响行车舒适性的要求；高速铁路无渣轨道的普通路堤 工后 沉降 量 要求 不大于 3 cm，且沉降差规定不得大于0.075%，以确保高铁的行车安全需求。
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