林華鋼

（珠海市堤圍管理中心 廣東 珠海 519000）

海堤是我國沿海地區(qū)防洪工程體系的重要組成部分，海堤邊坡穩(wěn)定是海堤建設(shè)與管理中重點解決的問題之一，是巖土工程領(lǐng)域基本而重要的課題，在公路、水利、港口工程中經(jīng)常碰到。沿海地區(qū)地基均為軟土，具有承載力低、變形大的特點，海堤在自重和水壓力等荷載作用下容易發(fā)生局部或整體失穩(wěn)，因此海堤的邊坡穩(wěn)定是工程中的重要環(huán)節(jié)。

1 工程概括

草塘灣海堤位于珠海市金灣區(qū)三灶鎮(zhèn)，保護著珠海機場、吉林大學(xué)珠海校區(qū)、機場快速公路等重要基礎(chǔ)設(shè)施,對保護區(qū)內(nèi)人民生命財產(chǎn)和社會穩(wěn)定發(fā)揮著極其重要的作用。

草塘灣海堤全長3013m，屬于2級堤防，工程防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為五十年一遇設(shè)計高潮位2.41m，五十年一遇設(shè)計低潮位-2.00m。海堤為斜坡復(fù)式結(jié)構(gòu)斷面形式，結(jié)構(gòu)護砌采用砌石、鋼筋混凝土等材料。海堤設(shè)計堤頂高程為4.00m，寬度為5m，外坡坡度分兩部分，平臺上部坡度為1∶2.5，平臺下部坡度為 1∶4。

2 穩(wěn)定計算原理及方法

2.1 穩(wěn)定計算原理

邊坡穩(wěn)定性分析方法主要有極限平衡理論、塑性極限分析、模糊極值理論和有限單元法等，其中以極限平衡理論在實際工程應(yīng)用較多。極限平衡理論只考慮默爾庫倫破壞準(zhǔn)則和土的靜止平衡條件，把滑動土體進行條分，通過分析土體在極限狀態(tài)下土體破壞那一刻土條受的靜力平衡和力矩平衡來分析邊坡的穩(wěn)定性。極限平衡理論以簡布法、瑞典法、簡化畢肖普法等為代表的條分法，可用于均質(zhì)或非均質(zhì)土坡的穩(wěn)定計算。

本文海堤邊坡穩(wěn)定計算研究采用的是極限平衡法中簡布法。簡布法是一種同時滿足靜力平衡和力矩平衡的極限平衡法，假設(shè)土體破壞面是非圓弧形，根據(jù)土條的平衡條件求出土條間作用力，根據(jù)推力作用線來求出法向力的作用點，計算各土條之間的切向條間力等于零，再修正穩(wěn)定系數(shù)。

簡布法安全系數(shù)的公式為：

表1 C T 1+500斷面土層物理參數(shù)取值

式中，ci為土體凝聚力，φ為土體內(nèi)摩擦角，Wi為第 i個土條重量，bi為第 i土條寬度，θi為第i土條底部的傾角。

聯(lián)合上式，利用迭代法可以求得普遍條分法的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fs。

2.2 穩(wěn)定計算方法

邊坡穩(wěn)定計算采用是應(yīng)用邊坡穩(wěn)定性分析軟件Geo-slope。第一步是應(yīng)用Seep子程序進行暫態(tài)滲流計算，求出不同時間下的滲流場。第二步是把滲流場中的水頭值輸入到邊坡穩(wěn)定性分析軟件Geo-slope中，應(yīng)用條分法求出滑動體的穩(wěn)定性系數(shù)。應(yīng)用軟件Geo-slope進行邊坡穩(wěn)定計算的關(guān)鍵是如何使Seep子程序中的有限元水頭值轉(zhuǎn)到Geo-slope中，首先將Seep子程序中的有限元網(wǎng)格引入到Geo-slope程序，建立新的穩(wěn)定性分析模型，在每一個潛在的滑動面上找出土條的底面中心點和相應(yīng)的土體單元，利用Seep子程序傳遞給Geo-slope程序所有的節(jié)點水頭信息，Geo-slope程序找到各土條底面中點在其單元中的相對坐標(biāo)及其相應(yīng)的插值函數(shù)矩陣，計算底面中心點處的水頭值。

3 邊坡穩(wěn)定計算

本研究選取CT1+500典型斷面進行穩(wěn)定計算。穩(wěn)定計算目的是找出最危險滑動面，得出穩(wěn)定安全系數(shù)。

3.1 計算模型

根據(jù)工程勘查資料，邊坡穩(wěn)定計算分析模型劃分為6個材料區(qū)域，即新填土區(qū)域、人工堆積土區(qū)域、淤泥區(qū)域、泥沙區(qū)域、淤泥粉質(zhì)粘土區(qū)域和粉細(xì)砂區(qū)域。

3.2 計算工況

計算工況包括設(shè)計高潮位工況和設(shè)計高潮位快降工況。高潮位工況時臨水坡水位線高度2.41m，背水坡地表水位線高度0.00m。設(shè)計高潮位快降工況時臨水坡水位線高度2.41m，背水坡地表水位線高度0.00m，水位從2.41m快速降落到-2.00m，使用時間為6小時。

3.3 計算參數(shù)

海堤邊坡穩(wěn)定計算主要針對臨水邊坡，主要考慮設(shè)計高潮位工況和設(shè)計高潮位快降兩種不利工況，涉及的參數(shù)有：抗剪強度指標(biāo)C和φ，干容重γd，濕容重γw，飽和容重γsat。土層物理力學(xué)指標(biāo)取值見表1。

4 計算結(jié)果和分析

海堤計算剖面的抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果見圖1、圖2。由計算結(jié)果知：

（1）海堤在高潮位工況下，滑坡發(fā)生在背水坡。海堤在高潮位驟降工況下，滑坡發(fā)生在臨水坡。高潮位驟降工況下計算所得安全系數(shù)較高潮位工況小，即說明高潮位驟降工況比高潮位工況危險，與海堤滑動經(jīng)常發(fā)生在高潮退潮過程時的實際情況吻合。其原因為水位快降后的浸潤線較高，不利于海堤穩(wěn)定的孔隙水壓力較大，因此水位快降工況的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)小于高潮位工況。

（2）草塘灣海堤為2級建筑物，《廣東省海堤工程設(shè)計導(dǎo)則（試行）》規(guī)定，設(shè)計高潮位情況的背水坡和設(shè)計高潮位驟降情況的臨水坡的海堤整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.25。顯然，已完建的草塘灣海堤加固達標(biāo)工程海堤整體抗滑穩(wěn)定安全性滿足規(guī)范要求。

計算結(jié)果表明，海堤在設(shè)計高潮位工況和設(shè)計高潮位快降工況均能滿足要求，具有良好的邊坡穩(wěn)定性，不會發(fā)生邊坡穩(wěn)定破壞。陜西水利

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