摘 要：堤防工程作為傳統(tǒng)的預(yù)防洪水的工程，能夠在關(guān)鍵時(shí)刻保護(hù)人類安危并且對(duì)國(guó)家的工農(nóng)業(yè)發(fā)展與生產(chǎn)都有著重要的作用。因此堤防工程的安全性十分重要。其中堤防工程邊坡是否安全穩(wěn)定與多種因素有關(guān)，例如堤防工程的質(zhì)量、當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)以及天氣氣候。在邊坡穩(wěn)定性管理中要做到因地制宜，不同的影響因素就要采用不同的加固方式。本文從影響邊坡穩(wěn)定性的因素分析開(kāi)始，同時(shí)又分析了幾種邊坡穩(wěn)定性的措施，為今后加固邊坡穩(wěn)定性提供了一些理論研究。

關(guān)鍵詞：堤防工程；邊坡；穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：TV223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）33-0169-02

1 引 言

邊坡失穩(wěn)是日積月累出現(xiàn)的結(jié)果，維護(hù)邊坡的穩(wěn)定性要做要未雨綢繆。同時(shí)邊坡失穩(wěn)是由多種原因造成的，不同的原因要有相應(yīng)的解決方法。除了工作人員按照規(guī)定對(duì)邊坡例行安全檢查之外，還要對(duì)不同的失穩(wěn)情況有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施。否則邊坡失穩(wěn)輕則提防工程損壞造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，重則就會(huì)造成老百姓家破人亡。所以對(duì)堤防邊坡穩(wěn)定性的研究就顯得尤為重要。

2 穩(wěn)定性造成破壞的形式

（1）當(dāng)建筑堤防邊坡時(shí)所采用的為細(xì)砂與砂料等易于發(fā)生液化的建筑材料時(shí)往往會(huì)導(dǎo)致失穩(wěn)，是因?yàn)轱柡偷纳傲显谝恍┣闆r下體積會(huì)變小，這就造成孔隙間的水沒(méi)辦法在短時(shí)間內(nèi)流出去，其中的有效應(yīng)力就會(huì)變成孔隙壓力，此時(shí)砂料的抗剪強(qiáng)度降低就會(huì)造成流動(dòng)現(xiàn)象的出現(xiàn)。液化會(huì)在短時(shí)間內(nèi)快速發(fā)生，例如在自然災(zāi)害地震或者有爆炸的情況下發(fā)生。

（2）塑性流動(dòng)通常是發(fā)生在軟粘土壩和壩基，是指當(dāng)土料的抗剪強(qiáng)度大于剪應(yīng)力或者邊坡的變形程度較大的時(shí)候，壩坡以及壩腳地基土沒(méi)辦法承擔(dān)巨大的荷重而造成沉陷或者出現(xiàn)裂縫等情況。

（3）當(dāng)邊坡的角度太陡或者所使用的土料抗剪強(qiáng)度特別小的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)滑面之外的土壤滑動(dòng)造成坍塌。當(dāng)壩基的土壤抗剪強(qiáng)度太小的時(shí)候，就會(huì)造成壩體和壩基同時(shí)發(fā)生滑坡。如果有軟弱層存在的情況下，一般就會(huì)在該層發(fā)生。

3 邊坡穩(wěn)定分析方法

3.1 極限平衡理論

以往大眾所使用的邊坡穩(wěn)定性的分析方法通常是極限平衡法。極限平衡法因?yàn)樵硪子诶斫?、?jì)算方法也比較簡(jiǎn)單所以在堤防工程穩(wěn)定性分析中廣為應(yīng)用。這種理論的原理是首先假設(shè)會(huì)有某個(gè)滑裂面會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，通過(guò)靜力平衡條件和摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則計(jì)算可能發(fā)生滑動(dòng)的機(jī)率大小，以同樣的方法分析隨機(jī)選擇幾個(gè)滑動(dòng)面。比較不同的滑動(dòng)面它們安全系數(shù)或失穩(wěn)概率的大小，最終選擇安全系數(shù)最小或者是失穩(wěn)概率最大的就是最可能出現(xiàn)不穩(wěn)定性的滑動(dòng)面。這種分析方式是瑞典的K.E.Pettersson和S.Hultin學(xué)者研究出的，在Fellenius（1927）、A.W.Bishop（1950）、Janbu、Sarma諸位學(xué)者的改良之后發(fā)展成為了成熟的一種分析方法。在大量堤壩工程建筑過(guò)程中，這種方法使用率高而且效果好。

3.2 塑性極限分析

塑性極限分析法是Drucker和Prager兩位科學(xué)家在1952年提出的。該方法最突出的方面是將材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系列入到了分析范圍當(dāng)中。將極限條件下的外荷重以及自重做功與滑裂面上的阻力消耗的功相等為條件，并與塑性極限分析的上、下限定理求出邊坡極限安全系數(shù)和荷載。塑性極限分析并非適合于所有的情況，因?yàn)檫\(yùn)用該理論進(jìn)行分析時(shí)假設(shè)的條件和真正的斜坡巖土體的彈塑性之間會(huì)出現(xiàn)不同，因此在一些工程中使用這種方法會(huì)導(dǎo)致誤差較大。所以塑性極限分析方法還需要科學(xué)家進(jìn)一步的完善。

3.3 模糊極值理論

因?yàn)橥ㄟ^(guò)塑性極限分析理論研究出的解答會(huì)在一定的范圍的模糊極值上下浮動(dòng)，所以孫君實(shí)就提出了一種叫做“滑動(dòng)機(jī)構(gòu)”的理念，同時(shí)證實(shí)了滑動(dòng)機(jī)構(gòu)耗散功能定理，把這個(gè)定理“模糊化”之后就能夠得到給定滑裂面的安全系數(shù)的模糊極大值定理。隨后將極大概念模糊化成滑體內(nèi)力狀態(tài)模糊狀態(tài)條件，建立出模糊的約束條件和函數(shù)，然后定義安全系數(shù)的模糊解集和最小的解集理論，進(jìn)而構(gòu)建土坡穩(wěn)定分析中的“極大中極小”的模糊極值理論。

3.4 有限單元法

塑性極限分析和模糊極值理論是將土體完全塑性時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系考慮到分析中，但是沒(méi)有對(duì)實(shí)際的非線性關(guān)系進(jìn)行考慮，也沒(méi)有對(duì)穩(wěn)定性和變形之間的關(guān)系進(jìn)行分析。但是有限單元法能夠?qū)⒎蔷€性本構(gòu)關(guān)系考慮進(jìn)來(lái)，將各單元的應(yīng)力和變形計(jì)算得出，然后通過(guò)強(qiáng)度指標(biāo)的大小找到失穩(wěn)的區(qū)域和失穩(wěn)范圍的狀況，通過(guò)部分和整體破壞相結(jié)合，找到發(fā)生邊坡不穩(wěn)定的地方，最后通過(guò)力的平衡關(guān)系計(jì)算堤防邊坡的穩(wěn)定系數(shù)。

4 方法應(yīng)用

4.1 實(shí)際滑裂面的確定

在我國(guó)的一些地區(qū)由于氣候與地質(zhì)原因會(huì)造成堤防工程發(fā)生滑坡的現(xiàn)象。對(duì)于滑坡問(wèn)題要加強(qiáng)重視同時(shí)在汛發(fā)生后要在第一時(shí)間快速解決，所以就要有明確的解決范圍。其中包含滑坡平面的大小和深度的大小。當(dāng)前在解決過(guò)程中往往是通過(guò)目測(cè)來(lái)確定會(huì)發(fā)生滑坡的位置的，而對(duì)滑坡位置的確定往往是通過(guò)探測(cè)和穩(wěn)定分析法結(jié)合確定的。

4.1.1 現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)法

在提防工程邊坡穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)中，通?？梢酝ㄟ^(guò)現(xiàn)場(chǎng)鉆探和十字板剪切兩種方法相結(jié)合來(lái)確定發(fā)生滑裂的地方。實(shí)際上，滑裂面可以看作是滑動(dòng)帶，因?yàn)槠渲械膬?nèi)土體經(jīng)常受到損壞所以強(qiáng)度受到損傷最后造成滑動(dòng)的發(fā)生。

4.1.2 穩(wěn)定分析法

當(dāng)出現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)難度系數(shù)較大的情況時(shí)，一般采用穩(wěn)定性分析的方法確定出現(xiàn)滑裂的位置。就是在提防工程處找到滑動(dòng)體的A、B兩個(gè)上下臨界點(diǎn)，然后通過(guò)圓弧滑動(dòng)法解析。如圖1，將A、B兩點(diǎn)連接起來(lái)后做垂線OE，在OE上隨意選取一個(gè)點(diǎn)Oi，以O(shè)i為圓心并以O(shè)iA長(zhǎng)為半徑，作圖得到的圓弧就是潛在的滑裂面。隨后，與Oi對(duì)稱的地方找到O′i和O″i，計(jì)算得出Fs上與Fs下，多次重復(fù)最后得到Fs上>Fs

4.2 滑坡反算

當(dāng)確定實(shí)際的滑裂面之后，當(dāng)造成滑坡的因素和滑坡荷載的情況是已經(jīng)知道的時(shí)候，可以通過(guò)反算即當(dāng)Fs=1時(shí)計(jì)算滑面的抗剪強(qiáng)度，為提防工程邊坡穩(wěn)定性提出合理的依據(jù)。

4.3 滑坡的整治和安全復(fù)核

提防工程的滑坡問(wèn)題在治理過(guò)程中有以下幾個(gè)方面：更換新的土壤材料、及時(shí)排水、建立支擋的框架等。在治理完成之后還要根據(jù)相關(guān)的條例進(jìn)行復(fù)查，做到防患于未然。一般條例不同，不同的工程類型所使用的計(jì)算方法和強(qiáng)度指標(biāo)也不一樣。一般來(lái)講穩(wěn)定檢查包括穩(wěn)定的滲流時(shí)間、施工時(shí)間和水位降落時(shí)間三個(gè)工況。要根據(jù)不同的情況選取相對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度指標(biāo)。不同的計(jì)算方法如下：

（1）總應(yīng)立法

Ⅰ施工階段：可以使用三軸不排水剪指標(biāo)，將下面公式（1）中的ci， i改為cui， ui就可以了。

F =M /M = （1）

i、ci為土條i中土的內(nèi)摩擦角和粘聚力；i、li為土條i底部滑面的傾角和長(zhǎng)度。

II水位降落時(shí)期：通過(guò)三軸固結(jié)不排水剪試驗(yàn)指標(biāo)，根據(jù)公式（1），得到Fs：

F =

（2）有效應(yīng)力法

有效應(yīng)立法往往是在穩(wěn)定滲流中使用，用三軸固結(jié)不排水剪實(shí)驗(yàn)得到有效應(yīng)力指標(biāo)ci， i′：

F =

在公式中，W1i-水位線上土條的重量；W2i-水位線下的土條的浮重量；Zi-坡外水體高于土條底面中點(diǎn)的距離；γw-水重度；如果通過(guò)公式得到的結(jié)果中，最小安全系數(shù)Fsmin如果滿足條例中的數(shù)值表明邊坡比較穩(wěn)定，如果不符合就要對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行加強(qiáng)，最后到Fsmin達(dá)到所規(guī)定的數(shù)值。

5 結(jié)束語(yǔ)

堤防工程的安全性和穩(wěn)定性在建造過(guò)程中受到多種不同因素的影響。本文主要是對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成影響的形式為切入點(diǎn)，分析了影響其穩(wěn)定性的因素，然后介紹了幾種邊坡穩(wěn)定性的分析方法從不同層面分析了不同的分析方法有什么樣的利弊，同時(shí)簡(jiǎn)單闡述了方法應(yīng)用。希望對(duì)今后邊坡穩(wěn)定性的研究提供一些幫助。

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收稿日期：2018-10-9

作者簡(jiǎn)介：曾秀芳（1980-），女，水利工程工程師，大學(xué)本科。

王 ?。?976-），男，水利工程工程師，大學(xué)本科。