梅河口市城區(qū)段防洪堤防抗滑穩(wěn)定分析

蔣春林

（吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院，長春130021）

水工設(shè)計

梅河口市城區(qū)段防洪堤防抗滑穩(wěn)定分析

蔣春林

（吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院，長春130021）

以梅河口市城區(qū)段防洪堤防為例，選取堤防不利特征斷面，利用工程常用圓弧滑動法對其進行抗滑穩(wěn)定分析，針對安全系數(shù)不滿足要求的斷面，借助有限元分析軟件，利用強度折減法對其安全系數(shù)進行校核，并提出詳細的加高培厚工程措施，為其他工程提供借鑒。

梅河口市；堤防；抗滑穩(wěn)定分析；圓弧滑動法；強度折減法

城市堤防是實現(xiàn)沿河城市防洪安全的有力屏障［1-3］，對其進行抗滑穩(wěn)定分析具有重要意義。梅河口市地處吉林省東南部，輝發(fā)河上游，輝發(fā)河穿城而過，其中有灣龍河、梅河等匯入。據(jù)輝發(fā)河流域水文資料，城區(qū)段堤防為2級水工建筑物，防洪標(biāo)準(zhǔn)50年一遇。梅河口城區(qū)段堤防總長14.358km，其中右岸6.285km，左岸8.073km。為簡要闡明分析原理，選取右岸樁號34+494和36+525斷面為抗滑穩(wěn)定分析不利特征斷面，利用圓弧滑動法對其進行抗滑穩(wěn)定分析，借助有限元軟件，利用強度折減法對其進行校核［4-5］，最后提出工程處理措施，并期望為其他類似工程提供借鑒。

1 堤防抗滑穩(wěn)定分析

1.1 圓弧滑動法

圓弧滑動法是工程中常用的抗滑穩(wěn)定分析方法，反復(fù)假定可能滑動面，計算安全系數(shù)，得出安全系數(shù)最小的滑動面，為最危險滑動面。為避免贅述，僅對36+525斷面進行建模分析，如圖1（本文圖中統(tǒng)一高程單位：m，尺寸單位：mm；計算工況選為正常運行期）。

圖1 圓弧滑動法計算示意圖

圓弧滑動法安全系數(shù)計算公式：

式中 b為土條寬度（m）；W為土條重量（kN）；Q、V為水平和垂直地震慣性力（V向上為負，向下為正）（kN）；Mc為水平地震慣性力對圓心的力矩（kN·m）；u為作用于土條底面的孔隙壓力（kPa）；a為條塊的重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角（°）；c′、φ′為土條底面的有效凝聚力（kN/m2）和有效內(nèi)摩擦角（°）；R為圓弧半徑（m）。

34+494和36+525斷面尺寸及計算參數(shù)如表1。

表1 計算參數(shù)

34+494和36+525斷面圓弧滑動法計算結(jié)果如表2。

表2 圓弧滑動法計算結(jié)果

計算結(jié)果可知，36+525斷面臨水側(cè)不滿足要求，背水側(cè)滿足要求；34+494斷面臨水側(cè)和背水側(cè)都滿足要求。

1.2 有限元強度折減法

由于圓弧滑動法并未考慮土條間作用力，故利用有限元強度折減法對其進行校核。由于Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則（D-P準(zhǔn)則）不僅考慮了中間應(yīng)力對屈服強度的影響，又考慮了靜水壓力對屈服準(zhǔn)則的影響，對土體材料適應(yīng)性較強，故有限元分析中，采用D-P準(zhǔn)則。

堤防穩(wěn)定安全系數(shù)定義為抗滑力與滑動力之比。

計算公式為：

式（2）兩邊同除以K變?yōu)椋?/p>

式中 c為凝聚力（kPa）；φ為內(nèi)摩擦角（°）；σ滑動面正應(yīng)力（kPa）；τ滑動面剪應(yīng)力（kPa）；A滑動面面積（m2）。

以36+525斷面為例，有限元網(wǎng)格剖分如圖2。臨水側(cè)沉降分析（豎直向上為正），如圖3。

圖2 36+525斷面有限元網(wǎng)格剖分

圖3 36+525斷面臨水側(cè)沉降

不斷調(diào)整K值，計算不收斂時即得安全系數(shù)，通過堤防沉降發(fā)生突變時得到收斂點，繼而得到安全系數(shù)，如圖4。

圖4 36+525斷面臨水側(cè)最大沉降隨K值變化

針對圖4，對介于0.9和1間K值進行細化處理，得到近似突變點K值為1.09，故折減法確定近似安全系數(shù)為1.09。折減法所求安全系數(shù)略大于圓弧滑動法，但仍不滿足規(guī)范要求，校核結(jié)果一致。

2 堤防加高培厚處理

針對不滿足要求的斷面，需對其進行工程處理，通過加高培厚方式解決其抗滑不穩(wěn)定問題。具體方案如圖5。

圖5 36+525斷面加高培厚方案

斷面材料參數(shù)如表3。

表3 36+525斷面加高培厚材料參數(shù)

對加高培厚方案進行抗滑驗算，驗算結(jié)果如表4。

表4 36+525斷面加高培厚后抗滑穩(wěn)定計算

由表4可知，加高培厚方案滿足工程要求，可實現(xiàn)防洪要求。

3 結(jié)語

以梅河口城區(qū)段典型斷面抗滑穩(wěn)定分析為例，利用工程常用圓弧滑動法對其進行安全鑒定，對不滿足要求斷面，利用有限元強度折減法進行校核，并將沉降突變點作為折減系數(shù)確定判據(jù)，進而得到堤防斷面安全系數(shù)，其分析結(jié)果與圓弧滑動法一致。最后，對不利斷面進行加高培厚處理，并利用兩種方法進行安全校核。

［1］楊建榮.蕪湖市城市堤防管理體制改革實踐［J］.水利建設(shè)與管理，2008（11）：71-72.

［2］劉慧.城市堤防工程設(shè)計的體會與思考［J］.廣東水利水電，2004（2）：52-54.

［3］湯萬龍，楊玲，張浩，等.堤防改建工程的穩(wěn)定性分析［J］.中國水能及電氣化，2012（8）：17-20.

［4］黃碩鑫，郭莉輝，韓明峰，等.有限元強度折減法在邊坡安全系數(shù)計算中的應(yīng)用［J］.天津職業(yè)院校聯(lián)合學(xué)報，2015（6）：104-109.

［5］胡奇峰，李鵬飛，韓燕，等.基于強度折減法的邊坡穩(wěn)定性有限元工程實例分析［J］.河北建筑工程學(xué)院學(xué)報，2012（2）：37-40，60.

Anti-sliding stability analysis of flood control embankment for city section of Meihekou City

JIANG Chun-lin
（Water Conservancy and Hydropower Survey Design and Research Institute of Jilin Province，Changchun 130021，China）

Taking Meihekou city section of flood control embankment as an example， the circular slide method was used to analysis the anti-sliding stability of adverse characteristic sections that were selected.In view of the safety factor is not meet the requirements section， with the aid of finite element analysis software， the strength reduction method was used to check its safety factor.Finally， detailed heightening cultivates thick engineering measures were put forward， so as to provide reference for other projects.

Meihekou City； embankment； anti-sliding stability analysis； circular slide method； strength reduction method

TU441+.35

B

1672-9900（2015）06-0048-03

2015-09-10

蔣春林（1970-），男（漢族），廣東廣州人，工程師，主要從事水工建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計及補強加固研究，（Tel）13353102783。