梅河口市城區段防洪堤防抗滑穩定分析

蔣春林

（吉林省水利水電勘測設計研究院，長春130021）

水工設計

梅河口市城區段防洪堤防抗滑穩定分析

蔣春林

（吉林省水利水電勘測設計研究院，長春130021）

以梅河口市城區段防洪堤防為例，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定分析，針對安全系數不滿足要求的斷面，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；抗滑穩定分析；圓弧滑動法；強度折減法

城市堤防是實現沿河城市防洪安全的有力屏障［1-3］，對其進行抗滑穩定分析具有重要意義。梅河口市地處吉林省東南部，輝發河上游，輝發河穿城而過，其中有灣龍河、梅河等匯入。據輝發河流域水文資料，城區段堤防為2級水工建筑物，防洪標準50年一遇。梅河口城區段堤防總長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斷面為抗滑穩定分析不利特征斷面，利用圓弧滑動法對其進行抗滑穩定分析，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定分析方法，反復假定可能滑動面，計算安全系數，得出安全系數最小的滑動面，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）和有效內摩擦角（°）；R為圓弧半徑（m）。

34+494和36+525斷面尺寸及計算參數如表1。

表1 計算參數

34+494和36+525斷面圓弧滑動法計算結果如表2。

表2 圓弧滑動法計算結果

計算結果可知，36+525斷面臨水側不滿足要求，背水側滿足要求；34+494斷面臨水側和背水側都滿足要求。

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屈服準則（D-P準則）不僅考慮了中間應力對屈服強度的影響，又考慮了靜水壓力對屈服準則的影響，對土體材料適應性較強，故有限元分析中，采用D-P準則。

堤防穩定安全系數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變為：

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

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

圖2 36+525斷面有限元網格剖分

圖3 36+525斷面臨水側沉降

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

圖4 36+525斷面臨水側最大沉降隨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為1.09。折減法所求安全系數略大于圓弧滑動法，但仍不滿足規范要求，校核結果一致。

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

斷面材料參數如表3。

表3 36+525斷面加高培厚材料參數

對加高培厚方案進行抗滑驗算，驗算結果如表4。

表4 36+525斷面加高培厚后抗滑穩定計算

由表4可知，加高培厚方案滿足工程要求，可實現防洪要求。

3 結語

以梅河口城區段典型斷面抗滑穩定分析為例，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確定判據，進而得到堤防斷面安全系數，其分析結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］.水利建設與管理，2008（11）：71-72.

［2］劉慧.城市堤防工程設計的體會與思考［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計算中的應用［J］.天津職業院校聯合學報，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定性有限元工程實例分析［J］.河北建筑工程學院學報，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構設計及補強加固研究，（Tel）13353102783。