堤防工程邊坡穩定性分析及應用

邱任華

（江西省南昌縣長樂聯圩河道堤防管理站）

0 引言

邊坡失穩為日積月累發生的問題，對邊坡穩定性進行維護需做到未雨綢繆。而且邊坡失穩為多類因素導致產生，不一樣因素需有相關解決措施。除相應工作人員依據規定對于邊坡的例行安檢以外，還需要對于不一樣失穩問題有針對性應對方案。不然邊坡失穩會使得堤防工程發生損壞，帶來嚴重經濟損失，有的還會導致人員傷亡問題發生。因此對于堤防邊坡的穩定性研究分析是極為關鍵的。

1 穩定性導致破壞型式

第一，在堤防邊坡建造的時候，所采用的材料是砂料和細砂等時，通常會造成失穩問題發生，是由于飽和砂料于一些狀況之下其體積將變小，會導致孔隙間水無法在短時間內流出去，而且其中有效應力會變為孔隙壓力，這個時候砂料抗剪強度下降就會導致流動問題發生。液化將會于短時間之內飛快出現，就像是自然災害以及發生爆炸情況之下出現。

第二，塑性流動一般是發生于壩基與軟粘土壩中，指的是在土料抗剪強度比剪應力大或是邊坡變形程度比較大時，壩坡還有壩腳的地基土無法承受巨大荷重而導致沉陷問題或是有裂縫等多種問題發生。

第三，在邊坡角度過陡或是所運用土料的抗剪強度極小時，將會有滑面以外土壤滑動發生，從而產生坍塌問題。在壩基土壤的抗剪強度較小時，將會導致壩基與壩體同時有滑坡問題出現。假如存在軟弱層情況之下，通常就會在這個層上出現。

2 邊坡穩定的分析措施

2.1 極限平衡的理論

通常所運用邊坡穩定性剖析措施為極限平衡方式。極限平衡方式由于原理容易理解，且計算方法是較為簡單的，因此于堤防工程的穩定性剖析當中得到廣泛運用。這類理論原理為首先假設存在某滑裂面有不穩定問題發生，經靜力平衡條件以及摩爾-庫侖的破壞準則對有可能出現滑動機率的大小進行計算，利用相同措施對于隨機選取的滑動面進行分析。并對不一樣滑動面的失穩概率或安全系數大小進行研究，最終選取安全系數較小或失穩概率極大的，為最有可能有不穩定性滑動面發生的。這類分析措施為瑞典K.E.Pettersson等學者分析研究得到，于Fellenius等多個學者進行改良以后發展得到成熟分析措施。于眾多堤壩項目建筑進程當中，這類措施運用率較高且效果是比較好的。

2.2 塑性極限剖析

塑性極限剖析措施為Drucker 等學者于1952 年所提出。這個措施最為突出方面為把材料應力-應變關系列進剖析范圍之中。把極限條件以下外荷重還有自重做功和滑裂面以上阻力消耗功相同作為條件，而且和塑性極限剖析中上、下限定理來求邊坡極限的荷載與安全系數。塑性極限剖析并不是與全部狀況相適應，由于應用這個理論實施剖析的時候假設條件與真正斜坡巖土體彈塑性間將會有不同問題發生，所以于一些項目當中運用這類措施會造成誤差比較大的問題出現。因此塑性極限剖析措施還需得到進一步完備。

2.3 有限單元措施

塑性極限剖析以及模糊極值的理論把土體是完全塑性的時候應力-應變關系給考慮進剖析當中，不過沒有對于現實非線性聯系實施考慮，而且沒有對于變形以及穩定性間的聯系實施剖析。不過有限單元措施可以把非線性的本構關系進行考慮，把各個單元變形以及應力計算出來，再經過其強度指標大小找尋失穩地區與失穩范圍情況，經過整體與部分破壞結合方式，來找到有邊坡不穩定發生的位置，最終經過力平衡關系來對堤防邊坡穩定系數進行相應計算。

3 擋土墻工程

岸坡整治主要措施為護岸和護坡，新建漿砌塊石擋墻固腳17.20 km，塊石固腳0.71 km，干砌石護坡0.31 km，混凝土空心預制塊植草護坡84542.40 m2，其結構設計如下。

3.1 擋土墻設計

本次設計擋墻均采用漿砌塊石擋墻，設計級別按5 級，其結構形式簡單、取材容易、施工方便，有良好的抗沖刷能力。其擋墻設計結構型式如圖1所示。

圖1 漿砌塊石擋墻結構示意圖

擋墻由C15混凝土加塊石現澆而成，墻頂寬50 cm，面坡豎直，背坡坡度為1∶0.40，墻趾高60 cm，每隔10 m 設置伸縮縫和沉降縫，縫寬2 cm，縫內填塞聚乙烯泡沫板或三油二氈，擋土墻每5 m 設置排水孔，排水孔為Φ50 的PVC 管，排水孔進口碎石外包土工布，并鋪設50 cm×50 cm×50 cm 碎石反濾層，擋墻基底鋪設厚10 cm C15混凝土墊層。

抗滑穩定計算：

式中： Kc—抗滑穩定安全系數；ΣW—作用于墻體上的全部垂直力的總和（kN）；ΣP—作用于墻體上的全部水平力的總和（kN）；f—底板與堤基之間的摩擦系數。

抗傾覆穩定計算：

式中：Ko—抗傾覆穩定安全系數；ΣMV—抗傾覆力矩（kN·m）；ΣMH—傾覆力矩（kN·m）。

基底應力計算：

經計算，在河槽內無水，墻后為飽和填土的最不利工況下，典型斷面混凝土擋墻的抗滑穩定、抗傾覆穩定、基底應力值計算結果見表1。

表1 計算成果表

根據《水工擋土墻設計規范》（SL379-2007）要求Kc≥1.20，Ko≥1.40，計算結果滿足要求，地基允許承載力220 kN/m2，滿足要求。

按《河道整治設計規范》（GB50707-2011）附錄B.2 沖刷深度公式計算，沖刷深度最大值為砂卵石層以下0.47～0.59 m，結合地勘建議的持力層和滿足沖刷深度要求，本次設計擋墻基礎埋深至砂卵石層以下0.60 m。

3.2 混凝土空心預制塊草皮護坡

工程護坡采用型式混凝土空心預制塊草皮護坡，預制塊采用空心六角塊，厚20 cm，C20混凝土澆筑，詳見圖2。

護坡起（止）端、底部設現澆混凝土齒槽封邊，頂部設混凝土壓頂；預制混凝土護坡下鋪筑一層砂卵石墊層。磚的空心部分回填適宜植物生長的黏性土，再種植草皮。植被應選用適宜當地生長的草皮，鋪種前對岸坡基面清理平整、平順，坑、溝應回填密實。岸坡根據實際地形整坡，坡比不陡于1∶2。鋪植應保證草皮厚度≥3 cm，后期應澆水、養護，保證草皮成活率。

4 探究課題提議

堤壩工程為多點面的工程，由于堤防受到地質方面、歷史以及洪水等多個因素作用，導致堤防損壞原因類型是非常多的，其中的堤防邊坡塌陷問題為堤防加固項目當中看到最多的類型，對之前所發生險情以及當前堤防的樣子進行總結，對堤防邊坡的穩定性實施分析。不一樣邊坡穩定的解析措施對堤坡平穩性進行不同解釋，而且獲得了量化指標，并有針對性提出相應加固措施，對于加固措施進行驗證是能夠應用的。長時間來，假設條分法以及滑動面一直均為利用極限平衡當做基礎邊坡平穩分析措施的根本思路以及前提條件，這種解析措施取得非常大的成就，于邊坡穩定的解析當中發揮著極為關鍵的影響。這種解析措施沒有對材料應力以及應變關系進行思考，計算得到安全系數僅僅為滑裂面可以安全時平均數，獲得滑條條間力與底面反力也并不是變形進程當中真正存有的。

圖2 空心預制塊大樣圖

5 堤坡強化牢固措施的選取

查到堤坡失穩關鍵的原因為堤坡除險加固的關鍵流程。查明事故所出現的因素之后，采取對應項目方式對于病險位置實施加固處理，采取加厚加高，使堤防密實度提升方式，或蓋重等多種措施使得防止堤身與堤基滲透損壞水平提升。除險加固措施制定之前應當依據前面說到的邊坡失穩分類措施，來對滑坡實施分析以及滑坡種類判定。除此之外，應當仔細查看滑坡表面為什么情況，上面裂痕長度，滑坡縫隙特征，下挫高度，還有裂縫的寬度與深度。最后判別出滑坡為底層處的滑動還是范圍滑動。

6 結語

堤防工程穩定性以及安全性于建造進程當中遭受了多種不一樣原因的作用。文章關鍵是對于邊坡的穩定性所帶來影響型式當做切入點，對于影響穩定性原因進行分析，對于幾類邊坡穩定性分析措施在不一樣層面的利弊進行研究，簡單地闡述相應方法的運用。望對于邊坡的穩定性研究分析有一些幫助。