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《海堤結構型式及抗滑穩(wěn)定性計算分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、海堤結構型式及抗滑穩(wěn)定性計算分析毛昶熙段祥寶毛佩郁張士君周驥(南京水利科學研究院)(浙江省水利廳)摘要本文在東南沿海的海堤結構型式及有關潮位、波浪和海淤土強度的資料基礎上，進行了非穩(wěn)定滲流有限元法計算，以及在潮位和波浪作用下的抗滑整體穩(wěn)定性計算分析。比較了單圓弧滑動和復合圓弧滑動以及加筋抗滑的有限元法計算結果，認為海淤軟基抗滑計算以復合圓弧更為合理，斜坡式比直立式海堤的抗滑穩(wěn)定性稍好，結合三防(防浪、防沖、防滲)考慮，當以帶平臺的復式斷面海堤結構型式為好，但仍應因地制宜。關鍵詞海堤，結構型式，穩(wěn)定分析，潮位變化，波浪沖擊，滲流，有限元法。1海堤結構型式?
2、??海堤結構型式有斜坡式、直立式和帶平臺復式斷面3種，文獻[1]從消浪防沖觀點推薦了帶平臺的斜坡復式斷面加反弧防浪墻的結構型式，但影響結構型式的因素很多，因地制宜至為重要。例如在海灘淤泥土上堆筑堤防，以斜坡土堤防滲、外加塊石護面防沖為宜；海淤土上的圍墾海堤以緩坡加平臺和兩邊壓載排滲為宜；地基較好、石料方便地區(qū)，則可建造接近直立墻式海堤或平臺消浪混合式海堤。浙江省海堤現狀可以概括為圖1所示的3種典型斷面結構形式[4]，并認為都是建造在海淤土上的。本文也將以此型式為計算分析研究對象，3種結構型式簡述如下： (1)斜坡式海堤采用的概化斷面見圖1(a)，護坡結
3、構為干砌塊石，護面厚為40cm，護面下為厚30cm的碎石過渡層，防浪墻頂高程10m，頂寬80cm，堤頂采用混凝土護面厚10cm，石渣墊層30cm厚。圖1海堤結構型式 (2)直立式海堤概化斷面見圖1(b)，干砌石防護墻。土方與石方間有60cm厚的過渡層。其余基本類同斜坡式堤。???(3)復合海堤式概化斷面見圖1(c)，平臺設在設計高潮位下40cm處，其頂部采用漿砌塊體補強，間隔留有干砌體保留縫隙供波浪水、氣進出。平臺下為1∶2.5的斜坡，平臺上部則采用1∶0.4的干砌石斜坡，石方與土方間用50cm厚石渣過渡。2研究內容和計算方法 水工建筑物設計建造是否
4、安全經濟，必須預先知道作用在建筑物上的水力條件，包括潮漲潮落、波浪沖擊和滲流破壞力以及排水固結過程等水的作用力。可是由于缺乏依據很少能完善地考慮這些力進行設計。本文只從滲流場計算分析研究堤身及堤基的穩(wěn)定性，波浪壓力及爬高則按照相近似海堤型式的水工模型試驗資料加以轉換引用，本文研究內容及其計算條件和方法如下。2.1潮漲落過程中的海堤滲流分析選用50年一遇高潮位6.9m，潮位周期為12.4h，最大潮差為6m，潮位曲線如圖2所示。計算時選取最高潮位時穩(wěn)定滲流場作為初始條件，以一個潮位周期后的流場作為分析資料。2.2波浪作用下海堤滲流分析選取最高潮位時穩(wěn)定滲流場
5、作為計算初值，然后考慮波浪向坡上爬高，再跌入波谷時流場分布。波要素也采用50年一遇重現期，波高H=2.30m圖2潮位曲線，周期T=6s.3s形成波峰，其波壓力根據文獻[2]中試驗資料，繪出沿墻面波壓力分布，以水頭值賦給單元結點上，再3s形成波谷，波谷以上坡面按自由滲出段。其中直立式海堤采用丁山海堤試驗資料，帶平臺的復式斷面采用蒼山門外塘試驗資料，斜坡式參照弧島水庫護坡試驗資料。各式堤坡上的波壓力分布如圖3所示。(a)(b)(c)圖3波壓力分布2.3滑坡穩(wěn)定性計算上游坡計算潮落時或波谷時的邊坡穩(wěn)定性，下游坡則計算高潮位時穩(wěn)定滲流場或波峰時非穩(wěn)定流作用下的背
6、水坡的穩(wěn)定性，也計算了無滲流作用時上下游邊坡的穩(wěn)定性。各種土的土力學指標和參數系數、給水度見表1.表1各土層土力學指標土層滲透系數k容重γ1浮容重γ'1凝聚力C摩擦角φ給水度/(cm/s)/(t/m3)/(t/m3)/(kg/cm3)/°μ淤泥質粘土10-61.81.00.1160.002淤泥10-51.60.90.180.002塊石1002.01.10400.3濾層10-22.01.10400.15 計算采用有限單元法程序UNSST(UnsteadySeepageandStability)，按照非穩(wěn)定滲流過程結合滑坡計算尋找最危險滑弧的安全系數。由于
7、海淤土抗滑性很差，經常沿堤底淤泥層滑坡，如圖4所示。因此除單一圓弧滑動外，還計算比較了復合圓弧滑動?！ ￡P于單圓弧滑動有限單元法計算公式，其安全系數為[7]（1）式中R——滑弧半徑；Δ——三角形單元面積；α——單元形心的半徑與鉛垂線所成的角度；α'——單元形心向下與滑換點的半徑與鉛垂線所成的角度；r——單元形心到滑動圓心的半徑距；γ——水的容重；γ1——土的容重，飽和區(qū)取浮容重，滲流自由面以上非飽和區(qū)取自然容重；Jx、Jz——滲流區(qū)土體單元沿x、z方向的滲透坡降分量；l——各土層中滑弧的長度；c'、φ'——土體有效強度指標。上式分子項為滑弧上的抗滑力矩，
8、分母為滑動土體的滑動力矩。上式直接應用了滲流場計算結果，把常規(guī)條分法計算側邊的表
