航道护岸工程堆土边坡稳定研究

发布时间：2022-03-14 15:25:43 浏览数：次

(南京市地下铁道工程建设指挥部，江苏南京 210008)
摘要：文章从极限平衡原理出发，针对不同的边坡坡度、堆土边距，研究了瑞典法计算江苏某航道护岸工程临界堆土荷载，分析比较了瑞典条分法和毕肖普条分法的差异，得出了在多层土稳定计算中毕肖普法比瑞典法的安全系数略大；边距大于7.0m时，堆土荷载对土坡稳定不造成影响的结论，为航道护岸建设提供参考。
关键词：边坡坡度；堆土边距；临界堆土压力；边坡稳定
中图分类号：U612.3 文献标识码：A 文章编号：[H TK]1007—6921(2009)07—0183—02

航道护岸工程基槽开挖侧面堆土时常发生滑坡失稳现象，从而影响施工进度，造成经济损失和安全事故。图 1为江苏某航道护岸工程，发生基槽边坡滑坡事故。本文运用瑞典条分法和毕肖普法，就土坡坡度、堆土边距、堆土压力等因素对护岸边坡稳定性进行了研究，提出相应的预防措施，可供相关人员参考。


1 工程概况

根据工程初步设计报告，最高通航水位为3.40m，最低通航水位为1.03m，常水位为1.57m。地质情况分布如下：① 粉质黏土及黏土：黄褐色，湿～饱和，一般呈软塑～可塑状态，局部呈硬塑状态，局部粉砂，含云母，铁锰氧化物斑点，偏高压缩性，分布较稳定。② 淤泥及淤泥质黏土：灰黑色，灰～深灰色，饱和，流塑状态，局部为软塑状态，无臭味或少许臭味，含少许贝壳，含云母及少量腐殖物，夹薄层粉土、粉砂，具高含水量，高压缩性，高灵敏性，该层埋深较浅，分布连续，厚度变化很大，分布较稳定。各土层厚度、重度、黏聚力及内摩擦角见表1。

基坑边坡断面见图2，其中，第一层土为粉质黏土及黏土；第二层土为淤泥及淤泥质黏土。


2 护岸堆土稳定性分析
目前，边坡稳定分析理论主要有极限平衡理论、塑性极限分析、模糊极值理论和有限单元法 ［1］。极限平衡理论又可分为两类：一类是将滑动土体作为一个整体来考虑，这类方法包括整体圆弧滑动法和Taylor图表法。另一类是条分法，就是将滑动土体分成许多个竖向的土条，考虑每一个土条的静力平衡，其中最著名、应用最广泛的是瑞典条分法和毕肖普条分法。本文同时运用瑞典条分法和毕肖普条分法，就堆土高度及堆土边距因素对护岸稳定进行研究，并比较两种方法的不同。
2.1 瑞典条分法护岸边坡稳定性
2.1.1 瑞典条分法基本原理。瑞典条分法假设滑动面为圆弧面，见图3［2］。不考虑条间作用力，任一土条的作用力有：土条自重G_i；滑面上的抗剪力T_i和法向力N_i。



式中：αi为土条i的滑动面与水平面的夹角；li为土条i在滑动面处的弧长；ci 为土条i滑动面上的粘聚力；φi为土条i滑动面上的内摩擦角；ri土条i的重度。
2.1.2 瑞典条分法应用。在验算护岸设计临界稳定过程中，仅分析土坡坡度、填土堆土边距和填土压力。计算时，取垂直截面1m长土坡作为计算单元，土压力力简化为均布力，土条宽度取0.25m，搜索圆心步长取0.25m，搜索半径步长取0.25m。假定不同土坡坡度，分别取1.4∶1、1.2∶1、1∶1、0. 8∶1、0.6∶1，验算护岸临界均布土压力与堆土边距的相互关系，计算结果见图4。

当坡度一定时，临界均步土压力与堆土边距成线形增长关系。对各数值点进行二次拟合，结果见表2，随着坡度的增加，与斜率成线性递减关系，相差在 0.2左右，线性相关系数为0.997、0.998。


2.2 毕肖普条分法护岸边坡稳定性
2.2.1 毕肖普条分法基本原理。
毕肖普条分法假定滑动面为圆弧面，它考虑了土条侧面的作用力，并假定各土条底部滑动面上的抗滑安全系数相同。
在图3中土条的竖向力的平衡条件为：
G_i-T_isinα_i-N_icosα_i=0 (9)
据摩尔-库伦理论，安全系数K；切向抗剪力Ti和有效法向反力Ni存在如下的关系：

将(2)式带入(1)得：

2.2.2 毕肖普条分法应用及与瑞典条分法对比。
为了与瑞典条分法计算结果进行对比，假定坡度为1.4∶1一种工况，分别采用毕肖普条分法和瑞典条分法计算土坡稳定安全系数，结果见表 3。

从表中的数据可以得知：在同等情况下，毕肖普条分法计算结果要大于瑞典条分法，这是因为毕肖普条分法考虑了土侧的作用力。随着堆土边距的增大，毕肖普条分法与瑞典条分法计算结果比值也相应地增加，当堆土边距为7m时，其比值高达1.23，这是由于土坡堆土距折坡点过远，其作用力对土坡稳定不造成影响，因此护岸基槽开挖，堆土边距应大于7.0m。
3 边坡稳定其他因素影响分析

降雨人渗是造成护岸工程中边坡失稳的一个重要原因［1］。降雨后，随着降雨时间的推移和雨水的人渗作用，边坡土体及可能存在的坡顶堆土土体的重度迅速增加，原本十分稳定的边坡就有可能因此而发生滑坡。降雨增加了坡和坡顶上增加若干附加垂直荷载，当附加垂直荷载超过边坡极限平衡状态的临界负荷时，边坡将发生滑坡失稳。

地下水对护岸边坡稳定的影响主要与其不稳定渗流有关。地下水位线位置、水位下降速度及边坡土体的渗透系数对边坡稳定都有影响。欲得到边坡的稳定系数，需确定浸润线的位置。对于深基槽边坡，当地下水位线最高点距坡底较低(不超过坡高的3/10～4/10)时，水位线的位置对安全系数影响不大［3］。
4 结论

土坡坡度一定时，护岸堆土容许荷载将与堆土边距成正比。

在同等情况下，毕肖普条分法计算得到的稳定安全系数要大于瑞典条分法，且随堆土边距的增大，它们计算结果比值也相应增加。

当堆土边距＞7.0m时，填土荷载对土坡稳定不造成影响。
［参考文献］
［1］仲南艳，殷晓明，王斐.航道护岸工程基槽边坡稳定研究［J］.水运工程，200 7，11(409)：80～86.
［2］卢廷浩.土力学［M］.南京：河海大学出版社，2002：199～206.
［3］张卫民，陈兰云.地下水位线对土坡稳定的影响分析［J］.岩石力学与工程学报，2005，24(2)：5319～5322.

相关热词搜索：护岸航道稳定工程研究