堤防工程边坡稳定性分析及应用

邱任华

（江西省南昌县长乐联圩河道堤防管理站）

0 引言

边坡失稳为日积月累发生的问题，对边坡稳定性进行维护需做到未雨绸缪。而且边坡失稳为多类因素导致产生，不一样因素需有相关解决措施。除相应工作人员依据规定对于边坡的例行安检以外，还需要对于不一样失稳问题有针对性应对方案。不然边坡失稳会使得堤防工程发生损坏，带来严重经济损失，有的还会导致人员伤亡问题发生。因此对于堤防边坡的稳定性研究分析是极为关键的。

1 稳定性导致破坏型式

第一，在堤防边坡建造的时候，所采用的材料是砂料和细砂等时，通常会造成失稳问题发生，是由于饱和砂料于一些状况之下其体积将变小，会导致孔隙间水无法在短时间内流出去，而且其中有效应力会变为孔隙压力，这个时候砂料抗剪强度下降就会导致流动问题发生。液化将会于短时间之内飞快出现，就像是自然灾害以及发生爆炸情况之下出现。

第二，塑性流动一般是发生于坝基与软粘土坝中，指的是在土料抗剪强度比剪应力大或是边坡变形程度比较大时，坝坡还有坝脚的地基土无法承受巨大荷重而导致沉陷问题或是有裂缝等多种问题发生。

第三，在边坡角度过陡或是所运用土料的抗剪强度极小时，将会有滑面以外土壤滑动发生，从而产生坍塌问题。在坝基土壤的抗剪强度较小时，将会导致坝基与坝体同时有滑坡问题出现。假如存在软弱层情况之下，通常就会在这个层上出现。

2 边坡稳定的分析措施

2.1 极限平衡的理论

通常所运用边坡稳定性剖析措施为极限平衡方式。极限平衡方式由于原理容易理解，且计算方法是较为简单的，因此于堤防工程的稳定性剖析当中得到广泛运用。这类理论原理为首先假设存在某滑裂面有不稳定问题发生，经静力平衡条件以及摩尔-库仑的破坏准则对有可能出现滑动机率的大小进行计算，利用相同措施对于随机选取的滑动面进行分析。并对不一样滑动面的失稳概率或安全系数大小进行研究，最终选取安全系数较小或失稳概率极大的，为最有可能有不稳定性滑动面发生的。这类分析措施为瑞典K.E.Pettersson等学者分析研究得到，于Fellenius等多个学者进行改良以后发展得到成熟分析措施。于众多堤坝项目建筑进程当中，这类措施运用率较高且效果是比较好的。

2.2 塑性极限剖析

塑性极限剖析措施为Drucker 等学者于1952 年所提出。这个措施最为突出方面为把材料应力-应变关系列进剖析范围之中。把极限条件以下外荷重还有自重做功和滑裂面以上阻力消耗功相同作为条件，而且和塑性极限剖析中上、下限定理来求边坡极限的荷载与安全系数。塑性极限剖析并不是与全部状况相适应，由于应用这个理论实施剖析的时候假设条件与真正斜坡岩土体弹塑性间将会有不同问题发生，所以于一些项目当中运用这类措施会造成误差比较大的问题出现。因此塑性极限剖析措施还需得到进一步完备。

2.3 有限单元措施

塑性极限剖析以及模糊极值的理论把土体是完全塑性的时候应力-应变关系给考虑进剖析当中，不过没有对于现实非线性联系实施考虑，而且没有对于变形以及稳定性间的联系实施剖析。不过有限单元措施可以把非线性的本构关系进行考虑，把各个单元变形以及应力计算出来，再经过其强度指标大小找寻失稳地区与失稳范围情况，经过整体与部分破坏结合方式，来找到有边坡不稳定发生的位置，最终经过力平衡关系来对堤防边坡稳定系数进行相应计算。

3 挡土墙工程

岸坡整治主要措施为护岸和护坡，新建浆砌块石挡墙固脚17.20 km，块石固脚0.71 km，干砌石护坡0.31 km，混凝土空心预制块植草护坡84542.40 m2，其结构设计如下。

3.1 挡土墙设计

本次设计挡墙均采用浆砌块石挡墙，设计级别按5 级，其结构形式简单、取材容易、施工方便，有良好的抗冲刷能力。其挡墙设计结构型式如图1所示。

图1 浆砌块石挡墙结构示意图

挡墙由C15混凝土加块石现浇而成，墙顶宽50 cm，面坡竖直，背坡坡度为1∶0.40，墙趾高60 cm，每隔10 m 设置伸缩缝和沉降缝，缝宽2 cm，缝内填塞聚乙烯泡沫板或三油二毡，挡土墙每5 m 设置排水孔，排水孔为Φ50 的PVC 管，排水孔进口碎石外包土工布，并铺设50 cm×50 cm×50 cm 碎石反滤层，挡墙基底铺设厚10 cm C15混凝土垫层。

抗滑稳定计算：

式中： Kc—抗滑稳定安全系数；ΣW—作用于墙体上的全部垂直力的总和（kN）；ΣP—作用于墙体上的全部水平力的总和（kN）；f—底板与堤基之间的摩擦系数。

抗倾覆稳定计算：

式中：Ko—抗倾覆稳定安全系数；ΣMV—抗倾覆力矩（kN·m）；ΣMH—倾覆力矩（kN·m）。

基底应力计算：

经计算，在河槽内无水，墙后为饱和填土的最不利工况下，典型断面混凝土挡墙的抗滑稳定、抗倾覆稳定、基底应力值计算结果见表1。

表1 计算成果表

根据《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）要求Kc≥1.20，Ko≥1.40，计算结果满足要求，地基允许承载力220 kN/m2，满足要求。

按《河道整治设计规范》（GB50707-2011）附录B.2 冲刷深度公式计算，冲刷深度最大值为砂卵石层以下0.47～0.59 m，结合地勘建议的持力层和满足冲刷深度要求，本次设计挡墙基础埋深至砂卵石层以下0.60 m。

3.2 混凝土空心预制块草皮护坡

工程护坡采用型式混凝土空心预制块草皮护坡，预制块采用空心六角块，厚20 cm，C20混凝土浇筑，详见图2。

护坡起（止）端、底部设现浇混凝土齿槽封边，顶部设混凝土压顶；预制混凝土护坡下铺筑一层砂卵石垫层。砖的空心部分回填适宜植物生长的黏性土，再种植草皮。植被应选用适宜当地生长的草皮，铺种前对岸坡基面清理平整、平顺，坑、沟应回填密实。岸坡根据实际地形整坡，坡比不陡于1∶2。铺植应保证草皮厚度≥3 cm，后期应浇水、养护，保证草皮成活率。

4 探究课题提议

堤坝工程为多点面的工程，由于堤防受到地质方面、历史以及洪水等多个因素作用，导致堤防损坏原因类型是非常多的，其中的堤防边坡塌陷问题为堤防加固项目当中看到最多的类型，对之前所发生险情以及当前堤防的样子进行总结，对堤防边坡的稳定性实施分析。不一样边坡稳定的解析措施对堤坡平稳性进行不同解释，而且获得了量化指标，并有针对性提出相应加固措施，对于加固措施进行验证是能够应用的。长时间来，假设条分法以及滑动面一直均为利用极限平衡当做基础边坡平稳分析措施的根本思路以及前提条件，这种解析措施取得非常大的成就，于边坡稳定的解析当中发挥着极为关键的影响。这种解析措施没有对材料应力以及应变关系进行思考，计算得到安全系数仅仅为滑裂面可以安全时平均数，获得滑条条间力与底面反力也并不是变形进程当中真正存有的。

图2 空心预制块大样图

5 堤坡强化牢固措施的选取

查到堤坡失稳关键的原因为堤坡除险加固的关键流程。查明事故所出现的因素之后，采取对应项目方式对于病险位置实施加固处理，采取加厚加高，使堤防密实度提升方式，或盖重等多种措施使得防止堤身与堤基渗透损坏水平提升。除险加固措施制定之前应当依据前面说到的边坡失稳分类措施，来对滑坡实施分析以及滑坡种类判定。除此之外，应当仔细查看滑坡表面为什么情况，上面裂痕长度，滑坡缝隙特征，下挫高度，还有裂缝的宽度与深度。最后判别出滑坡为底层处的滑动还是范围滑动。

6 结语

堤防工程稳定性以及安全性于建造进程当中遭受了多种不一样原因的作用。文章关键是对于边坡的稳定性所带来影响型式当做切入点，对于影响稳定性原因进行分析，对于几类边坡稳定性分析措施在不一样层面的利弊进行研究，简单地阐述相应方法的运用。望对于边坡的稳定性研究分析有一些帮助。