基于土压力系数计算的水闸加筋挡墙的稳定性分析

2021-11-24马猛

黑龙江水利科技 2021年11期

马猛

(辽宁省本溪水文局，辽宁本溪 117000)

0 前言

水闸在工程设计时需要对加筋挡墙的稳定性进行分析。常用的方法主要采用物理模型试验以及原位观测试验进行分析，从而水闸加筋挡墙的稳定性分析[1]。早期对于水闸加筋挡墙稳定性分析由于缺少定量分析方法，大都采用原位观测试验进行分析[2-6]，这种方式适合于小型闸坝的工程建设,而对于大中型闸坝建设由于试验成本较大，适用性不高。后期在国内一些大中型闸坝工程建设中，通过设计区域水流、土质分析，采用土压力系数进行闸坝稳定性的分析[7-15]，但该方法对于水闸加筋挡墙稳定性的研究还较少，众所周知，加筋挡墙是保持大中型闸坝稳定的关键所在，因此亟需对其加筋挡墙的稳定性进行分析，从而保障闸坝工程的权。为此文章结合土压力系数，以某中型闸坝为工程实例，对其加筋挡墙的稳定性进行分析，从而为其他大中型闸坝工程加筋挡墙的稳定设计方案提供重要参考价值。

1 土压力系数计算原理

土压力系数主要分析闸坝加筋挡墙受孔隙水的影响程度，计算公式为：

(1)

式中：Ka为土压力系数计算值；θ和φ分别为为加筋挡墙水平方向以及内摩擦角，°。当加筋挡墙纵向深度<6m，其土压力系数计算公式为：

(2)

式中：Ki为不同深度下的土压力系数计算值；Kj’为在静水压力作用下的土压力系数；Zi为不同加筋之间的水平距离，m，当加筋挡墙纵向深度>6m，其土压力系数计算公式为：

(3)

加筋挡墙在纵向和横向深度的压力计算公式分别为：

σzi=KiγZi

(4)

(5)

式中：q为静载压力负荷，kPa；Lc为挡墙静载受力面压力负荷宽度，m；Lci为纵向深度下的荷载扩散压力，kPa。在纵向和横向压力负荷计算的基础上，对其压力总负荷进行计算：

∑σEi=σzi+σai

(6)

式中：σEi为挡墙总负荷，kPa。在纵向距离不同方向下的拉力计算公式为：

Ti=∑σEi·Sy

(7)

式中：Ti为水平总的压力负荷，kPa。则其纵向深度的抗拔压力的计算公式为：

(8)

式中：Tpi为纵向抗拔压力荷载，kPa；f’为摩擦系数；bi为加筋挡墙计算单元宽度，m；Lai为加固深度，m。对加筋挡墙稳定性进行孔隙水下抗压强度的验证：

Tpi>γ0γR1γQ1Ti

(9)

式中：γ0为压力系数；γR1为调节系数；γQ1为强度折减系数。

2 实例应用

结合辽宁地区某中型闸坝建设为具有工程实例，分别采用充水试验方式对其稳定性系数进行分析和计算，孔隙水井水强度试验主要通过充水破坏试验进行分析和测定，透水度主要通过透水试验方式进行分析。

2.1 不同纵向深度下的稳定系数计算结果

对水闸加筋挡墙不同锚固深度下的稳定性系数进行计算，闸坝加筋挡墙不同锚固深度下的稳定系数计算值，见表1。

表1 闸坝加筋挡墙不同锚固深度下的稳定系数计算值

从水闸加筋挡墙不同锚固深度下的稳定系数计算结果可看出，其稳定系数随着锚固深度的增加而总体在0.369-0.531之间变化，变化总体稳定性较高。当锚固深度<1.4m后，其加筋挡墙稳定系数受静水压力影响有所增加。静水压力对加筋挡墙的影响也逐步降低，从而水闸稳定性得到一定程度的提升。当锚固深度>1.4m后，稳定系数达到最高值。