蒋春林

（吉林省水利水电勘测设计研究院，长春130021）

水工设计

梅河口市城区段防洪堤防抗滑稳定分析

蒋春林

（吉林省水利水电勘测设计研究院，长春130021）

以梅河口市城区段防洪堤防为例，选取堤防不利特征断面，利用工程常用圆弧滑动法对其进行抗滑稳定分析，针对安全系数不满足要求的断面，借助有限元分析软件，利用强度折减法对其安全系数进行校核，并提出详细的加高培厚工程措施，为其他工程提供借鉴。

梅河口市；堤防；抗滑稳定分析；圆弧滑动法；强度折减法

城市堤防是实现沿河城市防洪安全的有力屏障［1-3］，对其进行抗滑稳定分析具有重要意义。梅河口市地处吉林省东南部，辉发河上游，辉发河穿城而过，其中有湾龙河、梅河等汇入。据辉发河流域水文资料，城区段堤防为2级水工建筑物，防洪标准50年一遇。梅河口城区段堤防总长14.358km，其中右岸6.285km，左岸8.073km。为简要阐明分析原理，选取右岸桩号34+494和36+525断面为抗滑稳定分析不利特征断面，利用圆弧滑动法对其进行抗滑稳定分析，借助有限元软件，利用强度折减法对其进行校核［4-5］，最后提出工程处理措施，并期望为其他类似工程提供借鉴。

1 堤防抗滑稳定分析

1.1 圆弧滑动法

圆弧滑动法是工程中常用的抗滑稳定分析方法，反复假定可能滑动面，计算安全系数，得出安全系数最小的滑动面，为最危险滑动面。为避免赘述，仅对36+525断面进行建模分析，如图1（本文图中统一高程单位：m，尺寸单位：mm；计算工况选为正常运行期）。

图1 圆弧滑动法计算示意图

圆弧滑动法安全系数计算公式：

式中 b为土条宽度（m）；W为土条重量（kN）；Q、V为水平和垂直地震惯性力（V向上为负，向下为正）（kN）；Mc为水平地震惯性力对圆心的力矩（kN·m）；u为作用于土条底面的孔隙压力（kPa）；a为条块的重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角（°）；c′、φ′为土条底面的有效凝聚力（kN/m2）和有效内摩擦角（°）；R为圆弧半径（m）。

34+494和36+525断面尺寸及计算参数如表1。

表1 计算参数

34+494和36+525断面圆弧滑动法计算结果如表2。

表2 圆弧滑动法计算结果

计算结果可知，36+525断面临水侧不满足要求，背水侧满足要求；34+494断面临水侧和背水侧都满足要求。

1.2 有限元强度折减法

由于圆弧滑动法并未考虑土条间作用力，故利用有限元强度折减法对其进行校核。由于Drucker-Prager屈服准则（D-P准则）不仅考虑了中间应力对屈服强度的影响，又考虑了静水压力对屈服准则的影响，对土体材料适应性较强，故有限元分析中，采用D-P准则。

堤防稳定安全系数定义为抗滑力与滑动力之比。

计算公式为：

式（2）两边同除以K变为：

式中 c为凝聚力（kPa）；φ为内摩擦角（°）；σ滑动面正应力（kPa）；τ滑动面剪应力（kPa）；A滑动面面积（m2）。

以36+525断面为例，有限元网格剖分如图2。临水侧沉降分析（竖直向上为正），如图3。

图2 36+525断面有限元网格剖分

图3 36+525断面临水侧沉降

不断调整K值，计算不收敛时即得安全系数，通过堤防沉降发生突变时得到收敛点，继而得到安全系数，如图4。

图4 36+525断面临水侧最大沉降随K值变化

针对图4，对介于0.9和1间K值进行细化处理，得到近似突变点K值为1.09，故折减法确定近似安全系数为1.09。折减法所求安全系数略大于圆弧滑动法，但仍不满足规范要求，校核结果一致。

2 堤防加高培厚处理

针对不满足要求的断面，需对其进行工程处理，通过加高培厚方式解决其抗滑不稳定问题。具体方案如图5。

图5 36+525断面加高培厚方案

断面材料参数如表3。

表3 36+525断面加高培厚材料参数

对加高培厚方案进行抗滑验算，验算结果如表4。

表4 36+525断面加高培厚后抗滑稳定计算

由表4可知，加高培厚方案满足工程要求，可实现防洪要求。

3 结语

以梅河口城区段典型断面抗滑稳定分析为例，利用工程常用圆弧滑动法对其进行安全鉴定，对不满足要求断面，利用有限元强度折减法进行校核，并将沉降突变点作为折减系数确定判据，进而得到堤防断面安全系数，其分析结果与圆弧滑动法一致。最后，对不利断面进行加高培厚处理，并利用两种方法进行安全校核。

［1］杨建荣.芜湖市城市堤防管理体制改革实践［J］.水利建设与管理，2008（11）：71-72.

［2］刘慧.城市堤防工程设计的体会与思考［J］.广东水利水电，2004（2）：52-54.

［3］汤万龙，杨玲，张浩，等.堤防改建工程的稳定性分析［J］.中国水能及电气化，2012（8）：17-20.

［4］黄硕鑫，郭莉辉，韩明峰，等.有限元强度折减法在边坡安全系数计算中的应用［J］.天津职业院校联合学报，2015（6）：104-109.

［5］胡奇峰，李鹏飞，韩燕，等.基于强度折减法的边坡稳定性有限元工程实例分析［J］.河北建筑工程学院学报，2012（2）：37-40，60.

Anti-sliding stability analysis of flood control embankment for city section of Meihekou City

JIANG Chun-lin
（Water Conservancy and Hydropower Survey Design and Research Institute of Jilin Province，Changchun 130021，China）

Taking Meihekou city section of flood control embankment as an example， the circular slide method was used to analysis the anti-sliding stability of adverse characteristic sections that were selected.In view of the safety factor is not meet the requirements section， with the aid of finite element analysis software， the strength reduction method was used to check its safety factor.Finally， detailed heightening cultivates thick engineering measures were put forward， so as to provide reference for other projects.

Meihekou City； embankment； anti-sliding stability analysis； circular slide method； strength reduction method

TU441+.35

B

1672-9900（2015）06-0048-03

2015-09-10

蒋春林（1970-），男（汉族），广东广州人，工程师，主要从事水工建筑物结构设计及补强加固研究，（Tel）13353102783。