解析堤防稳定计算方法

解析堤防稳定计算方法
摘要：随着经济的发展，国家对水利工程的重视程度越来越高，河道整治工程是水利工程关键的组成部分之一。

在河道整治工程中，堤防稳定计算是重要的设计内容，堤防稳定计算为新建、加固堤防确定断面尺寸提供了可靠的理论依据，它不仅是保障堤防安全的基础，也是使工程取得经济效益的重要因素。

本文结合淮河入海水道二期工程提防计算，对堤防稳定计算做出了解析。

关键词：河道整治，堤防，稳定性，计算，解析
1、堤防稳定计算的内容
河道整治是一项复杂而繁琐的工作，整治的过程中需要进行大量的堤防稳定计算，堤防稳定计算包括渗流计算、渗透稳定计算和抗滑稳定计算。

渗流计算主要应计算在设计洪水持续时间内浸润线的位置、背水侧出逸点的位置、堤基表面的出逸比降和渗流量，根据渗流计算成果进行堤防的渗透稳定分析，判断该堤防渗透变形的类型。

抗滑稳定计算主要是计算路堤的荷载，渗透压和路堤稳定性以及其他荷载。

如果采用重力式挡土墙，除了要抗滑稳定计算以外，也要进行抗倾覆稳定计算并核算堤基的允许承载力。

2、计算假定及边界条件
2.1 工程概况
淮河入海水道与苏北灌溉总渠平行，紧靠其北侧，西起洪泽湖二河闸，东至滨海县扁担港注入黄海，全长163. 5km。

淮河入海水道现状设计排洪流量2270m3/ s，强迫行洪流量2890m3/ s。

入海水道二期工程通过全线扩挖深槽、扩建各枢纽泄洪建筑物、加高加固入海水道南北堤防，配合入江水道及灌溉总渠和分淮入沂等工程，使洪泽湖防洪标准达到300 年一遇，有效降低了100 年一遇洪泽湖洪水位。

现状南堤主要由苏北灌溉总渠北堤加高培厚而成，北堤为新筑堤防。

根据堤防安全运行需要，南北堤均需要按照设计堤顶高程进行加高培厚。

因总渠侧无复堤空间，南堤复堤从现状南堤南堤肩起向河内复堤，部分南泓根据需要进行填滩处理；北堤从现状北堤南堤肩起向堤外复堤。

根据《淮河入海水道二期河道工程地质勘察报告》，入海水道线路较长，跨越不同地质构造及地貌单元，地层变化也比较复杂，自西向东可分为三个工程段: 第一段为硬土段，自淮安枢纽至渔滨河，长28～29km( 桩号为29+000～57+900)；第二段为软土段，自渔滨河至丁字河，长50.4～50.9km(桩号为57 +900～108+200)，桩号76+000～91+000堤段③－1、③－1’层软土分布深厚，称为“深软土段”，其中桩号85+500～90+500堤段③－1层土质尤软，称为“特软段”; 第三段为少黏性土段，自丁字河至海口，长55.3～55.7km(桩号为108+200～163+500)。

2.2参数选取
根据入海水道堤防地质资料，分段选取典型断面进行堤坡稳定计算。

选择最不利地质工程段( 软土段中特软段) 南堤桩号88 + 000 处的断面作为典型设计断面。

采用土堤、堤顶不加设挡墙的方案，用瑞典圆弧滑动法对堤防进行抗滑稳定分析。

根据《防洪标准》和《堤防工程设计规范》，南堤堤防级别为 1 级。

堤顶高程为设计洪水位加安全超高，为2. 5m，设计堤顶宽均为8. 0m，边坡为1∶3。

地震烈度为Ⅵ度。

堤防抗滑稳定分析中土料的直接快剪指标与固结快剪指标的选取与入海水道堤防的固结时间有关，将南堤现状堤身下与堤身外指标分开计算。

正常工况下，堤身下( 复堤后堤身) 采用固结快剪指标，堤身外采用直接快剪指标；非常工程下，现状堤身下与堤身外仍分开，全部采用直接快剪指标。

2.3计算工况
核算南堤入海水道侧堤防抗滑稳定的工况共有4种。

正常工况: 工况1—入海水道常水位，总渠行洪；工况2—入海水道水位骤降，从洪水位降至常水位，总渠行洪。

非常工况：工况3—入海水道施工期低水位，总渠行洪；工况4—入海水道常水位，长期降雨。

2.4试算结果
南堤入海水道侧以工况4( 入海水道常水位，长期降雨) 作为断面设计的控制工况，南堤总渠侧以工况5( 总渠常水位，长期降雨) 作为总渠侧断面设计的控制工况。

按规范要求，正常运行条件下，抗滑稳定安全系数K≥1. 30; 非正常运行条件下，抗滑稳定安全系数≥
1. 20。

试算结果见表1、表2。

表 1 南堤CS88 断面入海水道侧( 工况4) 试算结果统计
由表1 可以得出: 高程组合8m + 5m，相应高程的平台宽度20m +35m 时，南堤CS88 断面入海水道侧满足抗滑稳定安全要求。

表 2 南堤CS88 断面总渠侧( 工况5) 试算结果统计
由表 2 可以得出: 新建堤防中心线向北侧后退25m、30m 均达不到抗滑稳定安全要求，后退35m 才能满足抗滑稳定安全要求。

3、稳定计算在堤防工程中的应用
核算在设计洪水位持续时间内的浸润线位置按《堤防工程设计规范》
（GB50286-98）中透水地基上的匀质土堤的浸润线计算公式，计算拉萨河防洪堤的浸润线。

本设计对防洪堤的筑堤材料及填筑标准有严格的要求，可以保证堤身的渗透系数小于地基的渗透系数，通过渗流计算可知：
（1）该断面土的渗透变形类型——管涌。

（2）堤身和堤基的渗透稳定——计算出逸坡降均大于允许坡降（允许出逸坡降[J]=0.1），采取堤后设压重平台的工程措施后，堤身和堤基的渗透是稳定的。

（3）背水侧渗流出逸段的渗透稳定——浸润线背水侧渗流出逸点高程满足要求，背水侧渗流出逸段的渗透是稳定的。

4、堤防稳定计算的注意问题
（1）选择合适的计算方法
采用《土质边坡稳定分析程序》进行堤防稳定计算，通常采用基于极限平衡理论的极限平衡法，可以采用毕肖普法、瑞典条分法等。

由于均匀砂性土坝的滑动面近似为圆弧面，所以本设计采用圆弧法对拉萨河堤防进行稳定分析。

（2）基本参数的确定同手算
运用程序计算与手算的基本理论相同，只不过程序计算速度快。

因此，运用程序计算，基本概念必须和手算同等清楚。

计算参数（如水位、土层内摩擦角、材料凝聚力等）的确定，是计算程序所不能替代的。

（3）土体分条以不小于20条为好
运用程序进行计算，重点是正确输入数据文件，土体的条数增加，人工的工作量增加并不多。

土体的条数应以计算结果的精度满足要求为准。

因此，为使计算结果更加准确，土体所分的条数以不小于20 条为好。

（4）多选择几种不同的计算方法
运用程序计算解决了繁琐的计算问题，节约了大量的时间，设计者可以针对不同的情况选择不同的计算方法，比较结果，可以使边坡稳定的分析在论上更加可靠。

（5）运用《土质边坡稳定分析程序》计算堤防稳定，最危险滑弧位置更加合理
采用手算法计算堤防稳定时，为了减少计算量，通常都采用固定位置的孔隙水压比来考虑地下水位对稳定系数的影响，这种做法理论上并不是很合理。

采
用程序计算，不固定孔隙水压比，从而克服了手算法理论上的缺陷。

同时，程序还可以自动搜索不同滑动圆弧的稳定系数、滑动圆弧特征值、圆弧坐标X、Y和滑动圆弧深度Ds，以及确定最危险圆弧滑坡的位置和稳定系数，从而为判别堤防边坡的稳定性、确定滑动规模和位置提供了比手算法更加可靠的依据。

结语
堤防稳定计算是河道整治工程中重要的设计内容之一，对于确定堤防断面尺寸，有着重要的指导意义。

因此在河道整治工程中，不可轻视堤防稳定计算。

堤防稳定计算，可以用手算，也可以用有关程序计算。

无论使用哪种计算方法，首先应该进行合理的计算假定，正确确定有关参数。

否则，尽管计算机不会出现计算错误，但由于参数选择错误，出现稳定计算结论错误不是没有可能的。

在计算假定合理、参数选择正确的前提下，采用有关程序进行计算。

可以把设计者从繁重的计算中解放出来，把精力放在不同方案、不同计算方法的比较上，从而使堤防稳定计算的成果更加准确。

参考文献
[1]王教辉.淮河入海水道二期河道工程地质勘察报告( 可行性研究阶段) [R].扬州: 江苏省工程勘测研究院有限责任公司，2010: 5 －7．
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[3] 钱德玲.土力学[M].北京:中国建筑工业出版社，2009.
[4] 碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）[R]. 中华人民共和国水利部发布，2002.。