草塘湾海堤边坡稳定分析

林华钢

（珠海市堤围管理中心 广东 珠海 519000）

海堤是我国沿海地区防洪工程体系的重要组成部分，海堤边坡稳定是海堤建设与管理中重点解决的问题之一，是岩土工程领域基本而重要的课题，在公路、水利、港口工程中经常碰到。沿海地区地基均为软土，具有承载力低、变形大的特点，海堤在自重和水压力等荷载作用下容易发生局部或整体失稳，因此海堤的边坡稳定是工程中的重要环节。

1 工程概括

草塘湾海堤位于珠海市金湾区三灶镇，保护着珠海机场、吉林大学珠海校区、机场快速公路等重要基础设施,对保护区内人民生命财产和社会稳定发挥着极其重要的作用。

草塘湾海堤全长3013m，属于2级堤防，工程防洪设计标准为五十年一遇设计高潮位2.41m，五十年一遇设计低潮位-2.00m。海堤为斜坡复式结构断面形式，结构护砌采用砌石、钢筋混凝土等材料。海堤设计堤顶高程为4.00m，宽度为5m，外坡坡度分两部分，平台上部坡度为1∶2.5，平台下部坡度为 1∶4。

2 稳定计算原理及方法

2.1 稳定计算原理

边坡稳定性分析方法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等，其中以极限平衡理论在实际工程应用较多。极限平衡理论只考虑默尔库伦破坏准则和土的静止平衡条件，把滑动土体进行条分，通过分析土体在极限状态下土体破坏那一刻土条受的静力平衡和力矩平衡来分析边坡的稳定性。极限平衡理论以简布法、瑞典法、简化毕肖普法等为代表的条分法，可用于均质或非均质土坡的稳定计算。

本文海堤边坡稳定计算研究采用的是极限平衡法中简布法。简布法是一种同时满足静力平衡和力矩平衡的极限平衡法，假设土体破坏面是非圆弧形，根据土条的平衡条件求出土条间作用力，根据推力作用线来求出法向力的作用点，计算各土条之间的切向条间力等于零，再修正稳定系数。

简布法安全系数的公式为：

表1 C T 1+500断面土层物理参数取值

式中，ci为土体凝聚力，φ为土体内摩擦角，Wi为第 i个土条重量，bi为第 i土条宽度，θi为第i土条底部的倾角。

联合上式，利用迭代法可以求得普遍条分法的边坡稳定安全系数Fs。

2.2 稳定计算方法

边坡稳定计算采用是应用边坡稳定性分析软件Geo-slope。第一步是应用Seep子程序进行暂态渗流计算，求出不同时间下的渗流场。第二步是把渗流场中的水头值输入到边坡稳定性分析软件Geo-slope中，应用条分法求出滑动体的稳定性系数。应用软件Geo-slope进行边坡稳定计算的关键是如何使Seep子程序中的有限元水头值转到Geo-slope中，首先将Seep子程序中的有限元网格引入到Geo-slope程序，建立新的稳定性分析模型，在每一个潜在的滑动面上找出土条的底面中心点和相应的土体单元，利用Seep子程序传递给Geo-slope程序所有的节点水头信息，Geo-slope程序找到各土条底面中点在其单元中的相对坐标及其相应的插值函数矩阵，计算底面中心点处的水头值。

3 边坡稳定计算

本研究选取CT1+500典型断面进行稳定计算。稳定计算目的是找出最危险滑动面，得出稳定安全系数。

3.1 计算模型

根据工程勘查资料，边坡稳定计算分析模型划分为6个材料区域，即新填土区域、人工堆积土区域、淤泥区域、泥沙区域、淤泥粉质粘土区域和粉细砂区域。

3.2 计算工况

计算工况包括设计高潮位工况和设计高潮位快降工况。高潮位工况时临水坡水位线高度2.41m，背水坡地表水位线高度0.00m。设计高潮位快降工况时临水坡水位线高度2.41m，背水坡地表水位线高度0.00m，水位从2.41m快速降落到-2.00m，使用时间为6小时。

3.3 计算参数

海堤边坡稳定计算主要针对临水边坡，主要考虑设计高潮位工况和设计高潮位快降两种不利工况，涉及的参数有：抗剪强度指标C和φ，干容重γd，湿容重γw，饱和容重γsat。土层物理力学指标取值见表1。

4 计算结果和分析

海堤计算剖面的抗滑稳定计算结果见图1、图2。由计算结果知：

（1）海堤在高潮位工况下，滑坡发生在背水坡。海堤在高潮位骤降工况下，滑坡发生在临水坡。高潮位骤降工况下计算所得安全系数较高潮位工况小，即说明高潮位骤降工况比高潮位工况危险，与海堤滑动经常发生在高潮退潮过程时的实际情况吻合。其原因为水位快降后的浸润线较高，不利于海堤稳定的孔隙水压力较大，因此水位快降工况的抗滑稳定安全系数小于高潮位工况。

（2）草塘湾海堤为2级建筑物，《广东省海堤工程设计导则（试行）》规定，设计高潮位情况的背水坡和设计高潮位骤降情况的临水坡的海堤整体抗滑稳定安全系数不小于1.25。显然，已完建的草塘湾海堤加固达标工程海堤整体抗滑稳定安全性满足规范要求。

计算结果表明，海堤在设计高潮位工况和设计高潮位快降工况均能满足要求，具有良好的边坡稳定性，不会发生边坡稳定破坏。陕西水利

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