解析堤防穩定計算方法
摘要：隨著經濟的發展，國家對水利工程的重視程度越來越高，河道整治工程是水利工程關鍵的組成部分之一。在河道整治工程中，堤防穩定計算是重要的設計內容，堤防穩定計算為新建、加固堤防確定斷面尺寸提供了可靠的理論依據，它不僅是保障堤防安全的基礎，也是使工程取得經濟效益的重要因素。本文結合淮河入海水道二期工程提防計算，對堤防穩定計算做出了解析。
關鍵詞：河道整治，堤防，穩定性，計算，解析
1、堤防穩定計算的內容
河道整治是一項復雜而繁瑣的工作，整治的過程中需要進行大量的堤防穩定計算，堤防穩定計算包括滲流計算、滲透穩定計算和抗滑穩定計算。滲流計算主要應計算在設計洪水持續時間內浸潤線的位置、背水側出逸點的位置、堤基表面的出逸比降和滲流量，根據滲流計算成果進行堤防的滲透穩定分析，判斷該堤防滲透變形的類型?？够€定計算主要是計
算路堤的荷載，滲透壓和路堤穩定性以及其他荷載。如果采用重力式擋土墻，除了要抗滑穩定計算以外，也要進行抗傾覆穩定計算并核算堤基的允許承載力。
2、計算假定及邊界條件
2.1 工程概況
淮河入海水道與蘇北灌溉總渠平行，緊靠其北側，西起洪澤湖二河閘，東至濱?？h扁擔港注入黃海，全長163. 5km。淮河入海水道現狀設計排洪流量 2270m3/ s，強迫行洪流量2890m3/ s。入海水道二期工程通過全線擴挖深槽、擴建各樞紐泄洪建筑物、加高加固入海水道南北堤防，配合入江水道及灌溉總渠和分淮入沂等工程，使洪澤湖防洪標準達到 300 年一遇，有效降低了100 年一遇洪澤湖洪水位?，F狀南堤主要由蘇北灌溉總渠北堤加高培厚而成，北堤為新筑堤防。根據堤防安全運行需要，南北堤均需要按照設計堤頂高程進行加高培厚。因總渠側無復堤空間，南堤復堤從現狀南堤南堤肩起向河內復堤，部分南泓根據需要進行填灘處理； 北堤從現狀北堤南堤肩起向堤外復堤。根據《淮河入海水道二期河道工程地質勘察報告》，入海水道線路較長，跨越不同地質構造及地貌單元，地層變化也比較復雜，自西向東可分為三個工程段: 第一段為硬土段，自淮安樞紐至漁濱河，長2
8～29km( 樁號為29+000～57+900)；第二段為軟土段，自漁濱河至丁字河，長50.4～50.9km(樁號為57 +900～108+200)，樁號76+000～91+000堤段③－1、③－1’層軟土分布深厚，稱為“深軟土段”，其中樁號85+500～90+500堤段③－1層土質尤軟，稱為“特軟段”; 第三段為少黏性土段，自丁字河至?？?，長55.3～55.7km(樁號為108+200～163+500)。
2.2參數選取
根據入海水道堤防地質資料，分段選取典型斷面進行堤坡穩定計算。選擇最不利地質工程段( 軟土段中特軟段) 南堤樁號88 + 000 處的斷面作為典型設計斷面。采用土堤、堤頂不加設擋墻的方案，用瑞典圓弧滑動法對堤防進行抗滑穩定分析。根據《防洪標準》和《堤防工程設計規范》，南堤堤防級別為 1 級。堤頂高程為設計洪水位加安全超高，為2. 5m，設計堤頂寬均為8. 0m，邊坡為1∶3。地震烈度為Ⅵ度。堤防抗滑穩定分析中土料的直接快剪指標與固結快剪指標的選取與入海水道堤防的固結時間有關，將南堤現狀堤身下與堤身外指標分開計算。正常工況下，堤身下( 復堤后堤身) 采用固結快剪指標，堤身外采用直接快剪指標； 非常工程下，現狀堤身下與堤身外仍分開，全部采用直接快剪指標。
2.3計算工況
核算南堤入海水道側堤防抗滑穩定的工況共有4種。正常工況: 工況1—入海水道常水位，總渠行洪；工況2—入海水道水位驟降，從洪水位降至常水位，總渠行洪。非常工況： 工況3—入海水道施工期低水位，總渠行洪；工況 4—入海水道常水位，長期降雨。
2.4試算結果
南堤入海水道側以工況4( 入海水道常水位，長期降雨) 作為斷面設計的控制工況，南堤總渠側以工況 5( 總渠常水位，長期降雨) 作為總渠側斷面設計的控制工況。按規范要求，正常運行條件下，抗滑穩定安全系數K≥1. 30; 非正常運行條件下，抗滑穩定安全系數 ≥
1. 20。試算結果見表 1、表 2。
表 1 南堤 CS88 斷面入海水道側( 工況 4) 試算結果統計
由表 1 可以得出: 高程組合 8m + 5m，相應高程的平臺寬度 20m +35m 時，南堤 CS88 斷面入海水道側滿足抗滑穩定安全要求。
表 2 南堤 CS88 斷面總渠側( 工況 5) 試算結果統計
由表 2 可以得出: 新建堤防中心線向北側后退25m、30m 均達不到抗滑穩定安全要求，后退35m 才能滿足抗滑穩定安全要求。
3、穩定計算在堤防工程中的應用
核算在設計洪水位持續時間內的浸潤線位置按 《堤防工程設計規范》（GB50286-98）中透水地基上的勻質土堤的浸潤線計算公式，計算拉薩河防洪堤的浸潤線。本設計對防洪堤的筑堤材料及填筑標準有嚴格的要求，可以保證堤身的滲透系數小于地基的滲透系數，通過滲流計算可知：
（1） 該斷面土的滲透變形類型——管涌。
（2） 堤身和堤基的滲透穩定 ——計算出逸坡降均大于允許坡降（允許出逸坡降[J]=0.1），采取堤后設壓重平臺的工程措施后， 堤身和堤基的滲透是穩定的。
（3） 背水側滲流出逸段的滲透穩定——浸潤線背水側滲流出逸點高程滿足要求， 背水側滲流出逸段的滲透是穩定的。
4、堤防穩定計算的注意問題
（1）選擇合適的計算方法
采用《土質邊坡穩定分析程序》進行堤防穩定計算，通常采用基于極限平衡理論的極限平衡法，可以采用畢肖普法、瑞典條分法等。由于均勻砂性土壩的滑動面近似為圓弧面， 所以本設計采用圓弧法對拉薩河堤防進行穩定分析。
（2）基本參數的確定同手算
運用程序計算與手算的基本理論相同，只不過程序計算速度快。因此，運用程序計算， 基本概念必須和手算同等清楚。計算參數（如水位、土層內摩擦角、材料凝聚力等）的確定，是計算程序所不能替代的。
（3）土體分條以不小于20條為好
運用程序進行計算，重點是正確輸入數據文件，土體的條數增加，人工的工作量增加并不多。土體的條數應以計算結果的精度滿足要求為準。因此，為使計算結果更加準確，土體所分的條數以不小于20 條為好。
（4）多選擇幾種不同的計算方法
運用程序計算解決了繁瑣的計算問題，節約了大量的時間，設計者可以針對不同的情況選擇不同的計算方法，比較結果，可以使邊坡穩定的分析在論上更加可靠。
（5）運用《土質邊坡穩定分析程序》計算堤防穩定，最危險滑弧位置更加合理
采用手算法計算堤防穩定時，為了減少計算量，通常都采用固定位置的孔隙水壓比來考慮地下水位對穩定系數的影響，這種做法理論上并不是很合理。采用程序計算，不固定孔隙水壓比，從而克服了手算法理論上的缺陷。同時，程序還可以自動搜索不同滑動圓弧的穩定系數、滑動圓弧特征值、圓弧坐標X、Y和滑動圓弧深度Ds，以及確定最危險圓弧滑坡的位置和穩定系數，從而為判別堤防邊坡的穩定性、確定滑動規模和位置提供了比手算法更加可靠的依據。
結語
堤防穩定計算是河道整治工程中重要的設計內容之一，對于確定堤防斷面尺寸，有著重要的指導意義。因此在河道整治工程中，不可輕視堤防穩定計算。堤防穩定計算，可以用手算，也可以用有關程序計算。無論使用哪種計算方法，首先應該進行合理的計算假定，正
確確定有關參數。否則，盡管計算機不會出現計算錯誤，但由于參數選擇錯誤，出現穩定計算結論錯誤不是沒有可能的。在計算假定合理、 參數選擇正確的前提下，采用有關程序進行計算?？梢园言O計者從繁重的計算中解放出來，把精力放在不同方案、不同計算方法的比較上，從而使堤防穩定計算的成果更加準確。
參考文獻
[1]王教輝.淮河入海水道二期河道工程地質勘察報告( 可行性研究階段) [R].揚州: 江蘇省工程勘測研究院有限責任公司，2010: 5 －7．
[2 堤防工程設計規范（GB50286-98）[R]. 國家技術監督局、中華人民共和國建設部聯合發布，1998.
[3] 錢德玲.土力學[M].北京:中國建筑工業出版社，2009.
[4] 碾壓式土石壩設計規范（SL274-2001）[R]. 中華人民共和國水利部發布，2002.
