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稳定计算方法及土壤抗剪学试验规范

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:表7.6-3堤防抗滑稳定计算内容表7.6-4土堤边坡抗滑稳定安全系数土的抗剪强度指标按《土工试验规程》的规定进行试验,可用三轴压缩试验测定,亦可用直剪试验测定。

稳定计算方法及土壤抗剪学试验规范

堤防一般要进行渗透稳定、抗滑稳定计算。对于防洪墙,还要进行抗倾覆稳定计算。

7.6.9.1 渗透稳定计算

通过渗流及渗透稳定计算,可以求得渗流场内的水头压力、渗流量、出逸点高度、比降等水力要素,分析堤身和堤基的渗透稳定性,选择经济合理的防渗、排水设计方案或加固补强方案。

土堤渗流计算一般选择不同地层结构、堤防较高、挡水时间较长、安全风险较大的代表性断面。计算可以根据堤防汛期挡水时间、堤防材料采用稳定渗流或不稳定渗流模型,可以采用规范给出的公式法,也可以采用有限元法。一般最关注渗透稳定计算,关注堤身浸润线、堤身或者堤基出逸点位置和比降,以判断土的渗透变形类型、堤身和堤基土体的渗透稳定、堤防背水侧渗流出逸段的渗透稳定。当堤身、堤基土渗透系数大于或等于1×10-3cm/s时,也应计算渗流量,关注过大渗量带来的安全风险。

堤防的渗流计算应计算三类水位的组合:①临水侧为设计洪水位,背水侧为相应水位;②临水侧为设计洪水位,背水侧为低水位或无水;③洪水降落时对临水侧堤坡稳定最不利的情况。

进行渗流计算时,对比较复杂的地基情况可做适当简化:①对于渗透系数相差5倍以内的相邻薄土层可视为一层,可采用加权平均的渗透系数作为计算依据;②双层结构地基,当下卧土层的渗透系数小于上层土层的渗透系数100倍及以上时,可将下卧土层视为不透水层,表层为弱透水层时,可按双层地基计算;③当直接与堤底连接的地基土层的渗透系数大于堤身的渗透系数100倍及以上时,可视为堤身不透水,可仅对堤基进行渗流计算。

当背水侧堤坡及地基表面的出逸比降大于允许比降时,应采取工程加固措施,例如塑性防渗墙、垂直铺塑、压重、反滤、加宽堤防等。

7.6.9.2 抗滑稳定计算

堤防一般要进行抗滑稳定计算。实际上,当堤防高度低于3m地质条件较好时,省略抗滑稳定计算也不会出现安全问题。计算断面一般选择危险性较高的、有代表性的断面,可以根据堤段的挡水条件、地质条件,堤身结构、堤防高度、堤身填筑材料等因素进行选择。

堤防抗滑稳定计算工况包括正常运用工况和非常运用工况,计算工况和内容见表7.6-3。计算方法可以选择瑞典圆弧法或简化毕肖普法,当堤基存在较薄软弱土层时,宜采用改良圆弧法。堤防稳定渗流期一般采用有效应力法,施工期可采用总应力法,河水位降落期可同时采用有效应力法和总应力法。计算出的最小抗滑稳定安全系数的应大于表7.6-4中的数值。

表7.6-3 堤防抗滑稳定计算内容

表7.6-4 土堤边坡抗滑稳定安全系数

土的抗剪强度指标按《土工试验规程》(SL 237)的规定进行试验,可用三轴压缩试验测定,亦可用直剪试验测定。抗剪强度指标的测定和应用方法见表7.6-5。当堤基为饱和黏性土,并以较快的速度填筑堤身时,可采用快剪或不排水剪的现场十字板强度指标。

表7.6-5 土的抗剪试验方法和强度指标(www.xing528.com)

续表

7.6.10 沉降计算

堤顶中心线处沉降量计算包括堤身和堤基的最终沉降量。堤防一般较低,堤身荷载较小,堤基为黏土、壤土、砂壤土等压缩性较小的土层时,堤顶不会产生很大的沉降量。当堤基为软土层时,堤防沉降量会较大,而且会在施工完成后继续沉降,这时需要预留堤顶沉降量。

堤顶沉降计算的断面可根据堤基的地质条件、土层的压缩性、堤身的断面尺寸和荷载,选取代表性断面进行计算。计算方法可采用分层总和法,计算公式为式(7.6-7),堤基压缩层厚度用式(7.6-8)计算。

式中 S——最终沉降量,mm;

   n——压缩层范围的土层数;

   e1i——第i土层在平均自重应力作用下的孔隙比;

   e2i——第i土层在平均自重应力和平均附加应力共同作用下的孔隙比;

   hi——第i土层的厚度,mm;

   m——修正系数,可取1.0,软土地基可采用1.3~1.6。

式中 σB——堤基计算层面处土的自重应力,k Pa;

   σZ——堤基计算层面处土的附加应力,k Pa。

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