堤坝上游坡土工膜的抗滑稳定分析方法

正如本节开头指出的，这种情况的稳定分析，危险滑动面在保护层与复合土工膜之间的接触面，校核的主要情况是水位骤降。

稳定分析方法有极限平衡法和有限元法，工程中用得普遍的是前者，《水利规范》规范中也只规定采用极限平衡法。

当护面连同上垫层为不透水时，采用容重变化法考虑层内孔隙水压力的影响，即水位骤降前，水位以上土料及护面层、垫层采用湿容重；在降前水位与降后水位之间，用饱和容重计算滑动力，而用浮容重计算抗滑力；降后水位以下采用浮容重。土的抗剪强度指标采用有效指标c′、φ′。

在计算中还应区分护面层（连同上垫层）等厚度和不等厚度两种情况，如图3.24所示（《水利规范》1998）。此外，还要分别考虑护面层（连同上垫层）透水和不透水的不同情况。

图3.24　护面层结构示意图

（a）等厚度防护层；（b）不等厚度防护层
1—护坡；2—防护层及上垫层；3—土工膜；4—下垫层；5—堤坝体

（1）护面层和上垫层等厚和透水时，安全系数FS：

式中：δ为上垫层土料与土工膜之间的摩擦角；α为土工膜铺放坡角。(www.xing528.com)

（2）护面层（连同上垫层）等厚但透水性不良时，安全系数FS：

式中：γ′，γsat分别为防护层（连同上垫层）浮容重和饱和容重，kN/m3。

可以看出（2）与（1）的区别在于考虑膜—土接触面的孔隙水压力的影响。

（3）护面层（连同上垫层）不等厚，但透水性良好时，安全系数FS：

式中：W1，W2分别为主动楔ABCD和被动楔CDE的单宽重量，kN/m；C1，φ1分别为沿BC面上垫层土—膜之间的黏着力，kN/m2和内摩擦角（°），若为粗粒料，则C1=0；C2，φ2分别为护面层土料的黏聚力，kN/m2和内摩擦角（°），若为粗粒料，则C2=0；α、β为坡角；l1，l2为BC和CE的长度，m。

（4）护面层（连同上垫层）不等厚，且透水性不良，则FS如同上式，只是W1和W2的数值应采用容重变化法中考虑的值，如上所述。

分析表明，当水位骤降至图3.24（b）中的D点时，将是最危险的情况。

还应特别指出，若土工膜后的土层中土中水位较高，则有可能使土工膜隆起。这时应在膜下设置无纺织物或无黏性土的集水层，将滞留的水引到排水管道中排除。有人误以为防渗的土工膜下不设排水将有助于加强结构物的防渗性能，这是不对的。因为它会影响上游坡的稳定。