水工挡土墙稳定稳定性分析

水工挡土墙稳定稳定性分析

1墙前水位下降在水利工程的一些支撑墙建成和使用期间，水位在增水期之前下降。虽然水位下降时间不长，但这种情况对支撑墙的稳定性不利。《水工挡土墙设计规范》2前水位降压算法设计以广西某水库溢洪道边墙、某城区入海河口河段防洪(潮)堤墙和某山区河段护岸堤墙等3个工程为实例,选衡重式挡墙段和重力式挡墙段为研究对象,研究内容及方法是探寻墙前水位降落过程中的不利过程水深,探讨提出墙前墙后水位骤降过程的模拟方法并建立墙前与墙后水位降幅的关系,设定多种墙前与墙后水位降幅比值及逐渐降减过程水深来模拟不同的水位降落速度及过程,计算挡墙在不同水位降幅比值情形下的稳定安全系数和墙基边缘垂直正应力值,从中观察和评价挡墙稳定性和墙基边缘垂直正应力状态随不同过程水深的变化趋势,分析稳定安全系数最小值或不佳墙基应力状态对应的不利过程水深与初始墙前最大水深比值关系,初步提出墙前墙后水位降幅比和不利过程水深与墙高比的取值原则及建议值。3计算示例数据的示例3.1采用混凝土结构考虑到工程运行环境条件,实例挡墙均采用混凝土结构。衡重式挡墙基坑下部天然土层临时开挖边坡系数与下墙背坡系数绝对值相同。实例挡墙计算断面如图1所示。3.2衡重式墙段c(1)溢洪道边墙。衡重式挡墙段衡重台面之上用含砂砾黏性土填筑,凝聚力c(2)入海河口河段防洪(潮)堤墙。衡重式墙段衡重台面之上用含砂砾土人工填筑,c(3)山区河段护岸重力式挡墙段。墙后用砂砾土回填,c=0,φ=30°,γ=19.5kN/m3.3挡墙计算工况实例中的水库溢洪道边墙为3级建筑物,防洪(潮)堤墙为4级建筑物,护岸堤墙为5级建筑物。工程处在南方多雨地区,根据挡墙功能及运行环境,挡墙类型汛期按浸水挡土墙验算。本研究计算工况为墙前水位骤降工况。作用在挡墙上的荷载,一般为挡墙及其底板以上填土自重、水重、土压力、墙前及墙背地下水位静水压力、扬压力等荷载,不考虑泥沙压力、浪压力、冰压力和土的冻胀力。4水位下降过程的模拟方法4.1墙后水位下降汛期发生大洪水时河道行洪或水库溢洪道下泄校核(或设计)洪水流量时,经过一定时间之后,墙前洪水位会达到最高水位如校核或设计洪水位,随上游(入库)来水量的减小,洪水流量也随之变小,墙前洪水位将由最高洪水位位置逐渐下落至常水位或枯水位;若墙身设置过滤排水孔,墙后地下水位会随墙前洪水位涨高而上升、墙前洪水位降落时而下降变化且将由处在某一最高位置开始降落,但墙后水位的降落速度受到墙后土层物理特性和挡墙排水设施排水效果及墙前水位顶托的影响,因而有的工程墙后水位降落速度比墙前要慢一些。因而墙前洪水位和墙后土层地下水位降落是有关联的变化过程,可以建立墙前墙后水位降幅之间的关系,这里试用墙前与墙后水位降幅比值来表示水位降落过程中的墙前与墙后水位变化情况,不同的水位降幅比值即表达不同的墙前与墙后水位变化的差异。设某一时间段内墙前洪水位降幅值及墙后地下水位降幅值分别记为ΔH不难看出,n4.2按设计级别查开假设墙前最高洪水位在墙顶标高减h挡墙的墙顶设计标高等于墙前校核(或设计)洪水位加安全加高值,根据建筑物级别按设计规范查取。如文中溢洪道为3级建筑物,此墙段安全加高值取0.5m,亦即h墙后H这里将水位降落过程中的水深称为过程水深,某时刻的墙前过程水深用H相应的墙后过程水深用H墙前过程水深H4.3水位下降过程中水深的计算模拟这里通过给出多组ΔH5稳定和墙基电压分析5.1抗倾稳定验算墙基边缘垂直正应力按《规范》中式(6.3.3)、抗滑稳定安全系数按式(6.3.5-1)、抗倾稳定安全系数按式(6.4.1)计算。用理正岩土软件计算。假定在墙背地下水位降幅区间墙后填土材料的力学指标值不改变。墙前墙后水位降幅及过程水深共设11组,墙前与墙后水位降幅比值n5.2成果分析5.2.1结果表明，抗滑稳定计算的结果由图3(a)知,溢洪道边墙衡重式挡墙段除了n5.2.2抗倾斜稳定的计算结果表明溢洪道边墙衡重式挡墙段的K其他挡墙段K5.2.3结果表明，在边墙的基础上计算嵌入矩阵的力的结果观察图5中的σ溢洪道边墙衡重式挡墙段σ溢洪道边墙衡重式挡墙段n6关于问题的讨论6.1墙后土层物理特性及排水效果一般说来,墙前水位的降落速度与挡墙所在河段河道形态和河床或行洪通道纵坡陡缓有关,而墙后地下水位的降落速度与挡土墙排水设施(如墙身排水孔,墙背排水管或排水盲沟等)和墙后土层物理特性及排水效果有关,还有可能受到墙前水位顶托的影响,工程运行多年后如果部分排水孔堵塞或反滤材料孔隙淤塞而造成排水效果不良,会减缓墙后地下水位的降速;另外,有的河流已建成多个水利(或水电站)枢纽梯级,当上一梯级拦河坝为溢流闸坝,也存在泄洪后期工作闸门可能在较短时间内逐渐减小开度至关闭而使下泄流量变小造成下游河道水位较快降落,此时同一时段内墙前水位降幅会比墙后地下水位的降幅要大很多。因此,在选取n6.2墙后水位下降的影响参考本文实例的研究成果,墙前水位由校核洪水位开始降落及墙后水位由平墙顶开始降落情况下,按稳定性条件要求,水工挡土墙各n当初定某一墙前不利过程水深之后,对应的墙后不利过程水深(可记为H对应的墙后水位降幅为ΔH当然,由于ΔH6.3不稳定能量分析墙后初始最大水深(或墙后初始最高水位)一般应视具体工程的实际情况拟定,墙后初始最大水深不一定与挡墙同高,墙后初始最高水位平墙顶只是考虑校核洪水和汛期可能强降雨最不利的情况。如前所述,汛期墙后地下水位的降速或高低,除了和当地降雨量大小及其持续时间长短以及挡墙排水系统完善与否或排水效果相关外,还与挡墙背后地形地貌和水文地质条件以及回填土物理特性等相关联,因此汛期墙后初始最大水深应通过勘察调查地下水的补给来源、渗流量大小及水位变幅范围,对挡墙排水系统的布设情况及排水效果进行分析评价后拟定。7墙前墙后水位下降影响分析本文研究探讨了墙前水位降落过程挡土墙稳定性设计特殊工况有关不利的墙前及墙后水深取值问题。根据如上研究成果有如下认识:(1)水工挡土墙在墙前水位降落过程中,对挡土墙抗滑稳定性或墙基应力条件最不利的水深不一定是墙前初始最大水深与墙后初始最大水深的组合,而可能是某一墙前不利过程水深与同一时刻对应的墙后不利过程水深的组合。(2)墙前不利过程水深随水位降幅比值的提高而变小,墙后不利过程水深则随水位降幅比值的提高而增大。墙前水位的降速与河道形态及水文特性有关,而墙后水位的降速受到墙后土层特性和挡墙排水孔排水效果及墙前水位顶托的影响,应根据工程实际情况,通过调查实测和科学分析合理选取墙前墙后水位降幅比值。(3)挡土墙稳定安全系数最小值对应的不利过程水深不一定与墙基应力最大(小)值对应的不利过程水深位置相同或范围一致,也