堤防穩定性的有限單元法分析研究

2018-03-15 01:41:37郭有志

山西建筑 2018年5期

祁瀟郭有志

(1.三江學院，江蘇南京 210012；2.中國建筑第八工程局有限公司鋼結構工程公司，上海 200135)

0 引言

隨著邊坡工程的蓬勃發展，邊坡災害逐年增多，主要有滑坡導致交通中斷、建筑物被掩埋等，這使得邊坡穩定性分析變得尤為重要[1,2]。Geo-Studio軟件是基于極限平衡法的邊坡穩定性分析軟件，適用于巖土工程和巖土環境模擬計算，能夠非常準確、快速的求解出邊坡最小安全系數以及最危險滑移面[3,4]。本文利用Geo-Studio軟件，以某建筑物臨近河道邊坡為例，對河道邊坡常水位、洪水位、地震工況下的穩定性進行分析研究，說明Geo-Studio在邊坡穩定性方面的應用，為同類河道邊坡穩定性計算提供一定的參考。

1 工程概況

南京市某建筑物群，如圖1所示，建筑物3號、6號樓標高分別為12.50 m,12.00 m，跨度分別為8.4 m,9.0 m，地標高9.50 m左右。建設過程中進行填方，采用預制樁進行地基處理。3號、6號樓距離河道大堤坡腳平均距離為20 m，小于規范[5]所規定的距離30 m。建筑物與大堤的距離見圖2，大堤的最高水位為12.00 m。根據要求[5]，需要對河道邊坡常水位、洪水位以及地震工況下的穩定性進行分析研究，以確保河堤邊坡的安全。

2 計算參數及工況

2.1 河道基本情況

建筑物所在區域，河道底坡變緩，接近水平，底高程在6.40 m左右，平均河底比降為0.6/10 000，河道轉變為圩區性河道。河道上口寬總體在50 m～70 m之間，河道斷面型式以梯形為主，迎水坡邊坡系數總體為2.0～3.0。左岸堤防頂高程為14.10 m～14.50 m，右岸堤防頂高程為13.80 m～14.60 m，背水坡陡緩不一，緩處邊坡系數在4.0以上，陡處邊坡系數1.5～2.0。

2.2 材料參數

根據現場地質勘察、鉆孔取樣得到的堤防巖土工程勘察報告，可知建筑物場地和河堤地質巖土層分布示意圖如圖3，圖4所示。

建筑物范圍內地質情況大致如下：

①層素填土：可塑狀態，粘性土為主，硬雜質含量大于25%，工程性質較差。該層層厚為0.50 m～4.50 m，層底埋深為0.50 m～4.50 m。

②層粉質粘土：可塑狀態，中偏高壓縮性，干強度中等，韌性中等。場區部分地段分布，該層層厚為0.70 m～5.80 m，層底埋深為1.90 m～6.70 m。

②-A層粉質粘土：軟塑狀態，局部流塑，中偏高壓縮性，干強度中等，韌性中等。場區部分地段分布，該層層厚為0.80 m～8.50 m，層底埋深為3.50 m～10.50 m。

③層粉質粘土：硬塑狀態，局部可塑狀態，中低壓縮性，干強度較高，韌性較高。該層層厚為2.60 m～12.60 m，層底埋深為10.10 m～13.80 m。

④層殘積土：密實，稍濕，呈砂土狀夾礫石及母巖風化碎塊。該層層厚為1.40 m～4.20 m，層底埋深為13.00 m～16.90 m。

河堤地質情況如下：

①層素填土：成分以粘性土為主，土質不均勻，結構較松散。該層層厚為0.80 m～3.30 m，層底埋深為0.80 m～3.30 m。

②-1層粉質粘土：可塑狀態，底部漸變為軟塑狀態，干強度中等，韌性中等，中壓縮性。場區部分地段缺失。該層層厚為2.50 m～3.70 m，層底埋深為5.80 m～6.50 m。

②-2層粉質粘土：軟塑狀態，局部流塑，中偏高壓縮性，稍有光澤，干強度中等，韌性中等。該層層厚為6.20 m～9.30 m，層底埋深為10.10 m～13.80 m。

③層粉質粘土：可塑狀態，干強度較高，韌性較高，中低壓縮性。層厚為2.80 m～4.00 m，層底標高為14.10 m～16.70 m。

根據地質報告及已知材料特性，計算參數取值如表1和表2所示。其中表1為建筑物場地各土層的物理力學指標，表2為河堤典型斷面各土層的物理力學指標。

表1 建筑物區域土層的物理力學指標

表2 河堤巖土層工程地質特性

2.3 場地地震效應

依據GB 50011—2010建筑抗震設計規范附錄A，南京地區的抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.1g。場地覆蓋層厚度較薄，覆蓋層以下為穩定巖石，20 m深度范圍內不存在飽和粉土、砂土，無液化土層分布。根據區域地質構造、活動斷裂分布、發育特點、地震活動歷史、地形、地貌等綜合因素分析，可以認為場地屬相對穩定區。