桥梁基础对岸坡渗透稳定及抗滑稳定性影响分析

《桥梁基础对岸坡渗透稳定及抗滑稳定性影响分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、桥梁基础对岸坡渗透稳定及抗滑稳定性影响分析郑华康胡超尚钦汪继承长江勘测规划设计研究有限责任公司江河整治公司长江科学院工程安全所洪工程管理处摘要：渗透破坏是河流岸坡主要的破坏形式之一，当建设跨河流的桥梁设施吋，其基础将对岸坡渗流场的分布规律产生一定影响。为了确保岸坡稳定性及长期安全运行，有必要对桥梁基础建设前后岸坡的渗流场及抗滑稳定性进行对比分析。采用三维有限元数值模拟方法对虎渡河大桥桥墩修建前后岸坡的稳定-非稳定渗流场开展了对比分析，并在此基础上釆用二维极限平衡方法分析了桥梁基础对岸坡抗滑稳定性

2、的影响。关键词：稳定-菲稳定渗流;渗透稳定性;抗滑稳定性;作者简介：郑华康，男，长江勘测规划设计研究有限责任公司江河整治公司，工程师，博士.收稿日期:2017-09-15基金：长江口北支改善平而形态治理技术研究(2013BAB12B04)Received：2017-09-151渗流有限元分析方法堤防、岸坡的渗流场为典型的无压渗流场，属边界非线性问题。采用有限元法求解无压渗流场时，通常采用固定网格法。典型的固定网格法有剩余流量法、单元渗透矩阵调整法、加密高斯点法以及初流量法等。这些方法的不足之处是

3、理论不够严密，难以对渗流岀渗点和自由面进行准确定位，且计算结果具有显著的网格依赖性。Zhe昭等人通过将湿区中的Darcy定律延拓至全域，并将潜在溢出边界条件提为Signorini型互补边界条件，提出涵盖自由面稳定渗流问题的椭圆型变分不等式，该提法在理论上克服了溢岀点的奇异性问题童1。以此为基础，Chen等针对无压非稳定渗流问题，提出了理论上严密的抛物Signorini型变分不等式方法，并建立了基于子结构、变分不等式和自适应罚函数相结合的含复杂渗控结构渗流问题的数值模拟方法(简称SVA方法)，较为

4、成功地解决了含排水孔幕等复杂渗控结构的稳定-非稳定渗流问题，并在实际工程应用中取得了良好效果血。2工程实例2.1工程概况虎渡河大桥位于湖北省公安县，是岳阳至宜昌高速公路石首至松滋段的控制性桥梁。该桥上部引桥采用20in装配式预应力混凝土空心板，主桥采用(68+120+68)m变截面预应力混凝土连续箱梁和50m装配式预应力混凝土连续T梁，下部桥墩采用柱式墩或实体墩，桥台采用肋式台，桩基采用钻孔灌注桩基础。2.2计算模型为精确模拟桥基修建前后堤防及岸坡中的渗流场，本文基于地质勘察资料建立了虎渡河右堤

5、K6+940断面附近的三维有限元模型，如图1所示。该模型范围自堤轴线向堤内70m,堤外150m,底部高程为-20m,模型共包括节点数为39442,单元数为35124,并细化了桥墩与堤基、岸坡交叉处单元网格。图1虎渡河右堤K6+940三维有限元模型网格下载原图2.3计算参数根据地质勘查资料，各土层渗流计算参数取值如表1所示。本文屮，由于自由面的下降所引起的土体压缩和弹性释放水量与自由面下降所排出的水量相比甚小，因此可以略去土体和水的压缩性，即5取值为零。参数u的确定采用经验公式法，经验公式如下[7

6、]表1虎渡河右堤K6+940断面各土层渗流计算参数下载原表根据地质勘察资料，各土层的物理力学指标采用试验指标建议值，如表2所示。表中所列抗剪强度均为饱和固结快剪指标。2.4计算工况根据设计条件，堤防岸坡三维渗流有限元分析的计算工况及边界水位条件如表3所示。表2虎渡河右堤K6+940断面各土层物理力学指标下载原表表3渗流计算工况及特征水位条件下载原表根据设计条件，并与三维渗流计算分析工况相对应，堤防岸坡抗滑稳定性计算工况如表4所示。表4抗滑稳定性计算工况及特征水位条件下载原表2.5渗流计算成果分析

7、工况一和工况三下桥墩修建前后的渗流规律见图2〜5。计算结果表明，虎渡河右堤K6+940的渗流场在修建桥墩前后差距其小，等水头线在桥墩修建前后相差不大，等水压线分布平顺，堤防岸坡内的自由而降落缓慢，并在堤脚附近逸出。虎渡河右堤K6+940各层土体最大水力坡降如表5所示。由表5可见，桥墩修建前土体中最大渗透坡降发生在堤身土层中，其值为0.403,小于其允许渗透坡降0.50;桥墩修建后，各层土体最大水力坡降均有所增大，工况一条件下堤身土体最大渗透坡降为0.441,仍小于该层土体允许渗透坡降0.50o桥

8、墩修建前后，工况一和工况三条件下，堤防、岸坡均满足渗透稳定性要求。图2工况一条件下虎渡河右堤K6+940总水头等值线（桥墩修建前）（k单位为cm/s,下同）下载原图下载原下载原图3工况一条件下虎渡河右堤K6+940总水头等值线（桥墩修建后）图图4工况二条件下虎渡河右堤K6+940总水头等值线（桥墩修建前）图图5工况三条件下虎渡河右堤K6+940总水头等值线（桥墩修建后）下载原图表5虎渡河右堤K6+940各层土体水力坡降下载原表堤防、岸坡的非稳定渗流是由于堤外水位的变化引起的。其中，堤外水位的骤降