.574. 工程科学学报，第41卷，第5期 过去的堤防、岸坡和围堰等水工建筑物大多采 承载力的计算方法]来进行软基堆填体的稳定性 用天然土体进行填筑，为了增加堆填体的稳定性，往 分析；并且在计算时考虑了弹性核宽度对堤基稳定 往选取强度较好的土料堆填，这种方式形成的堆填 性的影响，通过搜索得到最小安全系数：并与通常的 体力学特性较地基土更好，但是二者相差并不是很 极限平衡法和强度折减法进行比较，以说明其合理 大.在这种大背景下，极限平衡法成为了工程设计 性.同时以该方法为基础，对软基堤防在冲刷影响 的主流方法 下的稳定性进行了计算分析. 极限平衡法在确定滑弧时，以土条为受力分析 1复杂荷载下软土地基承载力算法 的基本单位，而土条范围则包含了堤防土体和地基 土体两部分.近年来土工织物逐渐盛行，填筑堤防 Prandtl-Reissner无重介质地基承载力计算示 和围堰时采用合适的土工织物可大大加强堆填土体 意图如图1所示. 的抗剪强度，在填筑堤防和围堰时经常会用到膜袋 砂、膜袋混凝土和土工布等对土体进行加筋，使得堆 填土体的抗剪强度提升明显.与此同时，堆填土体 与地基土体的差异性加大不少，若地基土为淤泥或 淤泥质土等软土，则差异更大，此时仍然将堆填土体 与软弱地基作为同一个土条来进行受力分析是否合 适，则需要进一步论证 该问题已经有不少学者进行过思考与讨论， Shen)认为软基堆填体若筋材不被拉断，则很难发 个个个个个个个个个个个个个个 生整体性破坏，而是发生软土的挤出式破坏：孙亚东 等]也发现该问题广泛存在于设计中，呼吁从业者 图1地基承载力计算示意图 Fig.I Calculation of foundation bearing capacity 对软基上加筋堤坝的设计方法开展深入研究，获得 适用于我国设计的一套实用性方法：李广信)认为 地基承载力可以通过图1中隔离体(OFDC)对 加筋土施工过程软土会产生明显的固结，通常用的 点B的力矩平衡求得，平衡方程为： 不排水强度偏保守：徐光明等[通过离心试验对软 bOC2 BF2 FD 土地基上堤防稳定性进行了研究，根据试验分析了 P8+P.2=92+Pn2 -+M.(1) 不同工况下滑弧产生的范围和特点，朱斌等)认为 式中：P为地基极限承载力；g为基础外附土荷载：b。 软基上的堤防破坏伴随较大变形，且滑弧接近圆弧； 为基础宽度；P。为由荷载p产生的朗肯主动土压力； 陈胜立等6]通过离心试验论证了加筋对堤防沉降 P。为由荷载q产生的朗肯被动土压力；M为弧CD 的有利影响：李贺青等)通过离心试验模拟了换填 段黏聚力产生的对B点的力矩，OC、BF、FD分别为 部分堤基淤泥后堤防的稳定性变化：雷国辉等[]研 线段OC、BF和FD的长度. 究了土体不排水抗剪强度随深度的变化，分析了土 杨光华[1)将式(1)进行变形，得到式(2)： 体的稳定性：黄井武等)对广东沿海软基堤坝的破 坏机制进行了研究，认为采用上游陡坡下游缓坡的 p(传广=成（台°+F+厘 (2) 形式能够更好的增加堤防的稳定性，并提出采用轻 以式(2)为基础，考虑土体自重的影响，得到复 型筑坝材料能够解决软基筑坝的诸多问题：刘春虹 杂荷载下地基承载力为： 等[]通过有限元分析认为土工织物有助于均化地 基沉降，减少堤外土体的隆起：刘开富等通过有 p=N,Yob cN MBE +(b2)+(b/2) (3) 限元计算和现场试验，分析了地基土强度和堤防临 式中：b为弹性核的宽度，当地基破坏模式为滑裂面 界高度的关系：于桂东[12)通过对大砂袋软基围堰进 破坏时，b=b。2,当地基破坏模式为压密核破坏时， 行离心试验和数值分析，认为破坏模式主要是地基 b=b。;c为地基土黏聚力；yo为地基土重度，地下水 强度不足、围堰沉降过大、坡脚地基失稳等.该问题 以下取有效重度；M为BF段荷载对B点的弯矩， 虽然有不少的研究，但是目前尚缺乏可应用于工程 设计中的简单有效的实用方法. 其中BF=E=之厂：M:为PE段荷载对F点的 基于上述问题，本文采用复杂荷载下软土地基 弯矩；N,、N、N为承载力系数，计算如下：工程科学学报,第 41 卷,第 5 期 过去的堤防、岸坡和围堰等水工建筑物大多采 用天然土体进行填筑,为了增加堆填体的稳定性,往 往选取强度较好的土料堆填,这种方式形成的堆填 体力学特性较地基土更好,但是二者相差并不是很 大. 在这种大背景下,极限平衡法成为了工程设计 的主流方法. 极限平衡法在确定滑弧时,以土条为受力分析 的基本单位,而土条范围则包含了堤防土体和地基 土体两部分. 近年来土工织物逐渐盛行,填筑堤防 和围堰时采用合适的土工织物可大大加强堆填土体 的抗剪强度,在填筑堤防和围堰时经常会用到膜袋 砂、膜袋混凝土和土工布等对土体进行加筋,使得堆 填土体的抗剪强度提升明显. 与此同时,堆填土体 与地基土体的差异性加大不少,若地基土为淤泥或 淤泥质土等软土,则差异更大,此时仍然将堆填土体 与软弱地基作为同一个土条来进行受力分析是否合 适,则需要进一步论证. 该问题已经有不少学者进行过思考与讨论, Shen [1]认为软基堆填体若筋材不被拉断,则很难发 生整体性破坏,而是发生软土的挤出式破坏;孙亚东 等[2]也发现该问题广泛存在于设计中,呼吁从业者 对软基上加筋堤坝的设计方法开展深入研究,获得 适用于我国设计的一套实用性方法;李广信[3] 认为 加筋土施工过程软土会产生明显的固结,通常用的 不排水强度偏保守;徐光明等[4] 通过离心试验对软 土地基上堤防稳定性进行了研究,根据试验分析了 不同工况下滑弧产生的范围和特点,朱斌等[5] 认为 软基上的堤防破坏伴随较大变形,且滑弧接近圆弧; 陈胜立等[6] 通过离心试验论证了加筋对堤防沉降 的有利影响;李贺青等[7] 通过离心试验模拟了换填 部分堤基淤泥后堤防的稳定性变化;雷国辉等[8] 研 究了土体不排水抗剪强度随深度的变化,分析了土 体的稳定性;黄井武等[9] 对广东沿海软基堤坝的破 坏机制进行了研究,认为采用上游陡坡下游缓坡的 形式能够更好的增加堤防的稳定性,并提出采用轻 型筑坝材料能够解决软基筑坝的诸多问题;刘春虹 等[10]通过有限元分析认为土工织物有助于均化地 基沉降,减少堤外土体的隆起;刘开富等[11] 通过有 限元计算和现场试验,分析了地基土强度和堤防临 界高度的关系;于桂东[12]通过对大砂袋软基围堰进 行离心试验和数值分析,认为破坏模式主要是地基 强度不足、围堰沉降过大、坡脚地基失稳等. 该问题 虽然有不少的研究,但是目前尚缺乏可应用于工程 设计中的简单有效的实用方法. 基于上述问题,本文采用复杂荷载下软土地基 承载力的计算方法[13] 来进行软基堆填体的稳定性 分析;并且在计算时考虑了弹性核宽度对堤基稳定 性的影响,通过搜索得到最小安全系数;并与通常的 极限平衡法和强度折减法进行比较,以说明其合理 性. 同时以该方法为基础,对软基堤防在冲刷影响 下的稳定性进行了计算分析. 1 复杂荷载下软土地基承载力算法 Prandtl鄄鄄Reissner 无重介质地基承载力计算示 意图如图 1 所示. 图 1 地基承载力计算示意图 Fig. 1 Calculation of foundation bearing capacity 地基承载力可以通过图 1 中隔离体(OFDC)对 点 B 的力矩平衡求得,平衡方程为: p b 2 0 8 + pa OC 2 2 = q BF 2 2 + pp FD 2 2 + Mr (1) 式中:p 为地基极限承载力;q 为基础外附土荷载;b0 为基础宽度;pa 为由荷载 p 产生的朗肯主动土压力; pp 为由荷载 q 产生的朗肯被动土压力;Mr 为弧 CD 段黏聚力产生的对 B 点的力矩,OC、BF、FD分别为 线段 OC、BF 和 FD 的长度. 杨光华[13]将式(1)进行变形,得到式(2): p ( b ) 2 2 = cNc ( b ) 2 2 + 1 2 q BF 2 + 1 2 q FE 2 (2) 以式(2)为基础,考虑土体自重的影响,得到复 杂荷载下地基承载力为: p = N酌 酌0 b + cNc + MBF (b / 2) 2 + MFE (b / 2) 2 (3) 式中:b 为弹性核的宽度,当地基破坏模式为滑裂面 破坏时,b = b0 / 2,当地基破坏模式为压密核破坏时, b = b0 ;c 为地基土黏聚力;酌0为地基土重度,地下水 以下取有效重度;MBF为 BF 段荷载对 B 点的弯矩, 其中BF = FE = b 2 Nq ;MFE为 FE 段荷载对 F 点的 弯矩;N酌 、Nc、Nq为承载力系数,计算如下: ·574·