堤防工程算例10文档格式.docx

堤防工程算例10文档格式.docx

《堤防工程算例10文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《堤防工程算例10文档格式.docx（46页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

SE-SSE

S-SSW

SW-WSW

W-WNW

NW-NNW

风速

（m/s）

39.6

42.3

47.4

40.6

36.5

38.0

38.7

44.0

2）风区长度和水域平均水深

先选取典型的河道计算横断面，风区长度按设计主风向采用由计算点逆风向量到对岸的距离，依据计算断面的河道水下地形剖面图，计算P=1%设计洪（潮）水位时的风区长度和风区水域平均水深。

计算成果见表2-2。

表2-2风区长度及水深计算表

序号

断面桩号

风区长度

水域平均水深

备注

m

1

11+315

3700

7.86

磨刀门水道

3）平均波高和平均波周期

平均波高和平均波周期等风浪要素可按规范推荐的“莆田海堤试验站公式”计算确定，公式如下：

式中：

——平均波高（m）；

V——设计风速（m/s）；

F——风区长度（m）；

d——风区水域的平均水深（m）；

——平均波周期（s）；

g——重力加速度（9.81m/s2）。

4）波长

不规则波对应平均波周期的波长可按下式计算：

L——波长（m）；

d——风区水域平均水深（m）。

5）不同累积频率波高HP

不规则波的不同累积频率波高HP与平均波高

的换算关系可按《海堤设计导则》表6.1.5确定或由下式计算确定：

——累积频率为P的波高，m；

——考虑水深因子的系数，其值为

；

P——累积频率。

2.2波浪爬高计算

波浪爬高计算应采用不规则波要素为计算条件，并以海堤堤前的波浪要素作为计算波浪要素。

1）堤前水深d前

堤前水深d前是指海堤堤脚前的水深：

d前=hP-h滩

hP——设计频率P的高潮位值，m；

h滩——堤脚前海床高程，m。

2）设计波浪爬高RP

《海堤设计导则》附录J列出了计算波浪爬高几种组合型式。

（1）单一坡度斜坡式m=1～5（分：

①规则波，②不规则波）；

（2）单一坡度陡坡式0＜m＜1；

（3）带平台的复式斜坡堤，先确定折算坡度系数，再按单坡断面计算，适用于m上=1～4、m下=1.5～3，且dw/L＝-0.025～+0.025、0.05＜B/L≤0.25条件（分：

①上下坡一致，②上陡、下缓，③上缓、下陡），如有夹角，乘以修正系数；

（4）无平台的折坡式断面（下部斜坡、上部陡墙）和带有防浪墙的单坡断面，用假想坡度法近似计算；

（5）带防浪墙的单坡式断面，可按上述

（1）、

（2）或（4）计算；

（6）堤前有压载（镇压平台）时波浪爬高，先按上述

（1）～（5）种方法分别计算无压载时的爬高，再将所计算的波浪爬高值乘以压载系数Ky，压载系数Ky根据

、

查附录J表J.0.8-1；

（7）其他如堤前设潜堤、防浪林、加糙插砌条石护面等型式。

本工程11+315断面为堤前有压载平台型式，先按

（2）单坡结构计算，再用（6）压载系数进行折算。

海堤为单坡结构型式，且当临水坡坡比0＜m＜1时，波浪的爬高RP按《广东省海堤工程设计导则（试行）》（DB/T182-2004）附录J.0.5进行计算。

计算公式：

RP——累积频率为P的波浪爬高值，根据规范，海堤按不允许越浪时取P=2%，按允许越浪时P=13%；

——与护面结构型式有关的糙渗系数，可根据不同的护面类型，按附录J表J.0.1确定；

——与风速v及堤前水深d前有关的经验系数，根据

，按附录J表J.0.5-1确定；

R0——不透水光滑墙上相对爬高，按附录J图J.0.5确定；

H1%——累积频率为1%的波高值，根据

，从《堤防工程设计规范》附录C表C.1.3-1查得；

KP——爬高累积频率换算系数，按附录J表J.0.5-2确定，不允许越浪时P=2%，允许部分越浪时P=13%。

对选取的典型断面（桩号11+315）进行计算。

计算过程见表2-3。

经计算，该断面处，按不允许越浪计算的波浪爬高值为2.71m；

按允许越浪计算的波浪爬高值为2.22m。

2.3堤顶高程计算

依据《海堤设计导则》，堤顶高程按以下公式计算：

表2-3中珠联围典型断面波浪爬高计算表

ZP——设计频率的堤顶高程，m；

——设计频率的洪（潮）水位，m；

——按设计波浪计算的累积频率为P的波浪爬高值；

海堤按不

允许越浪设计时取P=2%；

按允许部分越浪时取P=13%；

——安全加高，按1级堤防允许越浪时取0.50m；

按1级堤防

不允许越浪时取1.0m。

根据水文资料（或按《海堤设计导则》附录B取用），中珠联围中山段设计频率P=1%的洪（潮）水位为2.52m～2.46m（珠基高程，下同）。

典型断面11+315的计算的堤顶高程（指防浪墙顶高程）为：

①不允许越浪时6.23m；

②允许部分越浪时5.24m。

通过选取多个典型断面进行计算，并结合本工程实际进行分析，则中珠联围中山段堤围按照不允许越浪计算的设计堤顶高程（防浪墙顶高程）取值6.50m，设计堤面高程5.50m；

按照允许越浪计算的设计堤顶高程（防浪墙顶高程）取值为5.50m，设计堤面高程4.50m。

本工程11+315计算断面按允许部分越浪考虑并设防浪墙，防浪墙顶高程取5.50m，设计堤面高程4.50m。

说明：

当海堤堤顶临海侧设有防浪墙且防浪墙稳定、坚固时，堤顶高程可算至防浪墙顶面，设计堤面高程应符合《海堤设计导则》11.3.1和11.3.3规定。

对于允许部分越浪的海堤，应进行越浪量计算（附录K），规范规定的允许越浪量见《海堤设计导则》表8.1.2。

本算例不详细介绍。

3渗透稳定计算

3.1计算内容

1）核算在设计高潮（洪水）持续时间内浸润线的位置，当在背海侧堤坡逸出时，应计算出逸点的位置、逸出段与背海侧堤基表面的出逸坡降；

2）当堤身或堤基土渗透系数K≥10-3cm/s时，应计算渗漏量；

3）计算洪水或潮水水位降落时临水侧堤身内的自由水位。

3.2计算工况

《海堤设计导则》列出三种水位组合，即临海侧为设计潮位或台风期大潮平均高潮位，背海侧为相应水位、低水位或无水；

以大潮平均高潮位计算渗流浸润线；

以平均潮位计算渗流量。

本工程根据实际情况，采用以下两种不利水位组合。

1）工况1：

设计洪（潮）水位期（发生稳定渗流）

水位组合：

临水侧为设计洪（潮）水位2.46m，背水侧水位0.50m（按无水考虑，与地面高程齐平）；

2）工况2：

设计高潮水位降落期（发生不稳定渗流）

临水侧从设计高潮水位2.46m降至0.00m，背水侧水位0.5m（按无水考虑，与地面高程齐平）。

对临水侧堤坡稳定最不利的情况。

3.3计算过程

3.3.1地质参数

采用所选计算断面的地质资料，各土层相关参数见表3-1所列。

表3-1渗透破坏形式和允许水力比降地质建议值

堤基土质

类别

渗透破坏

形式

建议允许

水力比降

垂直渗透系数

（cm/s）

填筑土

流土

0.45

5.58×

10-6

2

粉质粘土

0.50

5.32×

3

淤泥质土

0.30

6.63×

10-7

3.3.2计算模型

本工程整治堤段总长10.57km，本次选取典型断面（10+300处横断面）进行计算。

（图中高程为珠基高程）

计算方法可参考《堤防工程设计规范》（GB50286-98）附录E进行，公式从略。

计算简图如下：

为简化计算，计算模型采用梯形断面，临水坡为1:

2，背水坡为1:

3。

堤前滩涂面高程为0.00m。

设计堤防为均质土堤，堤基土层为粉质粘土，地基中粉质粘土以下为淤泥质土，淤泥质土的渗透系数更小，计算模型可按透水堤基进行计算，透水层的相对深度算至粉质粘土层底。

3.3.3计算方法

本工程堤身为均质土堤，型式比较单一，因此可采用北京理正软件中的渗流计算公式法进行计算；

如遇堤身有防渗墙情况，可采用有限元法计算。

3.3.4计算过程

1）工况1

-------------------------------------------------------------------

计算项目:

渗流问题公式法1

[计算条件]

土堤顶部宽度b=8.800（m）

土堤顶部高度h=4.500（m）

上游坡坡率1:

m1=2.000

下游坡坡率1:

m2=3.000

堤身渗透系数k=0.005（m/d）

上游水位h1=2.460（m）

下游水位h2=0.500（m）

透水地基深度=3.000（m）

透水地基渗透系数=0.005（m/d）

有效深度系数=1.000

[中间计算结果]

L=26.380（m）

ΔL=0.984（m）

透水地基有效深度=31.300（m）

浸润线计算公式原点=29.340（m）

浸润线起点x坐标=4.920（m）

浸润线终点x坐标=29.340（m）

q'

=0.00138

注：

中间计算结果的含义参见《堤防工程设计规范》E.3.2条。

[最终计算结果]

下游出逸点高度:

=0.653（m）

单位宽度渗流量:

=0.001（m3/d.m）

浸润线计算结果:

X（m）Y（m）

4.9202.273

7.3622.135

9.8041.993

12.2461.846

14.6881.695

17.1301.539

19.5721.376

22.0141.208

24.4561.032

26.8980.847

29.3400.653

比降计算结果:

渗出段AB的比降

y（m）比降

0.5150.336

0.5310.333

0.5460.331

0.5610.328

0.5770.326

0.5920.324

0.6070.322

0.6230.320

0.6380.318

0.6530.316

浸没段BC的比降

r（m）比降

0.1580.111

0.3160.111

0.4740.115

0.6320.122

0.7910.131

0.9490.145

1.1070.165

1.2650.200

1.4230.281

地基段CD的比降

x（m）比降

0.0650.110

0.1310.101

0.1960.095

0.2610.091

0.3270.087

0.3920.084

0.4570.082

0.5230.080

0.5880.078

0.6530.076

A点为下游出溢点；

B点为下游坡和下游水面线交点；

C点为下游坡脚；

D点在地基面上。

ABC段r以C点为原点，沿下游坡向上为正。

CD段x以

C点为原点，下游水平方向为正。

2）工况2

渗流问题公式法2

水位下降速度=2.460（m/d）

下降到的最低水位=0.000（m）

堤身土的给水度=0.002

水位下降所需时间=1.00（天）

时间（天）浸润线最高点h0（t）+h0（m）上游坡出渗点高度he（t）（m）

0.202.3101.614

3.2291.614

3.3981.697

3.5671.775

3.7361.851

3.9051.923

4.0741.993

4.2432.060

4.4132.125

4.5822.189

4.7512.250

4.9202.310

0.402.1601.283

2.5661.283

2.8011.396

3.0371.500

3.2721.598

3.5081.689

3.7431.777

3.9781.860

4.2141.939

4.4492.016

4.6852.089

4.9202.160

0.602.0101.042

2.0841.042

2.3681.175

2.6511.295

2.9351.405

3.2191.506

3.5021.601

3.7861.691

4.0691.776

4.3531.857

4.6361.935

4.9202.010

0.801.8600.850

1.7010.850

2.0230.999

2.3451.127

2.6671.243

2.9891.348

3.3101.446

3.6321.538

3.9541.625

4.2761.707

4.5981.785

4.9201.860

1.001.7110.692

1.3840.692

1.7380.851

2.0910.984

2.4451.101

2.7981.207

3.1521.305

3.5061.395

3.8591.480

4.2131.561

4.5661.637

4.9201.711

3.4计算结果分析

由以上计算可知，工况1时，背水坡的渗流出逸点的高度为0.56m，背水坡渗流出逸点比降为0.316，小于堤身土的允许渗透比降0.45；

地基渗流出逸点比降为0.076，小于地基土的允许渗透比降0.50。

故渗流稳定是安全的。

工况2的计算结果将作为稳定计算和设置反滤排水的依据。

4抗滑稳定计算

4.1计算内容

1）海堤整体抗滑稳定分析；

2）挡土墙、防浪墙的抗滑、抗倾覆稳定分析及挡土墙的地基承载力计算。

（具体见第5章介绍）

4.2计算工况

海堤整体抗滑稳定计算可分为正常运用情况和非常运用情况。

各种情况下的计算工况及其临海侧、背海侧水位组合可参考《海堤设计导则》表13.2.2选用，对照规范并结合本工程实际情况确定计算工况和相应的水位组合如下。

设计洪（潮）水位下的稳定渗流期，背水坡（正常运用情况）。

临水侧为设计洪（潮）水位2.46m，背水侧按最低水位或无水，本工程按无水考虑。

设计高潮水位的降落期，临水坡（正常运用情况）。

临水侧从设计高潮水位2.46m降至压载平台顶（堤前地面高程）0.0m，背水侧按最高水位，水位取0.5m。

3）工况3：

施工期（非常运用情况）。

①临水坡，水位组合：

临水侧水位至滩涂面-1.00m，背水侧为最

高水位，本工程按无水考虑；

②背水坡，水位组合：

临水侧为施工期5年一遇高潮水位1.68m，背水侧为最低水位或无水，本工程按无水考虑。

4）工况4：

地震（非常运用情况），根据《堤防工程设计规范》1.0.7条规定，位于地震烈度7度及其以上地区的1级堤防工程，经主管部门批准，应进行抗震设计；

地震计算方法按《水工建筑物抗震设计规范》（DL/T5073-2000）执行。

①临水坡,水位组合：

临水侧为平均潮水位0.00m，背水侧为平均水位，本工程按无水考虑；

②背水坡,水位组合：

临水侧为设计潮水位0.00m，背水侧为平均水位，本工程按无水考虑。

4.3计算过程

4.3.1计算断面及地质参数的选取

本工程整治堤段总长10.57km，计算时应根据不同地质分段选取典型横断面进行计算。

本算例选取典型断面（10+300处横断面）进行计算。

其地质剖面采用对应计算断面处的钻孔横剖面图。

计算所采用的地质参数采用地质报告中本工程段的地质参数建议值。

施工期采用快剪指标；

稳定渗流期采用慢剪指标；

水位降落期采用固结快剪指标。

具体地质参数见表4-1。

表4-1土体抗剪强度指标表（使用仪器为直剪仪）

计算工况

计算方法

试验方法

填土

淤泥

施工期

总应力法

快剪

Cu

8.0

15.8

5.8

φu

12.0

10.7

6.0

稳定渗流期

有效应力法

慢剪

C’

13.0

12.5

5.5

φ’

16.4

18.48

12.3

水位降落期

固结

Ccu

16.8

18.7

10.1

φcu

18.4

19.0

4.3.2计算方法

参照《海堤工程设计导则》附录Q，选取10+300典型断面，采用瑞典圆弧滑动法，利用北京理正软件中边坡稳定计算模块进行计算。

计算公式从略。

4.3.3计算过程

设计洪（潮）水位下稳定渗流期

（土层强度采用有效应力法慢剪指标）

------------------------------------------------------------------------

计算项目：

复杂土层土坡稳定计算1

[计算简图]10+300

[控制参数]:

采用规范:

堤防工程设计规范

计算工期:

稳定渗流期

计算目标:

安全系数计算

滑裂面形状:

圆弧滑动法

不考虑地震

[水面信息]

采用有效应力法

孔隙水压力采用近似方法计算

不考虑渗透力作用

考虑边坡外侧静水压力

水面线段数3水面线起始点坐标:

（0.000,0.000）

坝坡外水位:

0.000（m）

水面线号水平投影（m）竖直投影（m）

13.0000.500

25.0000.500

315.0000.960

[计算条件]

圆弧稳定分析方法:

瑞典条分法

土条重切向分力与滑动方向反向时:

当下滑力对待

稳定计算目标:

自动搜索最危险滑裂面

条分法的土条宽度:

1.000（m）

搜索时的圆心步长:

搜索时的半径步长:

0.500（m）

计算结果:

最不利滑动面:

滑动圆心=（4.800,7.389）（m）

滑动半径=16.840（m）

滑动安全系数=1.316

总的下滑力=525.273（kN）

总的抗滑力=691.328（kN）

土体部分下滑力=525.273（kN