不同土体下铰接式混凝土砌块护坡稳定性研究.pdf

全国中文核心期刊 钎 鲤 建巍 中 国 科 技 核 心 期 刊 不同土傩下铰接式混凝土砌块护坡 稳定性研夯 刘兵正 ， 刘艳 ， 董桂华 ， 张玉清 ( 1 内蒙古 自治区水利水电勘测设计 院， 内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 2 0 ： 2 沈 阳标准化研究院 ， 辽宁 沈阳l 1 0 0 2 0 3 阜新市水资源 管理办 公室 ， 辽宁 阜新1 2 3 0 0 0 ； 4 沈 阳农业大学 ， 辽宁 沈阳1 1 0 8 6 6 ； 5 辽宁省设施农业环境与装备工程研究中心， 辽宁 沈 阳 1 1 0 8 6 6 ) 摘要： 护坡是保护河岸与堤防安全的重要工程。 利用强度折减法和有限差分原理， 应用 F L A C软件计算了沈阳市鸟岛公园铰接 式混凝土砌块护坡 的稳定安全系数。在此基础上 ， 进一步探讨了在不 同土体状况 下的不同坡 度和不 同砌块质量时该护坡 的稳 定安 全系数， 获得了合理 的坡度和砌块质量， 为该护坡 设计和应用提供 了参考依据。 关键词： 护坡； 稳定性； 不同土体 中图分类号： T U 5 2 8 7 9 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 o l 5 ) o 9 0 0 5 1 0 3 S t u d y O i l s t a b i l i t y o f j o i n t c o n c r e t e b l o c k s s l o p e f o r d i ff e r e n t s o i l L I U B i n g z h e n g ， L I U Ya h ， DONG Gu i h u a 3 ， Z HA NG Yu q i n g ( 1 Hy d r o a n d P o we r De s i g n I n s t i t u t e o f I n n e r Mo ng o l i a Au t o n o mo u s Re g i o n， Ho h h o t 01 0 0 2 0， I n n e r Mo n g o l i a ， C hi n a ： 2 S h e n y a n g I ns t i t u t e o f S t a n d a r d i z a t i o n ， Sh e n y a n g 1 1 0 0 2 0， L i a o n i n g ， Ch i n a ； 3 。 W a t e r M a n a g e me n t Of fic e o f F u x i n C i t y t Fu x i n 1 2 3 0 0 0， Li a o n i n g ， C h i n a； 4 S h e n y a n g Ag ric u l t u r a l Un i v e r s i t y ， S h e n y a n g 1 1 0 8 6 6， L i a o n i n g， Ch i n a ； 5En g i n e e rin g & T e c h n o l o g y Re s e a r c h Ce n t e r o f Pr o t e c t e d A c u l t u r a l En v i r o n me n t a n d Eq u i p me n t o f Li a o n i n g P r o v i n c e， S h e n y a n g 1 1 0 86 6， Li a o n i n g ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e s l o p e p r o t e c t i o n i s a n i mp o r t a n t i n f r a s t r u c t u r e t o e n s u r i n g ri v e r b a n k a n d d y k e s a f e t y I n t h i s p a p e r ， t h e s af e t y f a c t o r o f s t a b i l i t y f o r t h e a c t u a l p r 。 j e c t - - t h e H i n g e J o i n t C o n c r e t e B l o c k S l o p e o f S h e n y ang C i t y P ark ， i s c a l c u l a t e d b y u s i n g t h e p rin c i p l e s o f s t r e ng t h e n r e d uc t i o n me t h o d a n d fin i t e d i ff e r e n c e me t h o d a n d s o f t wa r e F LACOn t h e b a s i s o f t hi s ， t h e s a f e t y f a c t o r of s l o p e s t a b i l i t y i s f u r t h e r c a l c u l a t e d wi t h d i f f e r e n t s l o p e g r a d e a nd d i ffe r e n t b l o c k s q u a l i t y i n d i ff e r e n t s o i l Th e l o g i c a l s l o p e gra d e a n d b l o c k q u ali t y i s o b t a i n e d t o p r o v i d e a r e f e r e nc e f o r t h e s l o p e d e s i g n a n d a p pl i c a t i o n Ke y wor d s： s l o p e p r o t e c t i o n ， s t abi l i t y， d i ff e r e n t s o i l 护坡是河道治理和堤防安全的重要工程。经常使用的护 坡有现场浇筑混凝土、 毛石护坡、 浆砌石护坡等形式， 这类护 坡常常是强调了护坡的单一功能，对生态环境的保护起到了 负面的影响与作用。因此， 在有些护坡的设计过程中， 将对环 基金项目： 农业部 公益性行业 ( 农业) 科研专 项 ( 2 0 1 2 0 3 0 0 2 ) ； “ 十一五” 国家科技支撑计划子课题 ( 2 0 1 1 B AD 1 2 B 0 3 0 2 ) ； 辽宁省海洋 与渔业厅科研项 目 收稿 日期： 2 0 1 5 0 5 2 8 作者简介： 刘兵正， 男， 1 9 7 6年生， 内蒙古呼和浩特人， 高级工程师， 主要从事水利 水电枢 纽设计 。 通讯作者 ： 张玉清 ， 地址： 沈阳市沈河区 东陵 路 1 2 0号 沈 阳农业 大 学水 利学 院 ， E m ail ： z h a n g y q 1 9 7 4 t 6 3 c oi n 境有益的影响因素加以考虑，使护坡的形式就由以往的纯工 程性护坡逐渐向生态环保型护坡方向发展【l H 5 j ， 铰接式混凝土 砌块护坡就此开始被使用。 当前，针对铰接式混凝土砌块护坡稳定性从理论方面研 究还不多见 ， 绝大多数文献都是施工方法的介绍。为此， 本 文以沈阳鸟岛公园铰接式混凝土砌块护坡为例，利用强度折 减法和有限差分原理，并采用F L A C 分析软件探讨该护坡不 同土体状况下的稳定性，从而为该护坡设计和应用提供参考 依据。 1 工程概况 沈阳鸟岛公园位于浑河城区段上游， 河中形成一岛屿， 面 积约0 8 k m 2 ， 周边长约3 5 k m， 位置如图1 所示。由于2 0 0 5 NE W BUI L DI NG M ATE R I AL 5 51 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘兵正 ， 等： 不同土体下铰接式混凝土砌块护坡稳定性研究 年发生大洪水， 使岛周围原有干砌石护坡被冲毁。 鸟岛公园为 2 0 0 6 年沈阳“ 世园会” 的一部分， 工期仅半年， 因此本工程要 求： 提高护坡抗冲刷能力， 护坡形式须考虑景观效果， 不能减 小岛的面积， 施工进度要快。 经综合考虑并与其它形式护坡 进行比较， 最终采用铰接式混凝土砌块护坡。 砌块形状和尺寸 如图2 所示， 坡脚和坡顶的铺筑方式如图3 所示。 图 1 沈阳鸟岛公园位置示意 三 二 三 K 平 穿孔 莩 。i f 妊 薹 篓 ，兰 薹 水 平穿 孔 _ L 一 、 _ 、 一 I 55 0 顶面 ( a ) 空心砌块 ( b ) 实心砌块 图 2 铰接式混凝土空心砌块和实心砌块形状及尺寸 ( a ) 铺面底部连接 5 2 新型建筑材料 2 0 1 5 9 图 3 坡脚和坡顶铺筑形式 2 强度折减法的基本原理 按照安全系数的定义，假设在某个剪切面上土体中任一 点的抗剪强度可用M o h r C o u l o m b 破坏准则表示为【 I 1 】 ： 7 = c + ma n 60 ( 1 ) 式中： r 作用在剪切面上的切向应力， k P a ； c 土的的粘聚力， k P a ； 作用在剪切面上的法向应力， k P a ； 土的内 摩擦角， ( 。 ) 。 则该点土体在假设剪切面上的强度折减系数F ( 即安全 系数) 为： ( 2 ) 式中： 丁 广土的抗剪强度， k P a 。 如果此时土体未 发生 剪切破坏， 土的 实际剪应力与实际 中得以发挥的抗剪强度相同， 即： 仁 - = c + ma n ( 3 ) 式中： c 一折减后土的粘聚力， k P a ； 一折减后土的内摩擦角， ( o ) 。 折减后的抗剪强度指标分别为： c 寺 ； a rc Ia n ( ) (4 ) 式( 4 ) 中F 可以看作为强度折减系数。强度折减法的关 键是用式( 3 ) 和式( 4 ) 来调整土的c 和( p ， 之后对护坡稳定性 进行数值计算， 循环计算， 直至折减系数达到临界破坏， 此时 的折减系数即为安全系数F 。 3 F L A C计算原理 F I AC软件的基本原理是拉格朗日有限差分法( f a s t l a g r a n g i a n fi n i t e d i f f e r e n c e m e t h o d ) 。 拉格朗日法采用差分方法 求解， 首先将要求解的区域划分成四边形的网格， 在边界和周 围等不规则处也可用三角形网格拟合。 采用F L A C进行数值模拟时， 有3 个基本部分必须指定： 一 00 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 孙诗兵， 等： 激发剂对氯氧镁泡沫水泥发泡过程与性能的影响 2 _ 3 激发剂对氯氧镁泡沫水泥强度的影响 ( 见表4 ) 表 4 激发剂掺量对氯氧镁泡沫水泥强度的影响 由表4 可以看出，氯氧镁泡沫水泥的3 d 强度已达到2 8 d 强度的5 0 以上， 7 d 强度达到2 8 d 强度的8 0 ， 体现了氯 氧镁水泥的快凝、 早强的特点， 对缩短模具的使用周期和提高 生产效率极为有利。激发剂掺量对氯氧镁泡沫水泥强度无明 显影响， 激发剂掺量为0 1 5 0 5 5 时， 2 8 d 抗压强度在 1 3 0 M P a 左右， 2 8 d 抗折强度在0 4 8 M P a 左右，无明显差别和变 化趋势。泡沫水泥的强度主要取决于胶凝材料本身强度和孔 结构 8 1 。在胶凝材料相同的情况下， 改变激发剂掺量对氯氧镁 泡沫水泥的密度几乎无影响， 孔结构也无明显变化， 因此氯氧 镁泡沫水泥的强度不会有明显差别，即激发剂掺量对氯氧镁 泡沫水泥的强度无影响。 3 结论 ( 1 ) 激发剂掺量的增加提高发泡速率， 但不改变发泡倍数 ( 约为4 4 倍) ， 也不改变发泡制品的密度( 2 5 0 k g m 。 左右) ， 同 时不改变发泡的过程行为。 ( 2 ) 通过气态方程计算得到， 2 5时气泡内部压力为 4 0 2 x l 0 P a ； 出 现塌模临界状态时气泡内部压力为1 0 7 x l O 6 p a 。 ( 3 ) 激发剂掺量对氯氧镁泡沫水泥的力学性能几乎无影 响。 激发剂掺量为0 1 5 0 2 5 时， 2 8 d 抗压强度在 1 3 0 M P a 左右， 2 8 d 抗折强度在0 4 8 M P a 左右。 参考文献 ： 1 涂平涛氯氧镁材料技术与应用 M】 b 京： 化学工业 出版社， 2 0 0 9 2 】 刘 中兴 ， 谢传欣， 石 宁， 等 过氧化氢溶液分解特性研究【 J J 齐鲁石 油化工， 2 0 0 9 ， 3 7 ( 2 ) ： 9 9 1 0 2 3 】 张清 ， 应超燕， 余可娜 ， 等 双氧水分解速率和稳定性研究】 嘉兴 学院学报 ， 2 0 1 2( 3 ) ： 5 1 5 3 4 陈小斌 ， 张聚华 ， 刘振东 钨酸钠 、 碘化钾体系对双氧水分解反应 的催化作用研究 J l _北京服装学院学报 ， 2 0 1 1 ， 3 1 ( 2 ) ： 6 0 6 6 5 苏雪筠， 苏茂尧 化学发泡氯氧镁水泥防火材料的研究【 J 硅酸盐 学报 ， 2 0 0 9 ( z 1 ) ： 1 3 5 1 3 7 6 苏素芹， 杨 小平 ， 许红升， 等 氯氧镁 水泥复合保温材 料研 究lJ J 新 型建筑材料 ， 2 0 0 5( 6 ) ： 4 7 4 9 7 董金美， 余红发， 张立明 水合法测定活性 M g O掺量的试验条件 研究盐湖研究 ， 2 0 1 0 ， 1 8( 1 ) ： 3 8 4 1 8 K e a r s l e y E P ， Wa i n w r i g h t P J T h e e f f e c t o f p o r o s i t y o n t h e s t r e n g t h o f f o a me d c o n c r e t e J 1 C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 2 ， 3 2 ( 2 ) ： 2 3 3 2 3 9 A ( 上接第 5 3 页) 当坡度为4 0 。 一 4 5 。 ， 砌块质量为4 5 5 5 k g 时， 护坡的稳定性较 容易得到保证， 并且可以减少砌块数量， 容易装运， 方便施工。 参考文献 ： 【 1 徐海波 ， 宗瑞 英 谈城市河 道生态护坡技术 工程建设 与设计， 2 0 0 5( 1 ) ： 5 7 5 9 【 2 2 夏继 红， 严忠民 国 内外城市河道生态型护岸研 究现状及发展趋 势叨 中国水土保持， 2 0 0 4 ( 3 ) ： 2 0 2 1 3 夏继红， 严忠 民 生态河岸 带研 究进展与发展趋势 J 1 河海大 学学 报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 5 ) ： 2 5 2 2 5 5 【 4 】 夏 继红 ， 严 忠 民 生态 河岸 带 的概 念及 功 能f J 水利水 电技 术 ， 2 0 0 6， 3 7( 5 )： 1 3 1 7 5 夏继红 ， 严 忠民， 蒋传丰 河岸带 生态系统综合 评价指标 体系研 6 0 新型建筑材料 2 0 1 5 9 究叨 水科学进展 ， 2 0 0 5 ， 1 6 ( 5 ) ： 3 4 5 3 4 8 【 6 朱勇 ， 吴 美安， 朱一平 水工护坡 混凝 土砌块的生产 实践 建筑 砌块与砌块建筑， 2 0 0 5( 6 ) ： 3 2 3 6 7 苏忖 安， 张登祥 镶嵌铰接混凝 土板式护坡加固长江千堤研 究 J 人 民长江， 2 0 0 3 ( 2 ) ： 1 4 1 6 8 潘军宁， 王登婷， 吴美安， 等 波浪作用下混凝土砌块护坡稳定性 试验研究 J 河海大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 5 ， 3 3( 7 ) ： 4 7 6 4 8 1 9 吴美安 ， 孙勇 ， 李启 涛 混凝土砌 块护坡护面层 稳定厚度 的计算 方法 人 民黄河， 2 0 0 6( 1 ) ： 1 9 2 1 1 0 张 玉清 ， 宓永宁 ， 王铁 良， 等 综合评 分法在护 坡方案优选 中的 应用叨 中国水土保持， 2 0 0 8 ( 8 ) ： 8 - 1 0 【 1 1 】 赵 尚毅 ， 郑颖人 ， 邓卫东 用有 限元强度折减法进行节理岩 质边 坡稳定性分析叨 岩石力学与工程学报， 2 0 0 3 ， 8( 4 ) ： 1 0 2 1 0 6 A 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m