库区高水位差下斜坡码头岸坡稳定性分析

（云南水运规划设计研究院，昆明市，650051） 刁边防

1 实例工程概况

实例工程位于重庆市巴南区鱼洞经济开发区，距离上游李家沱长江大桥6.5km，经纬度为东经111°15′11″，北纬31°55′19″。根据李家沱长江大桥的设计水位工况，本工程设计高水位取182.50m，设计低水位取152.30m。本工程斜坡段共用11个码头桩基进行承重。斜坡坡比设计为1:0.35。

2 实例工程三维模型建立

为了研究最不利工况下实例工程码头应力分布及岸坡稳定，本文选择ANSYS软件进行三维模拟计算。

2.1 三维网格划分

采用计算收敛性最好的三角网格，计算模块采用FESWMS 模块，网格节点间距设为3m，整个模型共有16 980 个网格节点以及12 660 个网格。实例工程网格划分见图1。

图1 网格划分示意图

2.2 主要参数设置

根据本工程的实际地质情况，码头工程的弹性模量取30.5GPa，泊松比取0.25，粘聚力取21.0kPa。

3 数模计算以及结果分析

根据实例工程可能出现的工况，选择最不利工况，即最高通航水位（流量为8 528m3/s，水位为182.50m）下进行计算。其中，对码头桩基进行编号，其中斜坡坡底的第一根桩的编号为1#桩基。

3.1 模型应力分布计算结果

研究工况下，实例工程应力分布结果见图2，分析可知：

（1）码头工程压应力及拉应力整体分布较为平均，基本在0.56～1.6MPa之间，受压应力分布在4.2～9.9MPa 之间，满足C30 混凝土受拉应力不大于2.0MPa、受压应力不大于20MPa的要求。

（2）最大拉、压应力出现在7～9#桩位处，，该区域的最大拉应力为1.6MPa，最大压应力约为9.9MPa。

图2 实例码头工程应力分布计算结果

3.2 模型应变分布计算结果

研究工况下，实例工程应变（沿水平和竖直方向位移）分布结果见图3，分析可知：

（1）前两跨实体墩台结构在水平、竖直方向上的变形都比较小，而架空桩柱式结构的变形较大，其中桩柱结构在沿水平负方向上的位移最大，达到0.16cm，但仍小于0.25cm的要求值。

（2）桩柱结构在水平、竖直方向上的变形都受水流力影响，其中在沿竖直负方向上产生了比较大的位移。最大位移出现在8#～9#桩基之间的跨梁上，最大变形值达到0.1cm。主要是由水流掏刷引起。

图3 实例码头工程位移分布计算结果

实例工程整体位移分布结果见图4，分析可知：

（1）在本文对模型各外部因子（包括堆载、水流冲击等）多重因素叠加影响下，实例工程有一定变形。其中，岸坡变形分布在0～0.1cm，变形量较小。桩基变形分布在0.11～1.75cm 范围内，且1～3#桩基变形量较小，4～11#桩基变形量相对前3个桩基要大一些。

（2）变形量最大的桩基为8#桩基，最大变形量为1.75cm。根据规范跨中横梁最大挠度与计算跨度比值不超过1/600 可计算得出，实例码头工程最大变形量应小于2.25cm。可见实例码头工程实际变形量小于要求值，满足规范要求。码头工程整体结构受力较为良好。

图4 实例工程整体位移分布计算结果

4 结论

以重庆市巴南区某码头实例为研究对象，借助ANSYS有限元计算软件进行三维模拟计算，研究最不利工况下码头应力分布及岸坡稳定。经计算，在最不利工况下，本工程岸坡变形均小于0.1cm，桩基变形均小于1.75cm，跨中横梁最大挠度与计算跨度比值小于1/600，满足规范要求。工程方案设计合理。