基于plaxis模拟浆砌石挡墙在软黏土岸坡的稳定性分析

王 冠

(湛江市志满水库管理处，广东 湛江 524000)

1 工程概况

湛江市麻章区旧县治理工程原实施方案计划整治河道起点位于麻章镇英豪村(旧湛江西站)，终点位于旧县联围五七水闸，整治河道长23.7 km,在桩号K24+453～K25+421旧县村段，其中整治护岸长度13.3 km.其中旧县村段，结合旧县村的历史文化新村规划，在该段河道左岸新建浆砌石挡墙护岸1132 m，并新建2.0 m宽浆砌石人行道，在村庄段临近人员聚居区设置30 m 宽的戏水、亲水平台[1-2]。

笃豪村、聂村村、旧县村等3个村河段，即桩号K0+000～K1+408段左右岸、桩号K9+185～K10+685段左右岸、桩号K24+453～K25+421段左岸共五段建设浆砌石挡墙，共6.849 km。浆砌石挡墙高1.8～2.0 m，顶部宽0.50 m，底宽1.22 m，背水坡坡比1:0.4，基础采用C20混凝土厚0.30 m，宽2.07 m。浆砌石挡墙每间距15 m设置分缝一道，分缝采用高密度聚乙烯泡沫板，厚2 cm,浆砌石设排水反滤，纵向每间距3 m设置直径50 mm排水管一道，横向设2条，背后铺设中粗砂反滤。靠村侧铺砌宽2.0 m厚0.3 m的浆砌石人行步道和1.0 m宽的绿化带。浆砌石迎水面不勾缝和人行步道采用当地村民浆砌块石铺砌，美观大方，与沿岸村庄环境协调统一。

1.1 周边环境

河道平经过村庄段河道弯曲，人类活动频繁，河岸损毁严重，农业垃圾等倾倒入河，造成河道堵塞，局部村段围滩造地，缩窄了河段行洪断面，河道两岸的滨水环境极差，需采用工程固岸措施，并结合美丽乡村建设，助力乡村振兴，修建滨河人行道供沿河村民使用[3]。

1.2 工程地质条件

场区从河道岸沿线均为坡地，杂草丛生，河道蜿蜒曲折，左岸上部主要为粉质黏土土层，抗滑稳定及防渗漏性较好。但局部地方出现小崩塌，岸坡不稳定。相关的土层的分布和特征见表1。

表1 岸坡范围内土层参数

河岸的土层分组主要有以下：

③粉质黏土：灰黄色，灰白色，湿，可塑，含少量中细砂。

④粉质黏土：浅灰色,稍湿-湿，硬塑-很硬，水平薄层层理发育，层面间粉细砂。

⑤强风化玄武岩：灰黄色,较硬，拉玄结构,气孔状构造,岩芯风化破碎呈碎块状，该层大多数钻孔均有揭露。

⑥中风化玄武岩：灰黑色,坚硬，拉玄结构,气孔状构造,风化裂隙稍发育,岩芯较完整,呈柱状,岩质较硬。该层大多数钻孔均有揭露，

河道的土层分布主要有以下：

①-1淤泥：灰黑色，饱和，流塑，含少量中细砂及腐殖质碎屑物，层厚0.5～2.8 m。

①-2中粗砂：浅黄色，饱和，松散，以中粗粒为主，余为粗粒，细粒。

②粉质黏土：褐红色-褐黄色,湿，可塑，为玄武岩全风化残积土，岩芯风化呈粉土状。

宣传的形式比较单一，内容没有贴近社会、紧扣时代脉搏；宣传形式单调化、形式化、表面化，宣传方式呆板单一，缺少创新和亮点，喜闻乐见的方法不够多。如一些单位一搞宣传活动，就摆几张桌子，拉几条横幅，放一段视频，发几张资料，贴几张海报等，缺乏新鲜的、富有趣味、易于为群众接受的新形式、新花样，不少老百姓对此熟视无睹，毫无参与兴趣，宣传效果大打折扣。

1.3 水文地质条件

工程所处湛江市麻章区属亚热带性季风气候，日照充足，热量丰富，高温多雨，场地地下水类型主要为孔隙潜水，赋存于第四系冲洪积的①-1淤泥层、①-2中粗砂层中。另外，工程区雨量充沛，地表水搬运作用显著，水土流失严重，区内暴雨强度大，常造成河流暴涨，冲毁堤围，威胁村庄农田[4]。

地下水位埋深-0.30～3.80 m，径流方向依地势由高往低流动，多以潜流排泄入海。场地地下水以大气降水及河水补给为主，兼有地表水下渗补给。

2 断面设计

河道平经过村庄段河道弯曲，人类活动频繁，河岸损毁严重，农业垃圾等倾倒入河，造成河道堵塞，局部村段围滩造地，缩窄了河段行洪断面，河道两岸的滨水环境极差，需采用工程固岸措施，对桩号K0+000～K1+408段左右岸、桩号K9+185～K10+685段左右岸、桩号K24+453～K25+421段左岸共五段建设浆砌石挡墙，共6.849 km。

浆砌石挡墙高1.8～2.0 m，顶部宽0.50 m，底宽1.22 m，背水坡坡比1:0.4，基础采用C20混凝土厚0.30 m，宽2.07 m。浆砌石挡墙每间距15 m设置分缝一道，分缝采用高密度聚乙烯泡沫板，厚2 cm,浆砌石设排水反滤，纵向每间距3 m设置直径50 mm排水管一道，横向设2条，背后铺设中粗砂反滤[5]。靠村侧铺砌宽2.0 m厚 0.3 m 的浆砌石人行步道和1.0 m宽的绿化带。浆砌石迎水面不勾缝和人行步道采用当地村民浆砌块石铺砌，美观大方，与沿岸村庄环境协调统一。

3 浆砌石挡墙稳定性计算

本次计算选择软黏土最厚的桩号K23+485右岸和左岸断面作为最不利的断面进行设计计算。

(1)荷载组合。荷载组合包括：结构自重、水重、回填土重、静水压力等不同工况下的荷载组合。

(2)计算工况。由于计算挡墙位于土堤堤顶，挡墙墙后填土。根据墙前水位，共会发生三种工况：一是河道水位为设计水位，二是河道设计水位骤降至常水位，三是施工期，墙前、墙后均无水。本次对这三种工况分别进行抗滑稳定安全系数Kc、抗倾稳定安全系数K0、基底压力的最大值和最小值Pmax(min)。

(3)计算结果。参数有：墙后填土抗剪指标—φ=30°，C=17.7 kPa；挡墙与墙背填土之间的摩擦角—为墙后填土摩擦角的1/2；挡墙抗滑及抗倾覆计算采用北京理正软件设计研究院开发的挡土墙设计软件进行计算。计算表见表2。

表2 浆砌石墙护岸稳定计算成果

经过计算其安全系数均在合理范围内。

4 有限元分析

同样选择桩号K23+485右岸和左岸断面段黏土层分最厚，右岸段原始边坡净空高4 m，坡比小于1∶1,左岸坡高4 m，坡比近似1∶1。

PLAXIS中摩尔库伦(MS)模型为PLAXIS软件内嵌的一种土体本构模型，适用于软土。边坡模型边界的距离取为3倍左右支护范围，模型大小取为80 m×40 m，计算模型使用水平约束来的对模型的左、右两边，使用双向的约束来施加与模型的底面，将自由边界设置于模型的顶面。其中，挡土墙用板单元模拟。土体采用15节点土体单元模拟，并且考虑到土体和挡土墙之间的相互作用则用界面单元在模拟。在边坡既有切面的资料的基础上，利用PLAXIS程序建立的计算模型，表3计算参数。

表3 结构构件计算参数

分别模拟了计算模拟了边坡施工期、水位骤降和设计水位等工况,得出施工期、水位骤降和设计水位工况的安全系数,分级开挖通过冻结岩土体类组实现,各工况均通过对岩土体强度参数折减，直至极限状态、坡体破坏，最终折减系数即为安全系数。其水位骤降时的位置如图1。

图1 水位骤降时的位移云图

桩号K23+485左岸的岸坡净空高，其位移变形较大，可以看出在水位骤降时，其距坡顶2/3以下范围的变形更大，坡脚对挡土墙有明显的塑性挤压作用。

过折减系数计算，其抗滑安全稳定性系数模拟和理正计算结果对比如表4。

表4 浆砌石墙护岸稳定模拟计算成果

可以看出，稳定性系数模拟比计算更偏大，是因为模拟能够很好使用界面单元来模拟挡土墙和土体的相互作用。

水位骤降安全系数最低是因为水位骤降后，这是由于河道的水位降低，相应的随着岸坡的孔隙水压力突然降低消息，紧接着岸坡的抗滑移稳定性突然骤降，下滑力同时增大，表明了在水位消落时岸坡稳定性更差。

5 结 论

旧县村河道治理工程采用了浆砌石挡墙支护岸坡的形式，通过典型断面的设计，选取软黏土最厚的最不利断面使用理正岩土计算，结合Plaxis 2D模拟分析，计算了在正常水位、骤降后、施工期间的岸坡的稳定性系数。确定了挡土墙合理的高度来支护岸坡，同时发现了在水位骤降时岸坡的稳定性最差。工程实施后，可以有效提高堤岸的抗冲刷能力，稳固河岸，实现“河畅、水清、岸绿、自然、生态”的目标，为沿河村镇的经济建设和发展提供安全保障，减少了保护区范围内洪涝灾害的损失，由于岸坡整体不高，对于坡面的生态治理本文论述较少，生态护坡也是今后岸坡护坡工程中的重要研究方向。