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1、海堤工程设计规范 第十章 稳定计算,报告内容,一、海堤稳定计算的目的和意义 为什么要进行海堤的稳定计算 二、介绍工程结构稳定性评价方法 主要介绍工程结构稳定性评价方法的发展方向及海堤工程设计规范采用定值安全系数法进行海堤稳定性评价的原因 三、海堤破坏模式的分类 主要介绍海堤稳定性破坏模式的类型，针对不同破坏模式制定相应的稳定性核算内容 四、具体条文的解释说明 对具体条文的编制依据、背景资料、注意事项等进行解释说明，方便大家更清楚的掌握条文内容,海堤稳定计算的目的和意义,海堤稳定计算的意义 海堤在土体自重、水压力等荷载作用下，可能会发生局部或整体破坏，使其挡水功能削弱甚至丧失。 海堤一旦发生破坏
2、，不仅海堤工程本身损失严重，往往还会使堤后人民的生命财产造成巨大损失。 海堤稳定计算是工程设计中的重要环节。,海堤稳定计算的目的 分析海堤在各种工作条件下堤身和堤基可能产生的破坏形式，并分别核算其稳定性，确保海堤的安全性达到预定目标。,海堤安全性评价方法,工程结构安全性评价方法： 可靠度设计方法 以概率理论为基础，采用全概率法或近似概率法进行工程结构的可靠性分析。 定值安全系数设计法 以安全系数K来表达结构的安全程度。,可靠度设计方法简介,可靠度 可靠程度的大小在数学上称为可靠度，在工程上是指安全度。 工程结构的可靠度 在规定的使用条件下，在预定使用期限内，工程结构不发生破坏或失效的概率。 应
3、用领域 近几十年来，由生产实践需要而发展起来的可靠度理论，已被广泛应用于建筑、电力、电子、机械等工程领域。 水利行业的一些规范也逐渐接受可靠度设计理念，采用概率极限状态设计原则，以分项系数极限状态设计表达式替代原有规范采用的定值法的计算原则和方法。水工钢筋混凝土结构设计规范等规范已经采用了该设计方法。,可靠度与定值设计法比较,定值设计法习惯用单一安全系数K表达结构的安全度，这些安全系数主要是以经验为基础确定的。 从定值安全系数出发，人们往往误认为只要设计中采用了规范给定的安全系数，结构就绝对安全，这是不符合实际的。（理论上没有绝对安全的结构） 采用定值设计法，不同类型结构的可靠程度不具可比性。
4、如本规范规定正常运用条件下，1级海堤整体抗滑稳定安全系数为1.30，挡土墙、防浪墙抗倾稳定安全系数为1.60。这并不意味着挡土墙、防浪墙的抗倾安全程度比海堤整体抗滑安全程度更大。 以概率论为基础的可靠度设计方法可弥补了以上不足，是比较科学合理的设计方法。,本规范采用定值设计法的原因,目前，我国关于堤防、土石坝的设计规范中，仍惯用经验性的定值法进行安全性评价。 如堤防工程设计规范、碾压式土石坝设计规范、混凝土面板堆石坝设计规范、浆砌石坝设计规范等，均采用安全系数K作为安全性评价指标。 由于很难掌握海堤材料强度、荷载等基本变量的真实概率分布，所以目前采用可靠度的概念进行海堤设计存在很大困难。 因此
5、本次制定的海堤工程设计规范，仍采用以安全系数为安全性评价标准的经验性的设计方法。以概率论为基础的可靠度设计方法，是海堤设计标准进一步努力的方向。,海堤的破坏模式,根据海堤的破坏模式，海堤的稳定性破坏大体可分为两类： 第一类：剪切破坏 即在一定的条件下，海堤土体抗剪强度不足，堤身或堤身连同堤基发生滑塌，丧失稳定。 第二类：渗透破坏 是水在海堤土体间流动，当局部渗流坡降过大时，土体会发生渗透变形，进而威胁到海堤的安全。 针对这两类稳定性验算的内容，本章特分成两节：“渗流及渗透稳定计算”和“抗滑和抗倾稳定计算”，分别从渗流及渗透稳定、抗滑和抗倾稳定两个方面对海堤稳定性进行核算。,条文10.1.1解释
6、说明,10.1.1 海堤应根据实际情况进行渗流及渗透稳定计算，计算求得渗流场内的水头、压力、坡降和渗流量等水力要素，进行渗透稳定分析。 说明：由于大多数海堤堤身高度较小，堤高3m5m是常见的海堤型式。潮位的变动频繁，多属半日潮，即每天涨落两次。海堤内外水位差较小，高水位历时较短。在这种情况下，堤内很难形成稳定的浸润线，发生渗透破坏的可能性也较小。曾有过测量海堤浸润线的试验，但最终并未测到结果。目前，非稳定渗流的计算方法还不成熟，常规的稳定渗流计算与实际情况不符，其计算结果与实际情况自然会差异较大。鉴于上述原因，对于渗流及渗透稳定的内容，可根据海堤的具体情况酌情选用。对于堤内外水位差较大、堤身、
7、堤基含砂量大（渗透系数大）的海堤应注意渗透稳定问题。,条文10.1.2解释说明,10.1.2 应以地形地质条件、断面型式、堤高以及波浪条件基本相同为原则，将全线海堤划分为若干段，每个区段选择一、二个有代表性的断面进行渗流计算。土堤计算方法可按堤防工程设计规范（GB50286-98）附录E，计算内容如下： 1 应核算在设计高潮（水）位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k10-3cm/s时，应计算渗透量； 3 应计算潮（水）位降落时临海侧堤身内的自由水位。 说明：海堤渗流计算方法可参考堤防工程设计规范（G
8、B50286-98）附录E，该附录篇幅较长，在本规范中不再赘述。由于这些渗流计算方法都是以均质土堤为计算对象，而海堤断面一般较复杂，计算时可适当简化，或者参考其他计算方法，也可采用渗流分析程序进行计算。,条文10.1.3解释说明,10.1.3 受洪水影响较大的海堤渗流计算应计算下列水位的组合： 1 临海侧为设计洪水位，背海侧为相应水位、低水位或无水； 2 洪水降落时对临海侧堤坡稳定最不利的情况。 说明：由于各地传统上划归为“海堤”一类的堤段，有些部分已经距离出海口相当远，受径流洪水影响较大，严格来讲应属于江堤的范畴。对于这类海堤相应的堤段，渗流计算应核算临海侧为设计洪水位、背海侧为相应水位、低
9、水位或无水的计算工况。,条文10.1.4解释说明,10.1.4 受潮水影响较大的海堤渗流计算应计算下列水位的组合： 1 临海侧为设计潮水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；潮位降落时对临海侧堤坡稳定最不利的情况； 2 以大潮平均高潮位计算渗流浸润线； 3 以平均潮位计算渗流量。 渗流计算主要是计算渗流场内的水头、坡降、浸润线位置以及渗流量等水力要素，由于不同水力要素计算结果的用途不同，对于受潮水影响较大的海堤，可对各水力要素采用不同的计算工况进行核算。 渗流场内各点的渗透坡降的计算结果主要用于判定土的局部渗透稳定性，临海侧水位宜采用设计潮位或台风期大潮平均高潮位，背海侧水
10、位采用相应水位、低水位或无水情况。 对于受潮水影响较大的海堤，设计潮位持续时间通常较短，很难形成稳定渗流，因此计算海堤内浸润线位置时，临海侧潮位可取大潮平均高潮位进行计算。 计算渗流量的目的是为堤后排水提供参考，该流量应是平均流量概念，因此临海侧水位宜采用平均潮位。,条文10.1.5解释说明,10.1.5 对比较复杂的地基情况可作适当简化，并按下列规定进行： 1 对于渗透系数相差5倍以内的相邻薄土层可视为一层，采用加权平均的渗透系数作为计算依据。 2 双层结构地基，当下卧土层的渗透系数比上层土层的渗透系数小100倍及以上时，可将下卧土层视为不透水层；表层为弱透水层时，可按双层地基计算。 3 当
11、直接与堤底连接的地基土层的渗透系数比堤身的渗透系数大100倍及以上时，可认为堤身不透水，仅对堤基按有压流进行渗透计算，堤身浸润线的位置可根据地基中的压力水头确定。 说明：由于渗流计算通常比较复杂，如果不采用计算程序进行计算，必须对计算边界条件等做较大的简化。由于各土层渗透系数试验结果通常比较离散，且地基土层空间分布很难准确描述，因此在计算时做适当简化并不会影响计算结果的准确程度。有条件时尽量采用计算程序进行渗流分析，这样可进一步提高工作效率。,条文10.1.610.1.10解释说明,10.1.6 渗透稳定应进行以下判断和计算： 1 土的渗透变形类型； 2 堤身和堤基土体的渗透稳定； 3 海堤背
12、海侧渗流出逸段的渗透稳定。 10.1.7 土的渗透变形类型的判定应按GB50287的有关规定执行。 10.1.8 背海侧堤坡及地基表面逸出段的渗流坡降应小于允许坡降；当出逸坡降大于允许坡降，应设置反滤层、压重等保护措施，或防渗措施。 10.1.9 无粘性土防止渗透变形的允许坡降应以土的临界坡降除以安全系数确定，安全系数宜取1.52.0。无试验资料时，无粘性土的允许坡降可按表10.1.9选用，有反滤层时可适当提高。特别重要的堤段，其允许坡降应根据试验的临界坡降确定。,条文10.1.610.1.10解释说明,条文10.1.610.1.10解释说明,渗流计算,堤坡、地基表面逸出段的水力坡降J,水利水
13、电工程地质勘察规范附录M,判别土的渗透变形类型 (流土、管涌、过渡型),计算、试验、查表,允许水力坡降J允许,J J允许 : 安全； J J允许 : 应设置反滤层、压重等保护措施,条文10.2.1解释说明,10.2.1 海堤抗滑、抗倾稳定计算包括以下内容： 1 海堤整体抗滑稳定计算； 2 防洪墙和防浪墙的抗滑、抗倾覆稳定计算及防洪墙的地基承载力计算。,计算内容,计算方法,紧密相关,抗滑稳定分析方法,应力应变,有限元等方法,抗滑稳定性,破坏准则,剪应力水平法,刚体极限平衡法,两种方法优缺点对比： 剪应力水平法更符合海堤受力、变形的力学机制，可同时计算海堤的稳定性与变形。但这种分析方法在工程实践中
14、应用还较少，目前其经验还不足以指导海堤工程的设计。传统刚体极限平衡法（抗滑、抗倾稳定计算） 应用广泛，方法成熟，经验丰富。,安全系数,传统抗滑、抗倾稳定计算,稳定计算内容,海堤整体抗滑稳定,刚性结构稳定,条文10.2.2解释说明,10.2.2 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、背海侧水位组合可按表10.2.2采用。计算时应根据工程实际情况确定计算工况和相应的水位组合。,表10.2.2 海堤整体抗滑稳定计算工况及其临海侧、背海侧水位组合,水位组合对海堤稳定性的影响,水位组合对海堤稳定性的影响： 进行海堤稳定计算时，海堤两侧的水位组合对海堤的稳定
15、计算结果有直接影响。国家标准堤防工程设计规范没有对各工况的潮（水）位进行详细的确定，设计人员实际应用时会有一定的困难。 针对不同的计算工况，本规范给出详细的海堤临海侧、背海侧水位组合，供设计人员参考并根据实际情况选用。,条文10.2.3解释说明,条文10.2.3解释说明,关于安全系数控制标准，大体有如下几种观点： 1）认为我国现行规范的安全设置水准是足够的，并已为长期实践所证明，安全度高了是浪费，除个别需调整外，总体上不必变动。 2）认为我国规范的安全度设置水准尽管不高，但在全面遵守标准规范有关规定，即在正常设计、正常施工和正常使用的“三正常”条件下，据此建成的工程绝大多数至今仍在安全使用，表
16、明这些规范规定的水准仍然适用；但是理想的“三正常”很难做到，在物质供应条件业已改善的市场经济条件下，结构的安全设置水准应适当提高。这种提高只能适度，因为我国目前尚属发展中国家。 3）认为我国规范的安全设置水准需要大幅度提高。这是由于随着我国经济发展和生活水平不断提高，土建工程特别是重大基础设施工程出现事故所造成的风险损失后果将愈益严重，而为了提高工程安全程度所需要的经费投入在整个工程（特别是建筑工程）造价中所占的比重现在已愈来愈低，材料供应也十分充裕。过去的低安全水准只是适应了以往短缺型计划经济年代的需要，但决不是没有风险，如果规范的安全水准较高，曾经发生过的有些安全事故本来是可以避免的。,条文10.2.3解释说明,安全系数的控制标准 1、我国设计规范的安全设置水准较低，与我国以前的经济条件等因素有关。但是，取用较低的安全水准并基本满足了当时的生产与生活需求，而且业已历经了较长时间的考验，这是国内水利科技人员经过巨大努力所取得的重大成就； 2、国内发生的水利工程安全事故，主要是由于设计失误
