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1、连锁混凝土护坡块体稳定厚度计算分析作者：郭琦张玲秋吴星张柳来源：山东工业技术2015年第02期摘要：本文利用有限元软件对连锁块护坡进行了稳定分析，为该种新型护坡结构的设计 施工以及相关设计规范的完善提供参考。波浪产生的浮托力是连锁块护坡破坏的主要因素，其 渗透性、块体间的连锁咬合，都有利于增加护面层的整体性，有效减小护面层厚度。关键词：连锁；混凝土护坡；浮托力；稳定性0引言混凝土连锁块体护坡是由一组尺寸、形状和重量一致的混凝土预制块，通过独特的连锁设 计，块与块之间相互连接而形成的连锁型矩阵。整个铺面系统由连锁型混凝土块面层、级配碎 石滤水层、土工布反滤层、基土层组成。这种护坡形式能有效抵抗外
2、力，且整体柔性能适应边 坡的变形，从而使结构体系具有较高的稳定性。1护坡稳定性理论混凝土护坡块体在使用过程中受到的荷载包括：重力（扣除浮力）、垫层对块体的支撑力 以及块体和垫层间的摩擦力，块体间的咬合作用；动水中还受到波浪的作用力。波浪作用下当 块体所受净浮托力大于块体重量及块体间摩擦和咬合力时，块体被托起，以至脱落失稳，进一 步引起其周围护坡块体的松动破坏。故有一块连锁块脱出时，即认为混凝土连锁块体护坡的整 体遭到破坏。2不同稳定厚度公式的对比以某航道护坡为对象，利用现有公式分别对其进行稳定厚度计算。该航道宽度为60m，底 标高32.07m，堤顶高程39.5m。最高通航水位27.35m，最低
3、通航水位36.42m。边坡坡度为 1 : 3。混凝土护坡块采用两面连锁型开孔块。坡面底部设置趾墙，用于防止铺面系统整体下 滑。设计护坡块体的尺寸为500mmx500mmx 120mmo我国的堤防工程设计规范GB50286-2013中共给出了在波浪作用下，三种不同的计算 护坡护脚的方法：（1）美国的Hudson公式：(2) 常用于干砌石护坡的培什金公式：(3) 混凝土板护面的厚度计算公式：此外，国内考虑连锁作用使用的改进Hudson公式：(4)以设计的波浪荷载值为准，套用几种公式计算所得的结果如下表1所示：3基于ABAQUS的稳定厚度分析3.1模型基本情况按照工程实际，取航道一边坡体按实际尺寸进
4、行模拟。连锁块体护坡在实际工作时，主要 依靠块体间的连锁作用保证其稳定性不受破坏。为了模拟这种相互作用，在每块护坡块体的相 互接触面上均设置摩擦型接触。护坡块体与土体之间也设置为接触。3.2工况分析为分析块体尺寸对其承载能力的影响，在原有设计块体尺寸(500mmx500mmx120mm) 的基础上，另外在此基础上取将其厚度减半(500mmx500mmx60mm)的块体同时进行稳定性 分析。计算结果见表2。对比规范中选取的四种公式在相同条件下的计算结果可知，每种公式的计算结果都有很大 的不同。使用有限元软件ABAQUS分析，当设计护坡块的厚度为60mm时，依然能够抵御超 过现有荷载一倍以上的波浪
5、荷载。因此使用上述几种公式所得出的最小稳定厚度值已经足以满 足设计要求，并且承载能力依然有富余，能够保证护坡结构的稳定性。四种公式中，前三者在计算时对块体厚度最主要的影响因素有斜坡的坡度、块体的材料密 度，以及波浪的波高和波长。公式(4)虽考虑了块体的连锁作用，但只是取了一个粗略的连 锁系数，缺乏理论支持。此外连锁混凝土具有不同于传统护坡的良好渗透性，可以有效的降低 波浪的浮脱作用而有利于结构稳定，而该因素在上述公式中均没有提到。因此工程上将这些公 式用于连锁混凝土的计算时结果都较保守。混凝土连锁护坡块体之间互相连锁可增加护面层的整体性，有效减小护面层厚度。另外， 由于护坡具有一定的渗透性，波
6、生浮托力是砌块护坡破坏的主要因素，因此增加护坡的渗透性 同样可有效减小护坡厚度。由于国内外在连锁砌块方面的研究较少，因此公式仅可作为初步设计时估算用，对于波浪 要素影响较大的重要水利工程，仍需要通过模型试验确定砌块厚度。参考文献：1 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J.人民黄河， 2006， 28 （01）： 62-64.2 龚丽飞，杨捷，程卫国.新型皎接式砌块护坡体系的应用及其计算方法J.水利水电技 术，2009，40（01）： 58-61.3 GB50286-2013堤防工程设计规范S.表2工况分析结果囹1柏境韶裁精坏时的仲稔云图# F T I / U I I
7、1-i4l*-!-FI_rXg O!,Jf |. I 与 2 础坏曷郁莉大效果块体厚度 (min)设计荷载下位移发生失稳破坏时超载倍数最先失稳块体位置I207mm3.56水平面处606mmZ11水平回处美国的Hudson公式:圈=0.1,31) Ctg。(3)(2)常用于干砌石护坡的培什金公式: tF左W推. 混凝土板护面的厚度计算公式：5侦布(3)此外，国内考虑连锁作用使用的改进Hudson公式：W = 0.11-匕/7($厂1) ctga (4)以设计的波浪荷载值为准，套用几种公式计算所得的结果如下表1所示：表1各公式稳定厚度计算值护坡厚度(mm)公式(1)143公式78公式0)52公式(4)114龙源期刊网 http:/
