袋装砂海堤结构是一种新型的水利工程建筑物，它是采用尼龙或聚丙烯膜等土工材料编制成袋、再装填建筑地点附件海底的砂分层填筑而成的。这种海堤造价低，特别适用于缺乏石料和运输困难的地区。袋装砂海堤工程的关键是确保充填过程、陆域吹填以及后期使用的边界稳定，沿海地区一般淤泥软土深厚，若在天然地基上填筑堤，超过极限填土高度时会发生失稳，因此必须进行软基处理。塑料排水板排水固结法是一种行之有效的围堰软基处理方式，当软土中的孔隙水排出后，软土固结，强度增长。目前，这种新型海堤结构的应用还处于起步阶段，从设计到施工都缺乏专门的规范和控制标准，特别是对于袋装砂海堤固结沉降计算和稳定性分析存在依靠经验为主的情况，缺乏系统的研究，可参照和借鉴的依据不多。在这种情况下，就需要采用有限元数值模拟的方法分析堤身的应力及变形，才能使分析结果更加符合实际情况。

1 工程实例

以天津南港工业区为例，为了分析施工过程中由于堤身填筑过程中引起的地基沉降以及边坡稳定影响，通过建立流固耦合有限元数值分析模型，进行沉降规律以及边坡稳定的计算分析，为现场施工提供参考。考虑到海堤整体长度达数公里，各断面地基土层有所差异，且为典型的平面应变问题，因此选取典型断面进行平面应变建模分析。典型数值分析模型，如图1所示。

  

图1 典型有限元数值分析模型

综合工程勘察资料和《潮汐过程中深软基海挡工程渗流特性试验与渗控技术研究》成果，土体主要计算参数见表1。

 

表1 土体主要计算参数

  

材料名称1-1淤泥1-2淤泥质黏土1-3-2含贝壳粉质黏土2-1有机质黏土2-3粉土2-4粉砂重度/（kN·m-3）16.2 17.6 18.6 18.4 19.6 19.8孔隙比1.835 1.275 0.913 1.06 0.732-压缩模量/kPa 2 000 2 700 5 940 3 200 11 340 12 000黏聚力/kPa 1 6 1 2 12 10 0.5内摩擦角/（°）0.7 9 15 10.5 22.2 25泊松比0.35 0.3 0.35 0.3 0.3 0.3竖向渗透系数/（cm·s-1）4.88E-06 4.77E-07 1.70E-06 4.25E-07 1.69E-05 1.00E-04水平向渗透系数/（cm·s-1）8.08E-06 8.08E-06 3.40E-06 8.50E-07 2.80E-05 2.00E-04

2 数值计算模型验证

以现场观测资料为基础，对计算模型的合理性进行验证。由于孔压为局部点数据，且容易受到现场外界环境和施工条件的影响，因此采用较为稳定的沉降数据和水平位移数据为主要验证内容。现场监测层位主要为原泥面及以下约18 m深度范围内土层压缩变形情况；现场水平位移监测深度最深达27.5 m，其中人工填土部分及上部混凝土挡墙厚度约14 m。本次采用2013年3月—2014年3月1 a观测期，变形和沉降均基本趋于稳定时的数据作为验证标准。

  

图2 海堤水平位移实测与计算模拟结果对比

根据现场观测资料，2013年3月19日—2014年3月25日累计变形压缩量为208～236 mm，有限元数值模拟结果为211.9 mm，数值模拟结果与实测结果基本吻合。图2为观测期的水平位移累计变形。3个断面实测结果显示，最大偏移量为114.87～123.21 mm，所对应地层层位相同，均在埋深-15 m左右（原地基土1-1淤泥层）。对比数值模拟和实测结果可以看出，数值模拟结果基本能反映出堤身和地基的水平位移变化特征，计算所得最大水平位移为128.2 mm，最大值出现在监测范围的中部，位于原地基土的1-1淤泥层，埋深约为-12 m，与实测结果略有差异，这主要是由于在现场实际施工中，在填筑堤身时碎石层和袋装砂层会嵌入淤泥层中，局部淤泥被挤出，导致淤泥层厚度变小，而这在数值模拟中是很难体现的，导致了埋深上的误差。另外，实测值在底部基本接近于零，而计算值基本稳定在11.2mm左右，这主要是由于现场采用的是测斜管观测，实际测量的是相对于底部的相对水平位移，而在数值计算中反映的则是绝对水平位移。综上可以看出，数值模拟结果与实测结果基本吻合，数值计算能反映出堤身填筑后的变形特征，该计算模型可以作为后续研究的基础。

1）通过该改革的开发和研究，使学生能够真正感受、理解工程实际设备及装备的原理与工作过程，明确掌握机械制造工艺基本概念的真实含义，以提高学生学习专业课的兴趣，深刻正确地理解与掌握课程内容，并为课程全面提高教学质量奠定基础。

3 静力条件下海堤整体性稳定分析

3.1 海堤整体性稳定分析计算方法

堤身稳定是关系海堤安全的关键问题。影响海堤稳定的因素众多，在海堤填筑过程中，不同阶段海堤的稳定性也有所不同。利用有限元数值模拟进行安全系数的求解时，采用强度折减法。其分析方法是对强度参数tanφ和c不断减小直到计算模型发生破坏。有限元强度折减法不需要对滑动面形状和位置做假定，也无需进行条分，通过强度折减使边坡达到不稳定状态，非线性有限元静力计算将不收敛，此时的折减系数就是稳定安全系数。在程序中系数ΣMsf定义为强度的折减系数，其表达式为：

 

当土坡外水位降落时，土坡内的浸润线位置仍较高，不能与坡外水位同时降落，土体内将产生对土坡稳定性不利的非稳定渗流，且水位下降越快，土体内浸润线的位置越高，土坡的稳定性越差。对于水位降落造成的土坡失稳主要是由于水位突然降落后，坡体内的浸润线并未与坡外水位同时降落，孔隙水压力来不及消散。为了分析加筋海堤在水位骤降时的整体稳定性，对临海侧的海堤边坡进行水位变化影响分析。计算中高潮位按200 a一遇潮位5.41 m考虑，低潮位分别按10 a一遇低潮位-1.84 m、20 a一遇低潮位-2.01 m、50 a一遇低潮位-2.22 m以及扭王护面顶高程-0.5 m考虑。水位变化时海堤临海坡稳定分析计算模型，如图6所示。

3.2 不同水位和施工阶段海堤整体稳定分析

在设计阶段加强对BIM技术的应用可以提高工程造价管理的有效性，工程造价管理的关键是在项目策划和设计阶段，而在项目投资决策后，造价控制的重点就是在设计阶段[4]。要想真正提高工程造价管理效率，需要积极做好设计阶段的造价管理。将BIM技术应用其中，可对信息进行整合，保证各个专业之间的数据能够准确、及时传递，使各个部门与单位参与其中，经过讨论与分析，保证工程设计的完善性，减少后期因设计变更导致的成本浪费。同时，利用软件中强大的可视化建模功能，可实现三大目标：设计阶段的合理造价、提高资金利用率、提高投资控制的效率。

为了进一步说明问题，我们再举一个例子。汉语中的“有”字是一个多义项的动词，其中一个义项是表示“存在”，使用频率很高。一般是用在名词之前或者是带有定语成分的名词之前。例如：“他有学问”、“别去，那里有狗！“开发区有许多工厂企业。”、“青海民族大学校园里有一片树林，叫‘民族团结林’，”等等。但在青海汉话里的“有”字，却与现代汉语的用法不完全相同，一般是用在句末，表示“存在”义。其读音亦不同于现代汉语，读[i]，与德都方言(亦与现代蒙古语相同)的“ -/”(有、在)基本相同。现在我们分别加以比较：

  

图3 断面稳定渗流场分布

  

图4 总位移增量阴影

从图5可以看出，在袋装砂堤身填筑、袋装砂填筑完成后维持、上部结构施工以及工后维持1 a 4个阶段中，袋装砂堤身填筑阶段的边坡稳定安全系数为1.715，袋装砂堤身填筑完成后维持阶段的边坡稳定安全系数略有增大至1.742，海堤上部结构施工阶段边坡稳定安全系数减小至1.482，海堤工后维持1 a后边坡稳定安全系数又提高至1.503，满足相关设计规范要求。袋装砂堤身填筑完成后的维持是孔隙水压力消散的阶段，在此过程中土体内的有效应力得到了提高，因此边坡的稳定安全系数也有所增大；但在上部结构施工后，由于荷载的增大，边坡的稳定安全系数有所减小。在各个阶段都可以看出，由于海堤临海侧半圆形防波堤的存在，海侧边坡是相对比较安全的，海堤可能的滑动失稳存在于陆侧边坡。从陆侧边坡可能的潜在滑动面位置来看，地基土层中的上部2层（1-1淤泥和1-2淤泥质黏土）的土体抗剪强度较低，所以各阶段的潜在滑动面均从该2层土层中穿过。另外，由于海堤堤身采用袋装充填砂，土工织物袋本身具有较好的抗拉强度，一方面能提高填充砂的整体抗剪强度，另一方面也限制了潜在滑动面在袋装砂堤身内的发展，因此在各施工阶段的潜在滑动面更容易出现在没有土工织物袋的堤身部分。即对于使用袋装充填砂作为堤身材料形成的海堤而言，其形成穿越多条土工织物袋的潜在滑动面的可能性较小，更易从土工织物袋端部形成潜在滑动面影响整体稳定。

 

表2 不同计算工况下海堤边坡整体稳定计算结果

  

计算工况设计高潮位设计低潮位施工期计算边坡背海侧迎海侧水位/m 背海侧水位/m 200 a一遇5.41常水位2.00计算值/m 1.50安全系数1.30迎海侧背海侧迎海侧200 a一遇-2.55 20 a一遇4.68平均低潮位0.5高水位2.50平均高潮位2.76吹填至7.00 1.65 1.38 1.56 1.30 1.20 1.20

在不同的水位条件下，不仅改变了海堤的渗流条件，而且也改变了土体的自身重力以及排水性能，这些都会对海堤的稳定性造成影响。根据海堤实际工况和相关规范要求，选择不同的水位条件，对典型断面进行了整体稳定分析，计算结果见表2。

  

图5 海堤施工过程三阶段安全系数评估

3.3 水位骤降时海堤整体稳定分析

式中：tanϕinput，cinput为程序在定义材料属性时输入的强度参数值；tanϕreduced，creduced为在分析过程中用到的经过折减后的强度参数值。在开始计算时首先采用ΣMsf=1.0，然后ΣMsf按设置的数值递增至计算模型发生破坏，此时的ΣMsf值即为计算模型的安全系数值。

在稳定水位条件下，随着海堤施工阶段的不同堤身和地基的应力状态也都有所差别，在产生竖向沉降的同时也会产生水平位移，这都会对海堤的整体稳定产生影响。为了分析不同施工阶段海堤整体稳定性能，选取典型水位条件（迎海侧水位为5.41 m，背海侧水位为2.0 m），采用强度折减法进行了不同施工阶段条件下海堤整体稳定计算。

2007年，教育部印发修订版的《大学英语课程教学要求》，文件明确指出现代信息技术对大学英语课程建设的重大意义，倡导计算机和课堂教学优势互补的新型混合式教学模式。[1]目前，大学英语中有些课程课时被大大缩减，例如，大学英语视听说课程在某些高校课时直接减半，由一个学期32个课时减少到16个课时。在课堂教学时间减少而学生能力培养目标不断提高的情况下，高校教师不得不转变教学理念，创新教学模式。“翻转课堂”使教学摆脱了有限时间和固定空间的束缚，基于信息技术的课前学习保障了语言输入的质和量，腾出来的课堂时间提高了语言输出的效果。

图7为海堤水位骤降至10 a一遇低潮位（-1.84 m）时临水坡的稳定分析计算结果。从计算结果可以看出，当水位从5.41 m骤降至-1.84 m时，海堤临海侧边坡的稳定安全系数为1.20。从边坡潜在滑动面来看，边坡失稳破坏主要表现为半圆形防波堤和临海侧斜坡的整体失稳，最危险滑动面顶部位于半圆形防波堤和袋装砂海堤的连接部位，滑动面底部位于块石镇压层坡脚处一定距离位置，整个滑动体除了海堤本身以外，还影响天然地基的浅部淤泥层，淤泥土层的抗剪强度对海堤的整体稳定有着显著的影响。

  

图6 水位变化时海堤临海坡稳定分析计算模型

  

图7 骤降至10 a一遇低潮位时临水坡的稳定分析计算结果

图8 为海堤水位骤降至20 a一遇低潮位（-2.01 m）时临水坡的稳定分析计算结果。从计算结果可以看出，当水位从5.41 m骤降至-2.01 m时，海堤临海侧边坡的稳定安全系数为1.19。从边坡潜在滑动面来看，边坡失稳破坏主要表现为半圆形防波堤和临海侧斜坡的整体失稳，最危险滑动面顶部位于半圆形防波堤和袋装砂海堤的连接部位，滑动面底部位于块石镇压层坡脚处一定距离位置，整个滑动体除了海堤本身以外，还影响天然地基的浅部淤泥层，淤泥土层的抗剪强度对海堤的整体稳定有着显著的影响。

  

图8 骤降至20 a一遇低潮位时临水坡的稳定分析计算结果

图9 为海堤水位骤降至50 a一遇低潮位（-2.22 m）时临水坡的稳定分析计算结果。从计算结果可以看出，当水位从5.41 m骤降至-2.22 m时，海堤临海侧边坡的稳定安全系数为1.17。从边坡潜在滑动面来看，边坡失稳破坏主要表现为半圆形防波堤和临海侧斜坡的整体失稳，最危险滑动面顶部位于半圆形防波堤和袋装砂海堤的连接部位，滑动面底部位于块石镇压层坡脚处一定距离位置，整个滑动体除了海堤本身以外，还影响天然地基的浅部淤泥层，淤泥土层的抗剪强度对海堤的整体稳定有着显著的影响。

海堤断面稳定渗流场分布（如图3所示）与《天津南港东堤潮汐过程中深软基海挡工程渗流特性试验与渗控技术研究》报告中相关成果基本吻合，反映了本计算模型的合理性。不同施工阶段的海堤边坡稳定分析结果，如图4所示。图中的位移增量值的大小本身并不具备实际的意义，主要是通过该位移增量反映海堤边坡可能发生的破坏模式和可能的潜在滑动面。

  

图9 骤降至50 a一遇低潮位时临水坡的稳定分析计算结果

图10 为海堤水位骤降至扭王护面顶高程（-0.5 m）时临水坡的稳定分析计算结果。从计算结果可以看出，当水位从5.41 m骤降至-0.5 m时，海堤临海侧边坡的稳定安全系数为1.34，由于水位变化较小，安全系数比较大。从边坡潜在滑动面来看，边坡失稳破坏主要表现为半圆形防波堤和临海侧斜坡的整体失稳，最危险滑动面顶部位于半圆形防波堤和袋装砂海堤的连接部位，滑动面底部位于块石镇压层坡脚处一定距离位置，其它工况的情况基本相同，整个滑动体仍然贯穿了整个表层淤泥层。

  

图10 骤降至扭王护面顶高程时临水坡的稳定分析计算结果

4 结论

（1）设计工况下不同施工阶段的海堤边坡稳定分析的结果表明，袋装砂堤身填筑阶段的边坡稳定安全系数为1.715，袋装砂堤身填筑完成后维持阶段的边坡稳定安全系数略有增大至1.742，海堤上部结构施工阶段边坡稳定安全系数减小至1.482，海堤工后维持1 a后边坡稳定安全系数又提高至1.503，满足相关设计规范要求。

（2）不同施工方案下的海堤稳定性计算结果表明，施工速度对海堤整体稳定性有着明显的影响，即使在总施工时间相同的前提下，随着前期施工速度的提高，安全系数也有所降低。与无排水板的情况对比可以看出，在各个施工环节中，设置排水板后整体稳定性和安全性都有了明显的提高。

具有代表性的气样和已知组成的气体标准物质在相同的操作条件下，用气相色谱法进行分离。样品中重烃组分可以在某个时间通过改变流过色谱柱载气的方向，获得一组色谱峰，这组重烃组分是C6和更重组分的加和峰。由气体标准物质的组成值，通过对比样品气和气体标准物质的响应值，计算获得样品的相应组成。

（3）水位变化对海堤临海侧边坡整体稳定性有着显著的影响，当水位从200 a一遇高潮位骤降至10 a一遇低潮位时，海堤临海侧边坡的稳定安全系数为1.20；当水位骤降至20 a一遇低潮位时，海堤临海侧边坡的稳定安全系数为1.19；当水位骤降至50 a一遇低潮位时，海堤临海侧边坡的稳定安全系数为1.17；当水位骤降至扭王护面顶高程时，海堤临海侧边坡的稳定安全系数为1.34。边坡失稳破坏主要表现为半圆形防波堤和临海侧斜坡的整体失稳，最危险滑动面顶部位于半圆形防波堤和袋装砂海堤的连接部位，滑动面底部位于块石镇压层坡脚处一定距离位置，浅部淤泥层的抗剪强度对海堤的整体稳定有着显著的影响。

参考文献

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[2]范其友.碾压混凝土重力坝坝基深层抗滑稳定解析[J].装饰装修天地，2017（8）：153.

[3]郑宏，李春光，李焯芬，等.求解安全系数的有限元法[J].岩土工程学报，2002（5）：626-628.

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