滲流條件下棄渣場邊坡的穩(wěn)定性分析

崔振華

摘要：棄渣場作為公路、鐵路、水利礦山以及隧道工程的附屬建筑，其自身的穩(wěn)定性對(duì)于隧道的使用安全具有十分重要的作用。為此，本文章通過Geo Studio軟件中SEEP/W與SLOPE/W這兩個(gè)模塊來對(duì)不同工況下滲流場的穩(wěn)定性進(jìn)行深入的分析與研究，以此來進(jìn)一步提升滲流條件下棄渣場邊坡的穩(wěn)定性，促進(jìn)我國交通行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：滲流條件；棄渣場；邊坡穩(wěn)定性；分析

在一般情況下，隧道棄渣場主要是由隧道開挖過程中產(chǎn)生的碎石與松散土體共同組成的，由于其具有一定的多孔隙、欠密實(shí)以及非飽和等多方面的結(jié)構(gòu)特征，因此就極易引起滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，且會(huì)對(duì)施工單位以及周圍居民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成較大的威脅。為此，棄渣場等相關(guān)附屬設(shè)施的穩(wěn)定性在我國現(xiàn)階段受到了社會(huì)個(gè)界人士的關(guān)注與重視。

一、工程概況

某棄渣場占用林地10121m2，棄渣方量大約為15.08萬方，從2015年開始堆積棄渣，直到今天已經(jīng)形成了一個(gè)長度為287 m，高度為42 m的人工邊坡。該棄渣場所處的地理位置較為復(fù)雜，地貌類型為剝蝕中低山，地質(zhì)構(gòu)造為單斜構(gòu)造，海拔高度在240～500 m之間，其巖層產(chǎn)狀具體為345o∠45o，且無斷層形跡，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，全年降水量充沛。地下水類型主要為巖溶裂隙水與第四系孔隙潛水、巖溶裂隙水，且通過地下徑流與大氣降水進(jìn)行補(bǔ)給。

二、渣場邊坡的穩(wěn)定性分析

（一）計(jì)算參數(shù)的選取

土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的具體選擇可以直接影響到邊坡的穩(wěn)定性分析結(jié)果。這主要是因?yàn)闂壴Y(jié)構(gòu)較為松散，且無膠結(jié)，因此其在實(shí)際取樣過程中就極易受到干擾。為此，在對(duì)強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行選取時(shí)，不僅要開展現(xiàn)場原位剪切試驗(yàn)，同時(shí)也要進(jìn)行室內(nèi)大型直剪試驗(yàn)等一系列相關(guān)的試驗(yàn)輔助驗(yàn)證[1]。針對(duì)于部分松散，且黏性較低的堆積體，其內(nèi)摩擦與天然休止角近似相等在我國現(xiàn)階段已經(jīng)得到了較為普遍認(rèn)可，因此就可以通過休止角試驗(yàn)以來進(jìn)一步驗(yàn)證剪切試驗(yàn)的結(jié)果

分析表1中的數(shù)據(jù)可知，室內(nèi)大直剪試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)與原位直剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較大的出入。產(chǎn)生這一結(jié)果的主要原因就是在進(jìn)行室內(nèi)大直剪試驗(yàn)時(shí)，工作人員不僅充分考慮到了直剪儀與棄渣顆粒徑的徑比以及高徑比的相關(guān)制約因素，同時(shí)也根據(jù)相關(guān)規(guī)范剔除了大粒徑棄渣顆粒，或者是將其替換為小顆粒，為此，原本堆積體的形成過程中，骨架較小的顆粒并沒有參與骨架作用，這就導(dǎo)致室內(nèi)大直剪試驗(yàn)所得出的摩擦角，其角度要小于原位直剪試驗(yàn)結(jié)果；同時(shí)，隨著參與骨架作用的細(xì)顆粒粒徑的增加，其室內(nèi)大直剪試驗(yàn)中的黏聚力就會(huì)大大提升。因此，針對(duì)粗粒土，其強(qiáng)度主要來源于摩擦力，并不是來源于非黏聚力。依據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》中的相關(guān)規(guī)定，在計(jì)算黏聚力時(shí)，通常情況下要按照0 kPa進(jìn)行取值；休止角近似相在我國現(xiàn)階段已經(jīng)得到普遍認(rèn)可[2]。針對(duì)于部分質(zhì)量與含水率近似相等的同類型堆積體，其休止角均明顯大于內(nèi)摩擦角與滑動(dòng)摩擦角。對(duì)本文章中的原位直剪試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比能夠進(jìn)一步證實(shí)這種規(guī)律，通過數(shù)據(jù)之間的相互印證，可以進(jìn)一步證明休止角與摩擦角數(shù)據(jù)的合理性。為此，原位直剪試驗(yàn)所得出的參數(shù)更加具備合理性，但這也不代表室內(nèi)直剪試驗(yàn)所得出的數(shù)據(jù)都是錯(cuò)誤的，由于該種試驗(yàn)是通過等量替換、粗粒部分剔除以及相似級(jí)配等多種方法來完成試驗(yàn)的，因此其具有一定的局限性。由于原位直剪儀對(duì)參與試樣的尺寸要求較大，因此可以在最大程度上保留碎石土級(jí)配的特性，進(jìn)一步弱化尺寸效應(yīng)。

（二）計(jì)算結(jié)果

由于大部分棄渣堆積的結(jié)構(gòu)較為松散，中局部穩(wěn)定性滑動(dòng)面主要以圓弧滑動(dòng)為主，因此本文章在分析棄渣場穩(wěn)定性時(shí)，要綜合考慮原始地貌地形對(duì)棄渣場穩(wěn)定性的影響。以沿原始地形的滑動(dòng)形式為主，應(yīng)用計(jì)算機(jī)自動(dòng)搜索與人工優(yōu)化的方式來選取出最佳的局部與整體滑動(dòng)面[3]，如圖1所示。由此可知，穩(wěn)定性與滲流條件下的計(jì)算工況基本一致，本文章中的棄渣場所處位置的地震基本烈度為7度以下，依據(jù)相關(guān)規(guī)范不需要對(duì)其地震工況的穩(wěn)定性實(shí)施計(jì)算。另外，要應(yīng)用Bishop法與普遍條分法（Ordinary法），結(jié)合任意形狀滑動(dòng)面的Janbu法及Morgenstern-Price法來準(zhǔn)確的計(jì)算邊坡穩(wěn)定性。

根據(jù)本文章中的相關(guān)研究結(jié)果顯示，降雨對(duì)邊坡穩(wěn)定性所造成的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，雨水入滲會(huì)增加棄渣的自重[4]；另一方面，雨水入滲會(huì)軟化棄渣，降低其強(qiáng)度。在降雨的開始階段，棄渣所呈現(xiàn)出的狀態(tài)為非飽和狀態(tài)，在這種情況下，部分降雨會(huì)順著坡面流走，部分降雨會(huì)入滲到坡體內(nèi)部，濕潤峰的發(fā)展僅停留在坡面相對(duì)較淺的范圍之內(nèi)；同時(shí)，隨著降雨天氣的持續(xù)，邊坡穩(wěn)定性受雨水的影響越來越大，且其安全系數(shù)在不斷下降，當(dāng)降雨停止后，雨水還會(huì)進(jìn)一步向坡體內(nèi)部持續(xù)入滲，此時(shí)，內(nèi)部棄渣的水分就會(huì)不斷增加，孔隙 水壓力也就會(huì)相應(yīng)增加，強(qiáng)度減弱，因此，會(huì)進(jìn)一步降低邊坡的穩(wěn)定性[5]。在降雨后相對(duì)較長的一段時(shí)間，坡體內(nèi)孔隙水壓力會(huì)慢慢恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)滲流的狀態(tài)，邊坡穩(wěn)定系數(shù)就會(huì)呈現(xiàn)出上升趨勢。

根據(jù)表1 可知，由于上述幾種方法都是將重力作為邊坡破壞穩(wěn)定性的主要驅(qū)動(dòng)力，其在滲流計(jì)算的過程中可以得出，整體與局部穩(wěn)定性的變化趨勢相對(duì)較為類似，因此就不需要考慮上述方法的影響，且降雨本身對(duì)棄渣場邊坡穩(wěn)定性所造成的影響不是很大，且始終相對(duì)較為穩(wěn)定。

結(jié)束語

總而言之，為了進(jìn)一步提升滲流條件下棄渣場邊坡的穩(wěn)定性，本文章通過室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算來對(duì)不同工況下棄渣場的穩(wěn)定性進(jìn)行了科學(xué)的分析評(píng)價(jià)，并從相關(guān)數(shù)據(jù)可知，在降雨條件下對(duì)棄渣場穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算時(shí)，只考慮降雨過程是無法得出準(zhǔn)確結(jié)果的。同時(shí)，由于計(jì)算參數(shù)可以直接影響到邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此就要對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理的對(duì)比與選擇，這對(duì)棄渣場邊坡的穩(wěn)定性具有十分重要的作用與意義。

參考文獻(xiàn)

[1]袁木，秦光輝，張偉鋒.降雨條件下水電站棄渣場邊坡滲流特性及其穩(wěn)定性分析[J].東北水利水電，2018，36（9）：40-44.

[2]毛雪松，宋玉品，吳謙，等.滲流條件下棄渣場邊坡的穩(wěn)定性分析[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，44（2）：139-143.

[3]吳志斌，王陳琦，曾江波，等.不同降雨強(qiáng)度下渣土受納場邊坡地下水滲流和穩(wěn)定性的數(shù)值模擬分析[J].安全與環(huán)境工程，2017，24（4）：148-153.

[4]宋玉品.考慮降雨條件下棄渣場邊坡滲流與穩(wěn)定性分析[J].福建質(zhì)量管理，2017，（24）：192.

[5]陳武.山區(qū)高速公路棄渣場邊坡滲流及穩(wěn)定性分析[J].公路與汽運(yùn)，2018，（4）：71-74，141.

（作者單位：浙江華東建設(shè)工程有限公司）