強降雨條件下某棄土場邊坡穩(wěn)定性研究

李 智

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074)

0 引言

在山區(qū)鐵路工程建設(shè)施工中，不可避免的要設(shè)置大量的棄土場來滿足棄土處置的需要。由于棄土場是靠自重壓實的人工堆積體，往往結(jié)構(gòu)松散，孔隙率高，降水入滲快，處于欠固結(jié)狀態(tài)[1]。戚藍(lán)，王守甲等[2]基于飽和—非飽和滲流理論和三維模擬技術(shù)，以天津“720大暴雨”為典型，探討了降雨強度和降雨類型對邊坡滑移特征時空分布規(guī)律的影響。袁偉濤[3]利用Geo Studio對降雨入滲路基濕度場演變過程進(jìn)行模擬試驗分析。

該文以深茂鐵路某棄土場邊坡為例，在野外勘察、室內(nèi)試驗的基礎(chǔ)上，用數(shù)值模擬方法對比分析降雨前和降雨后邊坡內(nèi)部滲流場和穩(wěn)定性系數(shù)的變化規(guī)律。

1 工程概況

1.1 棄土場基本特征

廣東省臺山市深茂鐵路某棄土場，地處剝蝕丘陵區(qū)及山間谷地，地勢較起伏，自然坡度20°～30°，最大高差約15 m，棄土方量約8.9萬m3。棄土來源于正線路塹挖方，成分以粉質(zhì)黏土夾碎石為主，碎石粒徑1 cm～5 cm，局部有花崗巖塊石，塊石粒徑6 cm～10 cm，欠固結(jié)。

1.2 數(shù)值模型的建立

根據(jù)棄土體的堆高、坡率、平臺、排水等情況，結(jié)合棄土場原地形、周邊敏感點重要性等，選擇最不利剖面，構(gòu)建數(shù)值分析模型。

本次計算參數(shù)根據(jù)試驗數(shù)據(jù)及工程類比法和經(jīng)驗值綜合考慮選取。棄土體及基底地層物理力學(xué)參數(shù)詳見表1。

2 棄土場穩(wěn)定性分析

應(yīng)用Geostudio軟件中的Seep模塊來模擬分析棄土邊坡在不同降雨工況下的滲流特征。在不同降雨工況條件下，分析降雨過程中隨時間變化時棄土邊坡內(nèi)部的滲流特征，用Slope模塊來進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

2.1 模擬工況

選取以下四種降雨工況進(jìn)行棄土場的穩(wěn)定性分析(見表2)。

表2 降雨工況

2.2 邊坡滲流特征分析

利用Geostudio中的Seep/W模塊對暴雨工況下棄土場邊坡內(nèi)部孔隙水壓力的變化規(guī)律進(jìn)行探討。

2.2.1天然狀態(tài)

天然狀態(tài)下模型邊坡的孔隙水壓力分布情況如圖1所示。

從圖1可以看出，受原始地下水位的影響，邊坡內(nèi)部孔隙水壓力分布較為規(guī)律，水位線以下孔隙水壓力為正值，并依次增大，最大超過了250 kPa；水位線以上孔隙水壓力為負(fù)值，也是基質(zhì)吸力存在的原因，且絕對值依次增大，基質(zhì)吸力的存在對邊坡內(nèi)巖土體的滲透系數(shù)有很大的影響。

2.2.2降雨結(jié)束

從工況一到工況四，隨著降雨時長的增加，雨水的入滲量越來越大，邊坡的負(fù)孔隙水壓力區(qū)逐漸減小，即邊坡的基質(zhì)吸力在不斷減小。分析造成這種情況的原因可能是：工況一降雨強度大但持時短，雨水流失情況較嚴(yán)重，故雨水入滲量較小；工況四降雨強度小但持時長，雨水充分入滲。

2.3 降雨工況邊坡穩(wěn)定性

在降雨工況下三種方法計算得到棄土體邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)結(jié)果及所處狀態(tài)如表3所示。

表3 暴雨工況棄土體邊坡穩(wěn)定性結(jié)果

模擬結(jié)果顯示，在暴雨工況下，連續(xù)降雨1 h時，用3種不同的計算方法(即Ordinary,Bishop和M-P方法)得到的邊坡安全系數(shù)最小值1.071。同樣，連續(xù)降雨6 h時，邊坡安全系數(shù)最小值分別為1.069；連續(xù)降雨24 h時，邊坡安全系數(shù)最小值為1.058;連續(xù)降雨72 h時，邊坡安全系數(shù)最小值為1.031。參照穩(wěn)定性控制標(biāo)準(zhǔn)及棄土場現(xiàn)狀，該剖面的穩(wěn)定性不滿足要求。

3 結(jié)語

1)利用Geostudio中的Seep/W模塊研究不同暴雨條件下該棄土場邊坡滲流特征，結(jié)果顯示隨著降雨時長的增加，雨水的入滲量越來越大，邊坡的負(fù)孔隙水壓力區(qū)逐漸減小。

2)以滲流分析結(jié)果為基礎(chǔ)，利用Geo-Studio中Slope/W模塊，對該棄土場邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行探討。結(jié)果顯示：暴雨條件下，邊坡剖面安全系數(shù)最小值為1.031，剖面的穩(wěn)定性不滿足要求。