云南南華縣某風電場棄渣場穩(wěn)定性評價

許少清

(江西省地質(zhì)局第十地質(zhì)大隊，江西 鷹潭 335000)

0 引言

根據(jù)有關(guān)文件要求，水土保持設(shè)施驗收，需要逐個復(fù)核棄渣場選址情況，評價水土保持措施的質(zhì)量和效果，原則上堆渣量超過50萬m3或者最大堆渣高度超過20 m的棄渣場，需提供棄渣場的穩(wěn)定性評估報告[1]。對云南省楚雄州南華縣某風電場內(nèi)12座棄渣場進行穩(wěn)定性評價工作，為渣場后期地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供科學依據(jù)[2]，消除隱患，同時為水土保持設(shè)施驗收工作提供了基礎(chǔ)依據(jù)。

1 工程概況

中云電云南楚雄南華某300 MW風電場為新建風力發(fā)電工程，工程等級為Ⅰ級，工程規(guī)模為大(1)型，工程總投資26.19億元，其中土建工程投資約4億元，工程建設(shè)總工期為30個月，主體工程于2014年3月初開工，至2016年6月底工程完工。本工程設(shè)計土石方開挖總量397.16萬m3，其中收集表土40.96萬m3，土石方回填及填筑總量308.48萬m3，經(jīng)土石方平衡后，產(chǎn)生棄渣88.68萬m3(其中含表土40.96萬m3)。

為消化場內(nèi)施工產(chǎn)生的棄渣，研究區(qū)內(nèi)共設(shè)有棄渣場12座，各渣場自2015年3月開始堆渣，于2015年8月閉庫。研究區(qū)各渣場已閉庫運行，現(xiàn)坡腳已修建攔渣壩，頂部布置了截排水溝，坡體進行了植被恢復(fù)，各渣場具體情況見表1。

表1 各渣場基本情況表

2 評價思路及技術(shù)要求

研究評價工作以本工程項目有關(guān)施工圖設(shè)計、工程地質(zhì)勘察報告及棄渣場設(shè)計圖紙等原始資料為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查,查明周邊地質(zhì)環(huán)境、棄渣場建設(shè)及運營情況、邊坡變形破壞特征等，進行定性分析，選取典型剖面并實測，運用理正巖土軟件對棄渣場渣土邊坡穩(wěn)定性進行定量計算。綜合上述定性分析和定量計算結(jié)果,對棄土場穩(wěn)定性進行評價,并據(jù)此提出整治方案的相關(guān)建議[3],詳見圖1。

3 棄渣場穩(wěn)定性分析計算

3.1 計算方法的選取

綜合分析，本次研究選取DZ/T 0218—2006滑坡防治工程勘查規(guī)范推薦的瑞典條分法(圓弧型滑動面)對渣土穩(wěn)定性作計算。

瑞典條分法(圓弧型滑動面)采用的規(guī)范公式如下：

孔隙水壓力：Nwi=γwhiwLicosαi；滲透壓力產(chǎn)生的平行滑面分力：TDi=γwhiwLisinβicos(αi-βi);滲透壓力產(chǎn)生的垂直滑面分力：RDi=γwhiwLisinβisin(αi-βi)。

其中，Wi為第i條塊的重量,kN/m3；ci為第i條塊黏聚力,kPa;φi為第i條塊內(nèi)摩擦角，(°)；Li為第i條塊滑面長度,m；αi為第i條塊滑面傾角,(°)；βi為第i條塊地下水流向,(°)；A為水平地震加速度,g；Kf為穩(wěn)定系數(shù)。

圓弧滑動的滑坡推力計算公式：

Hm=(Ks-Kf)/Ks×∑(Ti×cosαi)。

其中，Hm為推力,kN；Ks為設(shè)計的安全系數(shù)；Ti為條塊重量在滑面切線方向的分力，kN。

3.2 計算剖面的選取

根據(jù)設(shè)計地形圖，針對研究區(qū)內(nèi)每個渣場選取一條典型剖面進行計算分析，計算剖面垂直渣場主邊坡，基本位于邊坡中部，選取剖面基本能夠反映渣場工程地質(zhì)條件。

3.3 計算工況的選取

綜合分析渣場邊坡的變形破裂特征和各種荷載情況，考慮到該邊坡受暴雨、地震等外力因素影響強烈，選定如下三種計算工況計算評價滑坡穩(wěn)定性[6]。

第一種工況：自重(天然工況)；

第二種工況：自重+暴雨(暴雨工況)；

第三種工況：自重+地震(地震工況)。

由于楚雄州南華縣抗震設(shè)防烈度為8，設(shè)計基本地震加速度值0.20g，地震特征周期0.45 s，水平地震影響系數(shù)最大值0.16。

3.4 計算參數(shù)的選取

3.4.1 渣體重度取值

根據(jù)渣體來源及堆渣特征，結(jié)合收集的研究區(qū)勘察資料，確定本次研究工作渣體天然重度取值19.30 kN/m3，飽和重度取值20.10 kN/m3。

3.4.2 渣體抗剪強度取值

本次研究工作通過參考研究區(qū)原勘察資料、反演分析及工程地質(zhì)測繪三種方法綜合確定渣體抗剪強度值[7]。研究區(qū)原勘察資料各巖土層抗剪強度建議值詳見表2。

表2 巖土層抗剪強度建議值表

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查本次研究工作評價對象基本為自然堆坡，坡度34°～40°，多為37°，邊坡現(xiàn)狀基本穩(wěn)定，未變形，即本次工作推測渣場渣體休止角約37°，綜合分析渣體內(nèi)摩擦角約小于37°。

根據(jù)有關(guān)規(guī)范“滑坡滑帶參數(shù)反演”方法[8]，通過渣場已有的變形特征對潛在渣體失穩(wěn)滑帶土黏聚力(c)和內(nèi)摩擦角(φ)進行反算取值。

反演分析計算公式：

黏聚力：

內(nèi)摩擦角：

最終通過以上三種方法綜合確定渣體抗剪強度值詳見表3。

表3 渣體巖土參數(shù)取值表

3.5 計算結(jié)果

表4 各渣體穩(wěn)定性計算結(jié)果表

3.6 棄渣場穩(wěn)定性評價

根據(jù)計算結(jié)果，對渣場進行穩(wěn)定性分析評價，根據(jù)有關(guān)規(guī)范規(guī)定，按照表5對渣場渣體邊坡的穩(wěn)定性進行劃分，最終各棄渣場穩(wěn)定性綜合評價詳見表6。

表5 滑坡穩(wěn)定性劃分標準表

表6 各渣場穩(wěn)定性綜合評價表

續(xù)表

4 結(jié)論和建議

1)經(jīng)計算，研究區(qū)內(nèi)的12座棄渣場現(xiàn)狀天然工況下穩(wěn)定系數(shù)在1.07～1.37之間，屬于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨工況下穩(wěn)定系數(shù)在1.01～1.26之間，屬于欠穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)；地震工況下穩(wěn)定系數(shù)在1.0～1.13之間，屬于欠穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)。

2)調(diào)查8號、9號、10號、11號等4座棄渣場發(fā)現(xiàn)存在不良地質(zhì)問題，需要進行相應(yīng)治理。

3)建議后期加強區(qū)內(nèi)的植被管護，做好排水溝的清理，確保排水溝雨季期間暢通，雨季加強擋土墻位移觀測，盡快恢復(fù)地表植被。

4)針對各個棄渣場建立變形觀測和巡查臺賬制度，特別是雨季應(yīng)加密觀測和巡查，發(fā)現(xiàn)險情即時處置。

5)針對各個棄渣場可能存在積水點的地方，采取疏導(dǎo)和回填的方式，避免產(chǎn)生對棄渣場危害因子。