考慮降雨條件下棄渣場邊坡滲流與穩定性分析

(長安大學公路學院 陜西 西安 710064)

考慮降雨條件下棄渣場邊坡滲流與穩定性分析

宋玉品

(長安大學公路學院陜西西安710064)

為了研究降雨對邊坡滲流的穩定性影響，本文依托湖南某地一棄渣場工程，基于Geostudio軟件研究了不同方法及降雨條件下棄渣場邊坡的穩定性。結果表明：在降雨條件下，邊坡的穩定性系數降低，當降雨停止后，邊坡的穩定系數繼續降低，持續一段時間后，邊坡的穩定性系數才有所增大。

Geo studio軟件；棄渣場邊坡；穩定系數

一、引言

論文所依托的棄渣場是由開挖隧道而排出的松散土石混合料，其強度較低，在降雨條件下易產生滑坡，且影響范圍很大。據統計棄渣場的資料顯示[1]，當棄渣場的水解性巖石含量與粘土含量超過40%，臺階高度超過18m時，棄渣場將出現滑坡的概率會很大，且后果嚴重。棄渣場的合理堆放對周圍的建筑物，及人類的生命生活安全也有重要的影響。

論文根據非飽和滲流分析理論，基于有限元軟件Geo Studio中的SEEP/W和SLOPE/W模塊，采用極限平衡法中的圓弧滑動法、考慮圓弧滑動面的Bishop法、考慮任意形狀滑動面的Janbu法及Morgenstern-Price法等對棄渣場邊坡在穩態及瞬態滲流條件下的穩定性進行分析。

二、棄渣場邊坡基本參數

經現場調研分析發現，論文所依托的棄渣場堆積在坡度約為40°的巖質邊坡上，坡高37m，坡面水平投影長度為56m。經調研發現坡面已進行了復墾處理，但植被稀疏，坡面有積水存在，排水設施不完善，在棄渣體下方建有擋墻。該棄渣體邊坡目前處于穩定狀態。

(一)計算模型及網格劃分

選取棄渣場邊坡某一典型剖面進行分析，建立計算模型。為保證計算結果的準確性，區域單元格的劃分主要采用三角形和四邊形，共有4852個節點，4743個單元，單元格大小為2m，如圖1。

圖1 棄渣場計算模型及網格劃分

(二)邊界條件及參數選取

滲流計算中，考慮降雨入滲作用下的邊坡滲流場變化規律，邊界條件選取如下:

1)坡表面為入滲邊界，取為流量邊界，考慮到降雨入滲隨著巖土入滲能力的變化而改變，當降雨強度小于巖土體表層入滲能力時，入滲速度即為降雨強度，此時邊界條件為流量邊界。

2)模型兩側在地下水位以下的邊界按水頭邊界處理，地下水位以上的邊界為零流量邊界，模型底面假設為不透水邊界。

所用材料模型為Mohr-Coulomb模型。根據現場試樣的物理力學參數試驗結果，選取模型的計算參數如表1所示。

表1 巖土材料參數

三、棄渣場邊坡穩定性分析

由于棄渣與基巖的物理力學性質存在差異，棄渣與原地基剛度不一，在接觸面存在界面效應，如若浸水，界面軟化形成軟弱層，當棄渣與原地基接觸面之間的摩擦強度小于棄渣內部的抗剪強度時，可能沿原地面產生滑動，因此在進行邊坡的穩定性分析時僅考慮棄渣場邊坡的整體穩定性。

圖2 穩定系數與時間變化曲線

由圖2可以得出，當降雨剛結束時，大部分雨水沿坡面流走，坡體內孔隙水壓力變化很小且濕潤峰發展僅僅處于坡面很淺的范圍，由于歷時較短，入滲深度淺，降雨入滲對邊坡穩定性的影響不顯著。降雨停止后，雨水繼續向邊坡內部入滲，內部土體含水率增加，孔隙水壓力隨之增加，強度減小，造成邊坡穩定性降低。48h后，邊坡的穩定性系數才有所增大。

四、結論

結合湖南某棄渣場邊坡的實地調研情況，基于Geostudio軟件中的SEEP/W和SLOPE/W模塊，運用非飽和滲透理論對該棄渣場邊坡的滲流場及穩定性進行分析，得到以下結論：

(1)本文運用數值分析方法，結合邊坡穩定性分析的四種方法，得出在降雨條件下，邊坡的穩定性系數降低，當降雨停止后一段時間，穩定性系數繼續降低，持續一段時間后，邊坡的穩定性系數才會增大。

(2)由以上分析可知，在實際工程中，應充分考慮到降雨入滲對棄渣場邊坡的穩定性影響，要對高陡的棄渣場邊坡及時進行防護，做好引排水設施。

[1]王莉. 露天礦大型排土場穩定性及安全控制關鍵技術研究[D].北京科技大學,2015.

[2]張蕾,陳力華,王平,陳進,曾祥蓉. 棄渣和路堤填筑對古滑坡體穩定性的影響[J]. 地下空間與工程學報,2010,S2:1602-1609.

[3]顧育國. 溪洛渡壩區楊家溝渣場穩定性分析與侵蝕研究[D].西南交通大學,2010.

宋玉品(1992.05-)，女，漢族，河南洛陽，長安大學，研究生，防災減災。