滲流條件下棄渣場邊坡的穩定性分析

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，其自身的穩定性對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這兩個模塊來對不同工況下滲流場的穩定性進行深入的分析與研究，以此來進一步提升滲流條件下棄渣場邊坡的穩定性，促進我國交通行業的可持續發展。

關鍵詞：滲流條件；棄渣場；邊坡穩定性；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、欠密實以及非飽和等多方面的結構特征，因此就極易引起滑坡等地質災害，且會對施工單位以及周圍居民的生命財產安全造成較大的威脅。為此，棄渣場等相關附屬設施的穩定性在我國現階段受到了社會個界人士的關注與重視。

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，直到今天已經形成了一個長度為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雜，地貌類型為剝蝕中低山，地質構造為單斜構造，海拔高度在240～500 m之間，其巖層產狀具體為345o∠45o，且無斷層形跡，屬于亞熱帶季風氣候，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行補給。

二、渣場邊坡的穩定性分析

（一）計算參數的選取

土體抗剪強度指標的具體選擇可以直接影響到邊坡的穩定性分析結果。這主要是因為棄渣結構較為松散，且無膠結，因此其在實際取樣過程中就極易受到干擾。為此，在對強度指標進行選取時，不僅要開展現場原位剪切試驗，同時也要進行室內大型直剪試驗等一系列相關的試驗輔助驗證[1]。針對于部分松散，且黏性較低的堆積體，其內摩擦與天然休止角近似相等在我國現階段已經得到了較為普遍認可，因此就可以通過休止角試驗以來進一步驗證剪切試驗的結果

分析表1中的數據可知，室內大直剪試驗得出的數據與原位直剪試驗數據具有較大的出入。產生這一結果的主要原因就是在進行室內大直剪試驗時，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制約因素，同時也根據相關規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，這就導致室內大直剪試驗所得出的摩擦角，其角度要小于原位直剪試驗結果；同時，隨著參與骨架作用的細顆粒粒徑的增加，其室內大直剪試驗中的黏聚力就會大大提升。因此，針對粗粒土，其強度主要來源于摩擦力，并不是來源于非黏聚力。依據《工程地質手冊》中的相關規定，在計算黏聚力時，通常情況下要按照0 kPa進行取值；休止角近似相在我國現階段已經得到普遍認可[2]。針對于部分質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摩擦角與滑動摩擦角。對本文章中的原位直剪試驗結果進行對比能夠進一步證實這種規律，通過數據之間的相互印證，可以進一步證明休止角與摩擦角數據的合理性。為此，原位直剪試驗所得出的參數更加具備合理性，但這也不代表室內直剪試驗所得出的數據都是錯誤的，由于該種試驗是通過等量替換、粗粒部分剔除以及相似級配等多種方法來完成試驗的，因此其具有一定的局限性。由于原位直剪儀對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配的特性，進一步弱化尺寸效應。

（二）計算結果

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

根據本文章中的相關研究結果顯示，降雨對邊坡穩定性所造成的影響主要表現在兩個方面：一方面，雨水入滲會增加棄渣的自重[4]；另一方面，雨水入滲會軟化棄渣，降低其強度。在降雨的開始階段，棄渣所呈現出的狀態為非飽和狀態，在這種情況下，部分降雨會順著坡面流走，部分降雨會入滲到坡體內部，濕潤峰的發展僅停留在坡面相對較淺的范圍之內；同時，隨著降雨天氣的持續，邊坡穩定性受雨水的影響越來越大，且其安全系數在不斷下降，當降雨停止后，雨水還會進一步向坡體內部持續入滲，此時，內部棄渣的水分就會不斷增加，孔隙 水壓力也就會相應增加，強度減弱，因此，會進一步降低邊坡的穩定性[5]。在降雨后相對較長的一段時間，坡體內孔隙水壓力會慢慢恢復到穩態滲流的狀態，邊坡穩定系數就會呈現出上升趨勢。

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

結束語

總而言之，為了進一步提升滲流條件下棄渣場邊坡的穩定性，本文章通過室內試驗與數值計算來對不同工況下棄渣場的穩定性進行了科學的分析評價，并從相關數據可知，在降雨條件下對棄渣場穩定性進行計算時，只考慮降雨過程是無法得出準確結果的。同時，由于計算參數可以直接影響到邊坡穩定性計算結果的準確性，因此就要對相關參數進行合理的對比與選擇，這對棄渣場邊坡的穩定性具有十分重要的作用與意義。

參考文獻

[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定性分析[J].蘭州理工大學學報，2018，44（2）：139-143.

[3]吳志斌，王陳琦，曾江波，等.不同降雨強度下渣土受納場邊坡地下水滲流和穩定性的數值模擬分析[J].安全與環境工程，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定性分析[J].福建質量管理，2017，（24）：192.

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

（作者單位：浙江華東建設工程有限公司）