(長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院 陜西 西安 710064)

考慮降雨條件下棄渣場(chǎng)邊坡滲流與穩(wěn)定性分析

宋玉品

(長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院陜西西安710064)

為了研究降雨對(duì)邊坡滲流的穩(wěn)定性影響，本文依托湖南某地一棄渣場(chǎng)工程，基于Geostudio軟件研究了不同方法及降雨條件下棄渣場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定性。結(jié)果表明：在降雨條件下，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)降低，當(dāng)降雨停止后，邊坡的穩(wěn)定系數(shù)繼續(xù)降低，持續(xù)一段時(shí)間后，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)才有所增大。

Geo studio軟件；棄渣場(chǎng)邊坡；穩(wěn)定系數(shù)

一、引言

論文所依托的棄渣場(chǎng)是由開(kāi)挖隧道而排出的松散土石混合料，其強(qiáng)度較低，在降雨條件下易產(chǎn)生滑坡，且影響范圍很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)棄渣場(chǎng)的資料顯示[1]，當(dāng)棄渣場(chǎng)的水解性巖石含量與粘土含量超過(guò)40%，臺(tái)階高度超過(guò)18m時(shí)，棄渣場(chǎng)將出現(xiàn)滑坡的概率會(huì)很大，且后果嚴(yán)重。棄渣場(chǎng)的合理堆放對(duì)周?chē)慕ㄖ?，及人類的生命生活安全也有重要的影響?/p>

論文根據(jù)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(dòng)法、考慮圓弧滑動(dòng)面的Bishop法、考慮任意形狀滑動(dòng)面的Janbu法及Morgenstern-Price法等對(duì)棄渣場(chǎng)邊坡在穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)滲流條件下的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

二、棄渣場(chǎng)邊坡基本參數(shù)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，論文所依托的棄渣場(chǎng)堆積在坡度約為40°的巖質(zhì)邊坡上，坡高37m，坡面水平投影長(zhǎng)度為56m。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)坡面已進(jìn)行了復(fù)墾處理，但植被稀疏，坡面有積水存在，排水設(shè)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(wěn)定狀態(tài)。

(一)計(jì)算模型及網(wǎng)格劃分

選取棄渣場(chǎng)邊坡某一典型剖面進(jìn)行分析，建立計(jì)算模型。為保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，區(qū)域單元格的劃分主要采用三角形和四邊形，共有4852個(gè)節(jié)點(diǎn)，4743個(gè)單元，單元格大小為2m，如圖1。

圖1 棄渣場(chǎng)計(jì)算模型及網(wǎng)格劃分

(二)邊界條件及參數(shù)選取

滲流計(jì)算中，考慮降雨入滲作用下的邊坡滲流場(chǎng)變化規(guī)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(dāng)降雨強(qiáng)度小于巖土體表層入滲能力時(shí)，入滲速度即為降雨強(qiáng)度，此時(shí)邊界條件為流量邊界。

2)模型兩側(cè)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(shè)為不透水邊界。

所用材料模型為Mohr-Coulomb模型。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試樣的物理力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果，選取模型的計(jì)算參數(shù)如表1所示。

表1 巖土材料參數(shù)

三、棄渣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性分析

由于棄渣與基巖的物理力學(xué)性質(zhì)存在差異，棄渣與原地基剛度不一，在接觸面存在界面效應(yīng)，如若浸水，界面軟化形成軟弱層，當(dāng)棄渣與原地基接觸面之間的摩擦強(qiáng)度小于棄渣內(nèi)部的抗剪強(qiáng)度時(shí)，可能沿原地面產(chǎn)生滑動(dòng)，因此在進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定性分析時(shí)僅考慮棄渣場(chǎng)邊坡的整體穩(wěn)定性。

圖2 穩(wěn)定系數(shù)與時(shí)間變化曲線

由圖2可以得出，當(dāng)降雨剛結(jié)束時(shí)，大部分雨水沿坡面流走，坡體內(nèi)孔隙水壓力變化很小且濕潤(rùn)峰發(fā)展僅僅處于坡面很淺的范圍，由于歷時(shí)較短，入滲深度淺，降雨入滲對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響不顯著。降雨停止后，雨水繼續(xù)向邊坡內(nèi)部入滲，內(nèi)部土體含水率增加，孔隙水壓力隨之增加，強(qiáng)度減小，造成邊坡穩(wěn)定性降低。48h后，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)才有所增大。

四、結(jié)論

結(jié)合湖南某棄渣場(chǎng)邊坡的實(shí)地調(diào)研情況，基于Geostudio軟件中的SEEP/W和SLOPE/W模塊，運(yùn)用非飽和滲透理論對(duì)該棄渣場(chǎng)邊坡的滲流場(chǎng)及穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

(1)本文運(yùn)用數(shù)值分析方法，結(jié)合邊坡穩(wěn)定性分析的四種方法，得出在降雨條件下，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)降低，當(dāng)降雨停止后一段時(shí)間，穩(wěn)定性系數(shù)繼續(xù)降低，持續(xù)一段時(shí)間后，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)才會(huì)增大。

(2)由以上分析可知，在實(shí)際工程中，應(yīng)充分考慮到降雨入滲對(duì)棄渣場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定性影響，要對(duì)高陡的棄渣場(chǎng)邊坡及時(shí)進(jìn)行防護(hù)，做好引排水設(shè)施。

[1]王莉. 露天礦大型排土場(chǎng)穩(wěn)定性及安全控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京科技大學(xué),2015.

[2]張蕾,陳力華,王平,陳進(jìn),曾祥蓉. 棄渣和路堤填筑對(duì)古滑坡體穩(wěn)定性的影響[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào),2010,S2:1602-1609.

[3]顧育國(guó). 溪洛渡壩區(qū)楊家溝渣場(chǎng)穩(wěn)定性分析與侵蝕研究[D].西南交通大學(xué),2010.

宋玉品(1992.05-)，女，漢族，河南洛陽(yáng)，長(zhǎng)安大學(xué)，研究生，防災(zāi)減災(zāi)。