李明陽，柴建峰

（國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京市 100161）

1 引言

抽水蓄能的發(fā)展已有100多年歷史，現(xiàn)今隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)、霧霾治理、綠色能源和智能堅強電網(wǎng)等的規(guī)劃，抽水蓄能在中國才得以大力發(fā)展。抽水蓄能電站上、下庫多在復(fù)雜地形地質(zhì)條件下筑壩與成庫，輸水發(fā)電系統(tǒng)開挖規(guī)模較大，同時上下庫連接道路開挖等眾多因素導(dǎo)致工程棄渣量較大。加之抽水蓄能電站多臨近電力負(fù)荷中心，自然和人文環(huán)境復(fù)雜，則其棄渣場選址和設(shè)計，基建期的填筑和后期安全運行，顯得十分重要。

棄渣體多由巖石碎塊、強全風(fēng)化層物質(zhì)組成，其間混有細(xì)顆粒物質(zhì)，具有較高的內(nèi)摩擦角，隨著壓實固結(jié)，自穩(wěn)能力逐漸提高。但如果前期堆放時，缺少碾壓，或者碾壓效果不好，在重力作用下變形沉降，往往在后緣形成拉裂縫，拉張裂縫成了地下水運行和儲存的通道，將降低棄渣體穩(wěn)定性。棄渣體變形破壞，多為后緣先失穩(wěn)，推動前緣渣土體，形成整體滑動。物源來源復(fù)雜，使用時間長，經(jīng)歷不同的季節(jié)，致使渣體內(nèi)部地質(zhì)條件復(fù)雜，變形破壞呈現(xiàn)多樣化[1-7]。

2 強度參數(shù)敏感性分析

2.1 模型簡介

強度參數(shù)顯著影響著渣體的失穩(wěn)破壞模式，相關(guān)研究較多。目前工程設(shè)計中常用強度設(shè)計參數(shù)是內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角，以下主要探討這兩個參數(shù)，通過固定一個強度參數(shù)，只改變另一個強度參數(shù)，分析強度參數(shù)的變化對邊坡安全系數(shù)的和滑面位置的影響。通過FLAC3D的強度折減法可獲得安全系數(shù)FS和滑面形態(tài)，其結(jié)果和經(jīng)典條分法具有較好的一致性。

模型幾何尺寸：坡體高度為20m，坡角45°，邊界條件為下部固定，左右兩側(cè)水平約束，上部為自由邊界，采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，初始應(yīng)力場按自重應(yīng)力場考慮。

內(nèi)聚力依次為：0、5、10、20、40、60和 80 kPa，φ=30°；

內(nèi)摩擦角依次為 ：0°、5°、10°、20°、30°、40°和 50°，c=10kPa。

2.2 敏感性分析結(jié)果

（1）內(nèi)聚力對滑面形態(tài)的影響。

由圖1和圖2（a）可見，隨著內(nèi)聚力c的增大，安全系數(shù)隨之增加，由淺層滑動向深層滑動轉(zhuǎn)變，潛在滑動體的體積也增大。

（2）內(nèi)摩擦角對滑面形態(tài)的影響。

由圖3和圖2（b）可見，隨著內(nèi)摩擦角φ的增大，安全系數(shù)隨之增加，但由深層滑動向淺層滑動轉(zhuǎn)變，滑動體的體積隨之減少。摩擦角越大，滑面越淺。

綜上所述，強度參數(shù)的取值直接影響滑面形態(tài)和安全系數(shù)，進而影響工程處理措施的選擇，所以在工程實踐中，選擇和棄渣體固結(jié)變形相吻合的設(shè)計參數(shù)顯得尤為重要。

3 工程實例分析

隨機選取4個抽蓄工程渣場設(shè)計專題，其強度參數(shù)見表1和圖4，可見不同項目的強度參數(shù)差別較明顯，這一現(xiàn)象值得進一步研究。此外，考慮到棄渣體多為土石混合體，經(jīng)歷一定的固結(jié)后，完全忽略內(nèi)聚力也得商榷。

圖1 內(nèi)聚力對滑面形態(tài)的影響（a）c=0，F(xiàn)S=0.66 ；（b）c=5kPa，F(xiàn)S=1.03（c）c=20kPa，F(xiàn)S=1.69 ；（d）c=60kPa，F(xiàn)S=3.06Fig．1 Sliding planes according to different c

圖2 強度參數(shù)和FS關(guān)系曲線（a）c—FS；（b）φ—FSFig．2 The relation between mechanical parameters and FS

選用乙、丁兩個項目的強度參數(shù)值，假定渣體堆積坡度均為30°，采用通用商業(yè)軟件-理正巖土中的瑞典條分法，不考慮地下水，圖5和圖6為程序搜索出的滑面，可見滑面形態(tài)差別較大，這將影響工程防護方案。雖然地域有差別，但棄渣體多為土石混合體，參數(shù)和滑面差異如此明顯，同樣值得進一步研究。

表1 渣場強度設(shè)計參數(shù)一覽表Tab.1 List of c and φ according to different projects

圖3 摩擦角對滑面形態(tài)的影響（a）φ=0°，F(xiàn)S=0.26 ；（b）φ=10°，F(xiàn)S=0.66（c）φ=20°，F(xiàn)S=0.97 ；（d）φ=40°，F(xiàn)S=1.64Fig．3 Sliding planes according to different φ

圖4 c和φ散點圖Fig．4 Scatter graphs of c and φ

圖5 乙項目滑面形態(tài)Fig．5 Sliding planes of project B

圖6 丁項目滑面形態(tài)Fig．6 Sliding planes of project D

4 結(jié)論和建議

（1）加強行業(yè)之間的交流和資料共享，如設(shè)計單位之間的技術(shù)交流。

（2）規(guī)模和影響較大的渣場，除了查閱相關(guān)手冊和工程類比之外，盡可能采用試驗等手段，獲得渣體物理力學(xué)參數(shù)。結(jié)合實踐經(jīng)驗、現(xiàn)場調(diào)查和地質(zhì)宏觀判斷等，綜合判定和取舍。

（3）除了關(guān)注內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力，還應(yīng)關(guān)注棄渣體的變形參數(shù)。現(xiàn)有規(guī)范和計算方法，均未考慮巖土體的變形參數(shù)，而棄渣體在重力作用下差異固結(jié)變形，往往在后緣形成拉張裂縫，成為地下水運行和儲存的通道，進而降低棄渣體的穩(wěn)定性。

[1] 盧應(yīng)發(fā)，黃學(xué)斌，劉德富．推移式滑坡漸進式破壞機制及穩(wěn)定性[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2016，35（2）：340-345．LU Yingfa，HUANG Xuebin，LIU Defu．Mechanism and stability analyses of progressive failure of thrust-type landslides[J]．Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2016，35 ：（2）340-345．

[2] 劉傳正．深圳紅坳棄土場滑坡災(zāi)難成因分析[J]．中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2016，27（1）：1-5．LIU Chuanzheng’．Genetic mechanism of landslide tragedyhappened in Hongao dumping place in Shenzhen[J]． The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2016，27（1）：1-5．

[3] 劉廣潤．論滑坡分類[J]．工程地質(zhì)學(xué)報，2002，10（4）：339-340．LIU Guangrun．Discussion on classification of landslides[J]． Journal of Engineering Geology，2002，10（4）：339-340．

[4] 李曉凌，岳克棟．烏東德水電站陰地溝渣場邊坡穩(wěn)定性分析．人民長江，2013，44（3）：30-35．LI Xiaoling，YUE Kedong． Stability analysis on side-slope of Yindigou slag field of Wudongde hydropower station．Yangtze River，2013，44（3）：30-35．

[5] Yueping Yin，et al． Mechanism of the december 2015 catastrophic landslide at the shenzhen landfill and controlling geotechnical risks of urbanization．Engineering2（2016）：1-15．

[6] 黃河秋． 20世紀(jì)以來中國的大型滑坡及其發(fā)生機制[J]． 巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2007，26（3）：433-454．HUANG Runqiu．Large-scale landslides and their sliding mechanisms in china since the 20th century[J]． Journal of Rock Mechanics and Engineer，2007，26（3）：433-454．

[7] 鐘志輝，楊光華，張玉成，等． 基于局部強度折減法的土質(zhì)邊坡位移研究[J]． 巖土工程學(xué)報，2011，33（增 1）：196-201．ZHONG Zhihui，YANG Guanghua，ZHANG Yucheng，et al． Displacement of soil slopes based on local strength reduction method[J]． Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2011，33（Supp． 1）：196-201．