張恒陽(yáng)

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063)

1 棄碴場(chǎng)概況

棄碴場(chǎng)地處福建省龍巖市新羅區(qū)蓮濱公園東側(cè)，翠屏山煤礦場(chǎng)區(qū)南側(cè)，棄碴方量為45.35萬(wàn)m3，占地面積為69.33畝。棄碴堆棄于山谷中，棄碴場(chǎng)西側(cè)出口處前緣堆高35.0 m～50.0 m，為4級(jí)～5級(jí)坡堆積，5級(jí)平臺(tái)，綜合坡率約1∶4.58～1∶4.65，坡腳設(shè)采用混凝土擋墻+抗滑樁支護(hù)。棄碴體以碎、塊石為主，稍密～中密，粒徑2 cm～20 cm不等，占比70%～75%；含少量礫石、礫砂、黏性土等，主要為粉砂巖、炭質(zhì)粉砂巖，全～強(qiáng)風(fēng)化碎塊、黏性土等，質(zhì)軟，充填占比25%～30%。

2 自然條件

2.1 地形地貌

棄碴場(chǎng)區(qū)屬剝蝕低山區(qū)山前緩坡，低山區(qū)地勢(shì)起伏，相對(duì)高差150 m～200 m，地形陡峭，自然坡度25°～40°，植被茂密，多為密集樹(shù)林，局部山坡及山頂辟為工廠、民房等。山谷區(qū)，沖溝發(fā)育，溝谷深切，多呈“V”字形，狹長(zhǎng)條帶狀分布，谷底發(fā)育水溝，地形狹窄，多為荒地等。棄碴場(chǎng)臨近市區(qū)及煤礦廠專用鐵路及貨場(chǎng)，人類活動(dòng)頻繁。

2.2 地層巖性

棄碴場(chǎng)基底地層主要為殘坡積(Qel+dl)粉質(zhì)黏土，下伏基巖為泥盆系(P1w)粉砂巖。場(chǎng)地地層分布如下：粉質(zhì)黏土(Qel+dl)：灰黃色、棕紅色，硬塑，含20%～30%礫石，厚2.0 m；泥盆系(P1w)粉砂巖全風(fēng)化，灰黃色、紫紅色，呈砂土狀，厚約3.0 m～6.0 m；泥盆系(P1w)粉砂巖強(qiáng)風(fēng)化，灰黃色、紫紅色，呈碎塊狀。

2.3 水文

棄碴場(chǎng)位于小型山谷出口處，三面環(huán)山，上游發(fā)育兩條沖溝，棄碴場(chǎng)上游山坡匯水面積為0.21 km2，流域范圍內(nèi)無(wú)水塘、水庫(kù)等大型蓄水體；棄碴場(chǎng)所處山谷匯水面積不大，主要接受大氣降水補(bǔ)給，季節(jié)性流水，地表水不發(fā)育。

地下水主要賦存于第四系黏性土層中的孔隙潛水和賦存于基巖風(fēng)化裂隙中的基巖裂隙水，地下水主要接受大氣降水及地表水補(bǔ)給，地下水不發(fā)育。

3 計(jì)算剖面、工況和相關(guān)參數(shù)的選取

3.1 計(jì)算剖面

該棄碴場(chǎng)堆棄于小型山谷中，三面環(huán)山，內(nèi)寬外窄，西側(cè)一平緩出口，其可能發(fā)生失穩(wěn)的方向主要為沿棄碴場(chǎng)西側(cè)出口處的滑動(dòng)，選取通過(guò)西側(cè)出口支擋處，且順棄碴場(chǎng)基底坡面方向、棄碴場(chǎng)坡面最陡峭位置三個(gè)不同方向剖面A—A,B—B,C—C作為計(jì)算剖面進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)算。剖面示意圖如圖1所示。

3.2 計(jì)算工況

查閱相關(guān)資料后得出棄碴場(chǎng)位于地震6度烈度區(qū)，可不考慮地震條件下對(duì)棄碴場(chǎng)穩(wěn)定性的影響[1]。因此，對(duì)本棄碴場(chǎng)進(jìn)行天然工況和暴雨工況兩種工況下的穩(wěn)定性計(jì)算分析。

3.3 參數(shù)選取

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該棄碴場(chǎng)棄碴體中上部以黏性土夾碎石為主，中下部以碎、塊石為主，夾少量礫石、礫砂、黏性土等。棄碴體及基底地層物理力學(xué)參數(shù)通過(guò)工程地質(zhì)類比、參數(shù)反演及經(jīng)驗(yàn)值等方法綜合考慮選取。采用的相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

4 穩(wěn)定性計(jì)算分析

棄碴場(chǎng)的穩(wěn)定性從兩方面進(jìn)行計(jì)算分析，棄碴體沿基底接觸面滑動(dòng)的整體穩(wěn)定性分析和沿邊坡內(nèi)部滑動(dòng)的局部穩(wěn)定性分析。

4.1 整體穩(wěn)定性分析

采用不平衡推力傳遞系數(shù)法[2]計(jì)算棄碴場(chǎng)的整體穩(wěn)定性，利用相關(guān)軟件分析計(jì)算A—A剖面、B—B剖面和C—C剖面在天然工況和暴雨工況下的穩(wěn)定性，得到棄碴場(chǎng)整體穩(wěn)定性系數(shù)見(jiàn)表2。

表1 相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)表

表2 棄碴場(chǎng)整體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

由表2知：A—A,B—B和C—C剖面天然工況和暴雨工況下整體穩(wěn)定性系數(shù)均大于安全系數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)值，屬于穩(wěn)定狀態(tài)。綜合表明棄碴場(chǎng)整體穩(wěn)定性屬穩(wěn)定狀態(tài)，棄碴場(chǎng)沿基底接觸面發(fā)生整體滑移的可能性較小。

4.2 局部穩(wěn)定性分析

根據(jù)極限平衡條分法理論[3]，運(yùn)用Geo-Studio[4]中的SLOPE/W模塊，利用畢肖普(Bishop)法和摩根斯坦—普賴斯(Morgenstern-Price)法(下稱兩種計(jì)算方法)對(duì)棄碴場(chǎng)的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算分析。

1)天然工況。采用Geo-Studio的SLOPE/W模塊搜索潛在的最危險(xiǎn)滑面，計(jì)算棄碴場(chǎng)A—A，B—B和C—C剖面在天然工況下的穩(wěn)定性。表3為天然工況下兩種計(jì)算方法計(jì)算得到的棄碴場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)結(jié)果。

表3 天然工況下棄碴場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

2)暴雨工況。首先利用Geo-Studio的SEEP/W模塊，依據(jù)暴雨工況(持續(xù)降雨1 h，6 h，24 h，72 h)，計(jì)算得到棄碴場(chǎng)暴雨工況下的滲流場(chǎng)分布[5]，然后利用Geo-Studio中的SLOPE/W模塊搜索A—A,B—B和C—C剖面的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面，再計(jì)算棄碴場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性。用兩種計(jì)算方法計(jì)算得到棄碴場(chǎng)在暴雨工況下的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)結(jié)果如表4所示。

綜上，由表3，表4可知，天然工況和暴雨工況下A—A,B—B,C—C剖面邊坡屬穩(wěn)定狀態(tài)。棄碴場(chǎng)邊坡自穩(wěn)性較好，不易失穩(wěn)；在暴雨工況下，經(jīng)雨水下滲，軟化碴土體，棄碴場(chǎng)邊坡仍能維持穩(wěn)定狀態(tài)。

表4 暴雨工況下棄碴場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

棄碴場(chǎng)整體穩(wěn)定性：天然工況及暴雨工況下，棄碴場(chǎng)整體均屬于穩(wěn)定狀態(tài)；表明棄碴場(chǎng)整體較穩(wěn)定，棄碴場(chǎng)不易沿基底接觸面發(fā)生整體滑動(dòng)。

棄碴場(chǎng)局部穩(wěn)定性：天然工況條件下及暴雨工況下，棄碴場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性屬穩(wěn)定狀態(tài)，棄碴場(chǎng)不易沿內(nèi)部產(chǎn)生滑坡。

5.2 建議

經(jīng)過(guò)計(jì)算及分析后雖然棄渣場(chǎng)整體和局部都處于穩(wěn)定狀態(tài)，但棄碴場(chǎng)邊坡局部沖刷嚴(yán)重，建議修整邊坡，合理控制坡高，坡率和平臺(tái)寬度，內(nèi)側(cè)設(shè)截水溝，并順接至主溝，坡面采用拱形截水骨架護(hù)坡+植草、喬灌結(jié)合綠化，棄碴場(chǎng)平臺(tái)及頂面采用植草、喬灌結(jié)合綠化，防止表水沖刷，引發(fā)水土流失，并有效減少表水下滲給棄碴場(chǎng)穩(wěn)定帶來(lái)不利影響。鑒于棄碴場(chǎng)棄碴方量較大，應(yīng)同時(shí)做好棄碴場(chǎng)支擋工程等的變形監(jiān)測(cè)和預(yù)警工作。