深圳市水径余泥渣土受纳场边坡监测与稳定性分析——以深圳市水径余泥渣土受纳场边坡为例

方建锋

（深圳市城市废物处置中心广东深圳518028）

深圳市水径余泥渣土受纳场边坡监测与稳定性分析——以深圳市水径余泥渣土受纳场边坡为例

方建锋

（深圳市城市废物处置中心广东深圳518028）

以深圳市水径余泥渣土受纳场边坡为例，采用深层位移监测和GEO-SLOPE稳定性计算相结合的方法，对边坡稳定性以及监测数据分析后表明：采用圆滑滑动法计算的一般工况安全系数都大于1.35，地震工况大于1.15，边坡处于稳定状态。边坡位移变化整体呈现前期速度较快，后期位移速度逐渐趋缓，最终处于相对稳定状态，且累计位移都在10mm以内。

余泥渣土受纳场；边坡监测；稳定性分析

1　前言

近3年来深圳市每年产生约3600×104m3的余泥渣土。处理数量如此巨大的余泥渣土对深圳市来说是个极为棘手的问题。目前，大部分余泥渣土运往渣土受纳场，形成人工填筑边坡[1]。而滑坡的形成与岩土体本身特性及坡体结构密切相关，对于人工填筑边坡，通过合理的设计与施工可以确保坡体结构良好，但坡体填料一般以杂填土和素填土为主，填筑料的物理力学性质差、不均匀性程度高，难以密实，导致边坡岩土体性能较差，特别是在地震活动、长期的地下水不利作用及暴雨诱发等情况下，更容易产生滑坡现象[2][3]。

深圳现在有138座渣土受纳场。2015年12月20日，光明新区红坳余泥渣土临时受纳场发生滑坡事故，失联和遇难人数达77人。为预防类似工程事故的发生，本文通过边坡安全系数计算以及动态监测，对深圳市水径余泥渣土受纳场边坡进行稳定性分析。同时，此方法可以推广到类似工程，从而更有效的确保人工填筑边坡的安全。

2　项目概况

2.1工程概况

深圳市水径余泥渣土受纳场位于布吉水径村东侧山地，清平高速公路的西侧，总占地面积约26×104m2，地形呈南北长东西窄的带状，分为南北两个区域进行填埋建筑垃圾，设计总堆填高度：北区标高165m～215m，最高堆高50m；南区标高135m～215m，最高堆高80m，每10m分层设置一级台阶，每级边坡设计坡率1：2.5，两级边坡之间设置平台，台阶宽度为5m，受纳场设计最大容积约487×104m3。

场区设有三处挡土坝：沿清平快速一侧南区1号坝长约299m，坝顶标高135m；北区2号坝长约458m，坝顶标高165m；南区西南角3号挡土坝长21.2m，高10m。挡土坝结构形式为均质土坝，坝形为梯形，坝体内外放坡均为1:2.5，坝脚设有排水棱体，土坝外面采用人字形骨架植草绿化。

2.2地质情况

勘察场地原始地貌属低丘陵-低山地貌，经过采石场长期开采，山体原始地貌已有比较大的改观，南侧及北侧土坝段（1-3号断面）坡底标高约124.0m，坡顶标高约175.0m～182.0m，分3～6阶放坡；最北侧（4号断面）坡底约170.0 m左右，坡顶196.0m左右，为一阶放坡。

根据野外踏勘及钻探揭露，坡体内分布的主要为新近人工填土层，下伏及坡底地层为第四系残积层及燕山期花岗岩。人工填土包括杂填土和素填土，杂填土是组成坡体的主要土层，杂色，主要由建筑垃圾组成，成份为混凝土块、砖块，砂砾、石粉渣等，混含约20%～30%的粘性土及少量生活垃圾，松散-稍密。第四系残积层以砾质粘性土为主，形成于第四纪晚更新世及以前，褐红色、黄褐色，系花岗岩风化残积而成，除石英颗粒外其余矿物均已风化成土，大于2mm石英颗粒超过20%，呈可塑-硬塑状态。燕山期花岗岩主要成分为长石、石英、黑云母等，含其它暗色蚀变矿物，中粗粒花岗结构，致密块状构造。勘察揭露全风化、中风化带。

3　边坡稳定性分析

3.1分析断面

根据水径余泥渣土填埋场边坡结构形式，以及山脊线走向，在重要的边坡地段布设10个地质钻孔，共形成3个地质剖面，根据勘探的结果进行现状边坡的稳定性分析。地质剖面平面布置图如图1、图2所示，断面如图3、图4、图5所示。

图2　北区2-2’和3-3’断面位置图

3.1.11-1’断面

图3　计算断面（1-1’断面）

3.1.22-2’断面

图4　计算断面（2-2’断面）

3.1.33-3’断面

图5　计算断面（3-3’断面）

3.2分析工况及计算参数

边坡在不同工况条件下，其安全系数也不同。一般在自然工况下，边坡的安全系数较高，是较稳定工况；而在饱水情况下，边坡岩土体强度降低，往往是安全不利工况，如在暴雨作用下，导致岩土体处于饱和状态，尤其对于填土边坡，由于强度降低，往往出现滑坡等地质灾害；在地震作用下，地震力对边坡的稳定性造成很大影响，地震也是对边坡稳定性不利的重要因素。因此，本次分析考虑在自然状态下、饱水状态和地震影响三种工况下边坡的稳定系数。计算参数如表1所示。

表1　边坡计算参数

3.3计算结果分析

采用边坡稳定性计算专业软件GEO-SLOPE进行计算，该软件是国内外岩土工程界广泛使用的边坡稳定性二维分析计算软件。分析方法采用最常用的极限平衡法。极限平衡法是当前国内外应用最广的边坡稳定性分析方法[4]。它是在已知滑动面上对边坡进行静力平衡计算，从而求出边坡稳定安全系数。当滑移面为一简单平面时，静力平衡计算可采用解析法计算；当滑移面为圆弧、对数螺线、折线或任意曲线时，通常采用条分法求解。由于采用条分法时，边坡为一超静定问题，需要对某些位置条件进行假定，因此又分为非严格条分法和严格条分法。非严格条分法通常是假定条间力的方向[5]，如瑞典法、简化Bishop法、简化Janbu法等；严格条分法同样需要进行一定的假定，在假定合理的条件下解答十分接近准确，如Morgenstern-Price法、Spencer法、Janbu法等。

表2　现状边坡安全系数计算结果

通过GEO-SLOPE软件计算得到边坡安全系数如表所示，1-1’～3-3’断面水径余泥渣土受纳场边坡安全稳定系数在自然状态、饱水状态和地震状态下，采用圆滑滑动法计算的一般工况安全系数都大于1.35，地震工况K>1.15，故边坡处于稳定状态[6]。

4　边坡动态监测

4.1边坡监测方法

本项目为了对边坡的实效特性进行相关研究，掌握崩塌，滑坡的变形特征及规律，预测、预报可能发生滑坡的边界条件、规模、方向、方式、时间等，检验、评价边坡加固处置措施的效果，获取边坡防护技术及加固措施研究的相应数据及参数[7]。埋设了7个测斜孔，对边坡深层位移进行监测。

图6　现场边坡与测斜监测孔

4.1.1监测仪器原理

倾斜监测是用测斜仪每隔一定时间逐段测量钻孔的斜率，从而获得岩土体内部位移及其随时间变化的原位观测方法。监测系统由两大部分组成：（1）仪器系统：由传感器探头、有深度标记的承重电缆和读数显示仪组成。（2）测斜导管：垂直埋设在需要监测部位的岩土体里面，并与岩土体连成一体，导管内壁有互成90°的两对凹槽，以便探头的滑轮能上下滑动并起定位作用。如果岩土体产生位移，导管将随岩体一起变形。观测时，探头由导轮引导，用电缆垂向悬吊在测斜管内沿凹槽滑行。当探头以一定间距在导管内逐段测量时，传感元件将每次测得钻孔与垂线的夹角转换成电讯号传输到读数仪测出。

图7　测斜管A方向和B方向叠加

4.1.2监测方法

测斜管带有互相垂直的十字槽，分别代表互相垂直的两个方向(A方向﹑B方向)。每点在互相垂直的两个方向正、反向各测一次，共测四次。根据监测A、B两个方向位移量，可求出合位移的大小与方向[8]。

4.2边坡监测结果及分析

测斜监测从2015年10月19日开始，由于初始值采集时水径余泥渣土场已经停止填筑，监测频率为1次/半个月至一个月，遇到恶劣天气以及监测异常情况加密监测。监测深层位移变化方向如图7所示，深层位移曲线图如下：

图8　水径余泥渣土受纳场边坡位移方向图

图9　CX1深层位移曲线图

图10　CX2深层位移曲线图

图11　CX3深层位移曲线图

图12　CX4深层位移曲线图

图13　CX5深层位移曲线图

图14　CX6深层位移曲线图

图15　CX7深层位移曲线图

在深层位移监测时，测斜管底部位于稳定地层，视为水平位移为零，累积位移即各点相对于孔底位移的累积值，根据位移变形，可推测滑动面深度、位移大小及位移速率。

对7个测斜孔共进行了18次监测，其中最大变形量发生在CX5监测点的管口位置，为2016年4月5日监测值9.30mm，最大变形速率为0.30mm/d。通过对7个测斜监测数据分析发现，前期监测位移速率较大，后期位移速率逐渐趋缓，边坡整体处于稳定状态。以CX5为例，2015年10月19日至2015年12月12日，管口位移变化量7.32mm，而2015年12月12日至2016年4月11日，管口位移变化量仅1.72mm，说明土体变形逐渐趋于收敛。

通过对CX4监测点数据分析发现，2015年12月12日开始，测斜管口以下20m深度位置坡体位移速度较快，存在滑动面，但由于滑动面较深，上部土体填筑密实，CX4监测点管口累计位移量较小，收敛速度快，说明目前边坡整体处于缓慢变形状态。

5　结语

本文以深圳市水径余泥渣土受纳场边坡为例，采用深层位移监测和GEO-SLOPE稳定性计算相结合的方法，对边坡稳定性以及监测数据分析后表明：（1）采用圆滑滑动法计算的一般工况安全系数都大于1.35，地震工况大于1.15，故边坡处于稳定状态。（2）边坡位移整体呈现前期速度较快，后期位移速度逐渐趋缓，且累计位移都在10mm以内，边坡处于相对稳定状态，与数值计算结果相吻合。作者认为，本文采用数值计算与现场动态监测相结合的方法，对于类似人工填土边坡稳定性分析，具有很强的借鉴意义。（3）深圳市水径余泥渣土填筑边坡CX4位置地表以下20m存在局部滑动面，但由于上部土体填筑密实，坡脚、坡面已做好土坝和骨架植草绿化，边坡坡率较小，最终CX4监测点管口累计位移量较小，土体变形收敛速度较快。

[1]蔡永红.深圳水径余泥渣土受纳场设计研究[J].城市道桥与防洪,2011(10):152-156.

[2]杨威.郴宁高速公路万华岩边坡监测与稳定性评价方法研究[D].中南大学,2013.

[3]尚文涛,郭国和,王震.土质高边坡安全监测及稳定性分析[J].重庆交通大学学报:自然科学版,2008,27(B11):956-959.

[4]龚晓楠.地基处理手册:第三版[M].中国建筑工业出版社, 2008.06.

[5]桩基手册[M].张雁,刘金波.中国建筑工业出版社,2009,11.

[6]建筑边坡工程技术规范（GB50330-2013）.中国建筑工业出版社,2002.

[7]鲍海涛.十天高速封家坝收费站高边坡监测与稳定性分析[D].长安大学,2013.

[8]王晓静.岩质路堑边坡施工监测及稳定性分析[J].测绘与空间地理信息,2015,38(7):66-68.

方建锋（1982—），男，广东省人，大学学历，学士，环境工程师，2005年毕业深圳大学工商企业管理专业，2011年毕业武汉大学法学专业，法学学士学位。现从事市政环境卫生工程建设、城市建筑垃圾受纳场的建设和日常管理、生活垃圾填埋场封场管理、城市生物质废物处置研究等技术工作。主要研究方向为：市政环境卫生工程建设与管理、城市生物质废物处置研究、城市建筑垃圾受纳场和城市生活垃圾卫生填埋技术与封场后管理。