渗流条件下弃渣场边坡的稳定性分析

崔振华

摘要：弃渣场作为公路、铁路、水利矿山以及隧道工程的附属建筑，其自身的稳定性对于隧道的使用安全具有十分重要的作用。为此，本文章通过Geo Studio软件中SEEP/W与SLOPE/W这两个模块来对不同工况下渗流场的稳定性进行深入的分析与研究，以此来进一步提升渗流条件下弃渣场边坡的稳定性，促进我国交通行业的可持续发展。

关键词：渗流条件；弃渣场；边坡稳定性；分析

在一般情况下，隧道弃渣场主要是由隧道开挖过程中产生的碎石与松散土体共同组成的，由于其具有一定的多孔隙、欠密实以及非饱和等多方面的结构特征，因此就极易引起滑坡等地质灾害，且会对施工单位以及周围居民的生命财产安全造成较大的威胁。为此，弃渣场等相关附属设施的稳定性在我国现阶段受到了社会个界人士的关注与重视。

一、工程概况

某弃渣场占用林地10121m2，弃渣方量大约为15.08万方，从2015年开始堆积弃渣，直到今天已经形成了一个长度为287 m，高度为42 m的人工边坡。该弃渣场所处的地理位置较为复杂，地貌类型为剥蚀中低山，地质构造为单斜构造，海拔高度在240～500 m之间，其岩层产状具体为345o∠45o，且无断层形迹，属于亚热带季风气候，全年降水量充沛。地下水类型主要为岩溶裂隙水与第四系孔隙潜水、岩溶裂隙水，且通过地下径流与大气降水进行补给。

二、渣场边坡的稳定性分析

（一）计算参数的选取

土体抗剪强度指标的具体选择可以直接影响到边坡的稳定性分析结果。这主要是因为弃渣结构较为松散，且无胶结，因此其在实际取样过程中就极易受到干扰。为此，在对强度指标进行选取时，不仅要开展现场原位剪切试验，同时也要进行室内大型直剪试验等一系列相关的试验辅助验证[1]。针对于部分松散，且黏性较低的堆积体，其内摩擦与天然休止角近似相等在我国现阶段已经得到了较为普遍认可，因此就可以通过休止角试验以来进一步验证剪切试验的结果

分析表1中的数據可知，室内大直剪试验得出的数据与原位直剪试验数据具有较大的出入。产生这一结果的主要原因就是在进行室内大直剪试验时，工作人员不仅充分考虑到了直剪仪与弃渣颗粒径的径比以及高径比的相关制约因素，同时也根据相关规范剔除了大粒径弃渣颗粒，或者是将其替换为小颗粒，为此，原本堆积体的形成过程中，骨架较小的颗粒并没有参与骨架作用，这就导致室内大直剪试验所得出的摩擦角，其角度要小于原位直剪试验结果；同时，随着参与骨架作用的细颗粒粒径的增加，其室内大直剪试验中的黏聚力就会大大提升。因此，针对粗粒土，其强度主要来源于摩擦力，并不是来源于非黏聚力。依据《工程地质手册》中的相关规定，在计算黏聚力时，通常情况下要按照0 kPa进行取值；休止角近似相在我国现阶段已经得到普遍认可[2]。针对于部分质量与含水率近似相等的同类型堆积体，其休止角均明显大于内摩擦角与滑动摩擦角。对本文章中的原位直剪试验结果进行对比能够进一步证实这种规律，通过数据之间的相互印证，可以进一步证明休止角与摩擦角数据的合理性。为此，原位直剪试验所得出的参数更加具备合理性，但这也不代表室内直剪试验所得出的数据都是错误的，由于该种试验是通过等量替换、粗粒部分剔除以及相似级配等多种方法来完成试验的，因此其具有一定的局限性。由于原位直剪仪对参与试样的尺寸要求较大，因此可以在最大程度上保留碎石土级配的特性，进一步弱化尺寸效应。

（二）计算结果

由于大部分弃渣堆积的结构较为松散，中局部稳定性滑动面主要以圆弧滑动为主，因此本文章在分析弃渣场稳定性时，要综合考虑原始地貌地形对弃渣场稳定性的影响。以沿原始地形的滑动形式为主，应用计算机自动搜索与人工优化的方式来选取出最佳的局部与整体滑动面[3]，如图1所示。由此可知，稳定性与渗流条件下的计算工况基本一致，本文章中的弃渣场所处位置的地震基本烈度为7度以下，依据相关规范不需要对其地震工况的稳定性实施计算。另外，要应用Bishop法与普遍条分法（Ordinary法），结合任意形状滑动面的Janbu法及Morgenstern-Price法来准确的计算边坡稳定性。

根据本文章中的相关研究结果显示，降雨对边坡稳定性所造成的影响主要表现在两个方面：一方面，雨水入渗会增加弃渣的自重[4]；另一方面，雨水入渗会软化弃渣，降低其强度。在降雨的开始阶段，弃渣所呈现出的状态为非饱和状态，在这种情况下，部分降雨会顺着坡面流走，部分降雨会入渗到坡体内部，湿润峰的发展仅停留在坡面相对较浅的范围之内；同时，随着降雨天气的持续，边坡稳定性受雨水的影响越来越大，且其安全系数在不断下降，当降雨停止后，雨水还会进一步向坡体内部持续入渗，此时，内部弃渣的水分就会不断增加，孔隙 水压力也就会相应增加，强度减弱，因此，会进一步降低边坡的稳定性[5]。在降雨后相对较长的一段时间，坡体内孔隙水压力会慢慢恢复到稳态渗流的状态，边坡稳定系数就会呈现出上升趋势。

根据表1 可知，由于上述几种方法都是将重力作为边坡破坏稳定性的主要驱动力，其在渗流计算的过程中可以得出，整体与局部稳定性的变化趋势相对较为类似，因此就不需要考虑上述方法的影响，且降雨本身对弃渣场边坡稳定性所造成的影响不是很大，且始终相对较为稳定。

结束语

总而言之，为了进一步提升渗流条件下弃渣场边坡的稳定性，本文章通过室内试验与数值计算来对不同工况下弃渣场的稳定性进行了科学的分析评价，并从相关数据可知，在降雨条件下对弃渣场稳定性进行计算时，只考虑降雨过程是无法得出准确结果的。同时，由于计算参数可以直接影响到边坡稳定性计算结果的准确性，因此就要对相关参数进行合理的对比与选择，这对弃渣场边坡的稳定性具有十分重要的作用与意义。

参考文献

[1]袁木，秦光辉，张伟锋.降雨条件下水电站弃渣场边坡渗流特性及其稳定性分析[J].东北水利水电，2018，36（9）：40-44.

[2]毛雪松，宋玉品，吴谦，等.渗流条件下弃渣场边坡的稳定性分析[J].兰州理工大学学报，2018，44（2）：139-143.

[3]吴志斌，王陈琦，曾江波，等.不同降雨强度下渣土受纳场边坡地下水渗流和稳定性的数值模拟分析[J].安全与环境工程，2017，24（4）：148-153.

[4]宋玉品.考虑降雨条件下弃渣场边坡渗流与稳定性分析[J].福建质量管理，2017，（24）：192.

[5]陈武.山区高速公路弃渣场边坡渗流及稳定性分析[J].公路与汽运，2018，（4）：71-74，141.

（作者单位：浙江华东建设工程有限公司）