强降雨条件下某弃土场边坡稳定性研究

李 智

(中国地质大学(武汉)，湖北 武汉 430074)

0 引言

在山区铁路工程建设施工中，不可避免的要设置大量的弃土场来满足弃土处置的需要。由于弃土场是靠自重压实的人工堆积体，往往结构松散，孔隙率高，降水入渗快，处于欠固结状态[1]。戚蓝，王守甲等[2]基于饱和—非饱和渗流理论和三维模拟技术，以天津“720大暴雨”为典型，探讨了降雨强度和降雨类型对边坡滑移特征时空分布规律的影响。袁伟涛[3]利用Geo Studio对降雨入渗路基湿度场演变过程进行模拟试验分析。

该文以深茂铁路某弃土场边坡为例，在野外勘察、室内试验的基础上，用数值模拟方法对比分析降雨前和降雨后边坡内部渗流场和稳定性系数的变化规律。

1 工程概况

1.1 弃土场基本特征

广东省台山市深茂铁路某弃土场，地处剥蚀丘陵区及山间谷地，地势较起伏，自然坡度20°～30°，最大高差约15 m，弃土方量约8.9万m3。弃土来源于正线路堑挖方，成分以粉质黏土夹碎石为主，碎石粒径1 cm～5 cm，局部有花岗岩块石，块石粒径6 cm～10 cm，欠固结。

1.2 数值模型的建立

根据弃土体的堆高、坡率、平台、排水等情况，结合弃土场原地形、周边敏感点重要性等，选择最不利剖面，构建数值分析模型。

本次计算参数根据试验数据及工程类比法和经验值综合考虑选取。弃土体及基底地层物理力学参数详见表1。

2 弃土场稳定性分析

应用Geostudio软件中的Seep模块来模拟分析弃土边坡在不同降雨工况下的渗流特征。在不同降雨工况条件下，分析降雨过程中随时间变化时弃土边坡内部的渗流特征，用Slope模块来进行稳定性分析。

2.1 模拟工况

选取以下四种降雨工况进行弃土场的稳定性分析(见表2)。

表2 降雨工况

2.2 边坡渗流特征分析

利用Geostudio中的Seep/W模块对暴雨工况下弃土场边坡内部孔隙水压力的变化规律进行探讨。

2.2.1天然状态

天然状态下模型边坡的孔隙水压力分布情况如图1所示。

从图1可以看出，受原始地下水位的影响，边坡内部孔隙水压力分布较为规律，水位线以下孔隙水压力为正值，并依次增大，最大超过了250 kPa；水位线以上孔隙水压力为负值，也是基质吸力存在的原因，且绝对值依次增大，基质吸力的存在对边坡内岩土体的渗透系数有很大的影响。

2.2.2降雨结束

从工况一到工况四，随着降雨时长的增加，雨水的入渗量越来越大，边坡的负孔隙水压力区逐渐减小，即边坡的基质吸力在不断减小。分析造成这种情况的原因可能是：工况一降雨强度大但持时短，雨水流失情况较严重，故雨水入渗量较小；工况四降雨强度小但持时长，雨水充分入渗。

2.3 降雨工况边坡稳定性

在降雨工况下三种方法计算得到弃土体边坡稳定安全系数结果及所处状态如表3所示。

表3 暴雨工况弃土体边坡稳定性结果

模拟结果显示，在暴雨工况下，连续降雨1 h时，用3种不同的计算方法(即Ordinary,Bishop和M-P方法)得到的边坡安全系数最小值1.071。同样，连续降雨6 h时，边坡安全系数最小值分别为1.069；连续降雨24 h时，边坡安全系数最小值为1.058;连续降雨72 h时，边坡安全系数最小值为1.031。参照稳定性控制标准及弃土场现状，该剖面的稳定性不满足要求。

3 结语

1)利用Geostudio中的Seep/W模块研究不同暴雨条件下该弃土场边坡渗流特征，结果显示随着降雨时长的增加，雨水的入渗量越来越大，边坡的负孔隙水压力区逐渐减小。

2)以渗流分析结果为基础，利用Geo-Studio中Slope/W模块，对该弃土场边坡稳定性进行探讨。结果显示：暴雨条件下，边坡剖面安全系数最小值为1.031，剖面的稳定性不满足要求。