某项目堆渣区安全性研究

孔军涛

（河南省水利勘测有限公司，河南 郑州 450003）

1 弃渣场工程概况

①弃渣场为填沟式堆渣，复耕后形成两级边坡，二级平台均呈圆弧状，一级平台宽约70 m，渣场顶部高出原地面约10 m，二级平台宽约80～88 m，渣场顶部高出原地面约20 m。②弃渣场一级坡，两侧地势较高，植被覆盖，边坡走向北偏西27°，与原冲沟走向一致，坡度较缓约为20°，下游无村庄。③弃渣场二级边坡，东、西两侧地势较高，植被覆盖，边坡走向北偏东20°，临空面坡度较陡约为40°，边坡西北侧局部为土与混凝土的混合物，渣料裸露，局部易发生水土流失。

2 弃渣场地形地貌与岩性特征

2.1 地形地貌

弃渣区原地形为两处沟壑，一级弃渣区所处沟壑，原沟底平均高程约130 m，两侧陡坡最大高程182 m，填渣后平均高程约142 m，量测成果表明该处沟壑已填平，仅在西南角形成高差10 m，坡度21°的缓坡。二级弃渣区所处沟壑，原沟底平均高程约142 m，两侧陡坡最大高程182 m，填渣后平均高程约162 m，与两侧陡坡仍存在一定的高差，并在顺沟偏南方向形成高差约20 m，坡度38～40°之间的陡坡，存在潜在的安全隐患，是本次渣场稳定性评价的重点分析区域。

2.2 弃渣场弃土主要物理力学指标

基于试验结果，统计渣料及原地基土的小值、均值及标准值，参考相关资料，考虑弃渣料的不均匀性和取样的代表性，渣场安全稳定性评价参数建议值表（略）。

3 弃渣场稳定性计算与分析

3.1 计算工况确定

3.1.1 弃渣场渗流场分析

①正常工况包括非常运用条件Ⅰ和非常运用条件Ⅱ；②经常发生工况包括连续降雨和地震荷载。其渗流场分析安全系数满足相关规范要求。

3.1.2 弃渣场整体稳定性分析

①正常工况包括非常运用条件Ⅰ和非常运用条件Ⅱ；②经常发生工况包括连续降雨和地震荷载。其整体稳定性安全系数满足相关规范要求。

3.1.3 计算断面选取弃渣场断面选取南北走向、坡度较陡的2个典型断面及一级边坡下游1个断面进行稳定性分析，断面参数详述如下：断面Ⅰ-Ⅰ，断面方位：NE20°；临空面坡度：40°；影响区域渣场下游为高速公路停车区。断面Ⅱ-Ⅱ，断面方位：NE20°；临空面坡度：38°；影响区域渣场下游为高速公路停车区。断面Ⅲ-Ⅲ，断面方位：NW30°；临空面坡度：21°；影响区域渣场下游为冲沟。

3.2 弃渣场稳定性分析

3.2.1 模型建立

根据测量成果和设计单位提供的施工图，将场区划分为3个断面。依据测量资料：断面Ⅰ二级坡高差21.10 m，二级坡最大坡度40°，该断面一级平台下游为高速停车区，地势抬高呈陡坎，因此断面Ⅰ稳定分析区域重点为二级边坡稳定性；断面Ⅱ二级坡高差约21 m，二级坡最大坡度38°，一级坡最大坡度10°，该断面坡下游为原冲沟，高差约2 m，因此断面Ⅱ稳定分析区域为边坡整体稳定性及二级边坡局部稳定性；断面Ⅲ总高程差约10 m，一级坡最大坡度20°，一级坡下游为原冲沟，因此断面Ⅲ稳定分析区域为一级边坡稳定性。

故分析断面Ⅰ及断面Ⅱ的稳定性时，选取断面Ⅰ长度200 m、深度50 m 范围内二级平台边坡作为稳定性分析区；断面Ⅱ长度220 m、深度50 m范围内二级平台及一级平台边坡作为稳定性分析区；断面Ⅲ长度110 m、深度35 m 范围内一级平台边坡作为稳定性分析区。

3.2.2 各种情况与参数选取

计算参数及对应工况表（略）。由于该渣场边坡地基坡度较缓，不存在地基稳定性问题，仅计算渣场边坡稳定性。

3.2.3 计算结果

3.2.3.1 断面Ⅰ渣场边坡安全稳定

①正常工况：根据计算模型，根据相关规范，采用Morgenstern-Price法（下同），断面Ⅰ渣场边坡稳定安全系数为1.79。②非常运用条件Ⅰ：结合当地实际，在现有的可靠实测资料里，采用72 h 降雨强度，降雨强度为8.14E-07 m/s。模型两侧、地下水位以下为定水头边界条件，地下水位以上按零流量边界处理；模型底面为不透水边界。③非常运用条件Ⅱ（地震荷载）：参考设计文件，场区地震动峰值加速度为0.15 g，抗震设防烈度为7 度，根据I 断面建立地震工况稳定同正常工况计算模型，参数设定时加入地震加速度，地震荷载作用下稳定性分析结果得出稳定安全系数为1.33。

3.2.3.2 断面Ⅱ渣场边坡安全稳定

①正常工况：弃渣场断面Ⅱ有2个平台及2个边坡，边坡稳定评价应开展整体、一级边坡及二级边坡稳定性计算，根据Ⅱ断面建立不同的计算模型。②非常运用条件Ⅰ（降雨）：结合当地实际，在现有的可靠实测资料里，采用72 h降雨强度，其他条件参考上文。③非常运用条件Ⅱ（地震荷载）：参考设计文件，采用正常工况计算模型，参数设定时加入地震加速度，该工况下分析结果是：该断面渣场整体边坡稳定安全系数为2.02，一级边坡稳定安全系数3.43，二级边坡稳定安全系数1.11。

3.2.3.3 断面Ⅲ渣场边坡安全稳定

①正常工况：弃渣场Ⅲ断面有1个平台及1个边坡，边坡稳定评价仅开展一级边坡稳定性计算，根据Ⅲ断面建立不同的计算模型，根据相关规范，采用Morgenstern-Price法，计算方法以下相同，计算表明正常工况下断面Ⅲ渣场一级边坡稳定安全系数2.56。②非常运用条件Ⅰ（降雨）：结合当地实际，在现有的可靠实测资料里，采用72 h降雨强度等参考上文。③非常运用条件Ⅱ（地震荷载）：场区地震动峰值加速度为0.15 g，抗震设防烈度为7度，根据Ⅲ断面建立地震工况稳定同正常工况计算模型，参数设定时加入地震加速度，地震荷载作用下稳定性分析结果为：计算表明地震工况下Ⅲ断面渣场一级边坡稳定安全系数1.70。

3.2.4 稳定性评价

依据上述计算结果表明：该弃渣场特别是坡度较陡的二级边坡危险性较大。弃渣场综合评价与建议见表1。

表1 弃渣场综合评价表

4 结论

①通过现场查勘与测绘，弃渣场为填沟式弃渣，下伏原地形线较为平缓，弃渣后形成2级平台与2级边坡，边坡间平台长度为70 m。一级边坡相对平缓，坡度约为21°，二级边坡较陡，最大坡度为40°，存在坍塌及滑移的潜在危险。②通过现场查勘、量测，弃渣场相对陡立边坡坡比为1:1.30，弃渣场分2 级弃渣，二级弃渣堆最大高度约21 m，弃渣场二级边坡西南侧混凝土裸露，植被发育较差，边坡存在局部冲刷与坍塌问题；渣场两侧陡坡近乎直立，强降雨条件下渣场汇水面积及汇水量较大，渣场的安全稳定性差。③现场和室内试验表明，弃渣场填料为低液限黏土，粉粒含量75%～86%，弃渣场土料及原地基土质为中等压缩的非自重湿陷性黄土，干密度为14.00～16.00 kN/m3，局部密实度不足。渗透系数最大值2.72×10-4cm/s，均值4.74×10-5cm/s，弃渣料及原地基土层含水率较大，饱和后凝聚力c下降72.60%，内摩擦角φ值下降2.70%。