抽蓄工程弃渣场稳定性计算现状及问题分析

柴建峰 王 珏

(国网新源控股有限公司技术中心,北京 100161)



抽蓄工程弃渣场稳定性计算现状及问题分析

柴建峰 王 珏

(国网新源控股有限公司技术中心,北京 100161)

通过现场踏勘和查阅弃渣场勘测设计资料，分析弃渣体稳定性计算现状及存在的问题，结果表明：商业通用软件采用“条分法”和“强度折减法”自动搜出的滑面形态及稳定性系数，和弃渣体实际变形破坏存在一定的差异，对潜在软弱滑面的界定和甄别有待于进一步研究；弃渣用于填坑和填塘时，有必要根据地形条件和堆渣填筑最大高度，综合判别进行稳定性计算。

抽蓄工程，弃渣场，稳定性，强度折减法

目前抽水蓄能电站弃渣场稳定性计算以SL 575—2012水利水电工程水土保持技术规范相关规定为准。抽水蓄能电站的上、下抽蓄专用库多在复杂地形地质条件下筑坝成库,加之输水发电系统等工程规模大，工程弃渣量较大，渣场容量多为百万立方米级别。抽蓄电站多位于电力负荷中心，人类活动也相对频繁，渣场在全寿命周期内的安全和稳定显得尤为重要。

SL 575—2012可利用强，指导实际工作效果好，但实际工程中难免存在理解上的偏差，导致稳定性计算结果和工程实践之间存有一定差别，如：1)设计资料中，多以弃渣体的c，φ作为输入条件，搜索潜在滑动面，较少考虑渣体沿着其他潜在软弱面滑动的可能。2)规范推荐的“极限平衡法”，对影响弃渣体破坏的变形参数关注较少。3)现有弃渣体稳定分析时，均假定整个滑面同时处于临界失稳状体，未考虑推移渐进式破坏，显然这和实际是有所差别的[1]。以下首先分析工作中接触的弃渣场稳定性计算资料，然后结合近期发生的工程事故，浅析弃渣场破坏后的滑面形态和破坏机理，虽然该事故为非水电工程，但其破坏形态具有一定代表性；最后探讨渣体稳定性计算时，应关注的问题。

1 现状及存在问题

从收集的数个抽水蓄能电站渣场设计来看，多有以下特点：

1)弃渣体c和φ取值差别较大，部分项目取值见表1和图1。虽然地域有异，但弃渣多为土石混合体，差别如此明显，值得进一步研究。

表1 部分项目强度参数(c，φ)一览表

项目φ/(°)c/kPaFS(圆弧法)FS(强度折减)FS(考虑原始坡面)A22180.950.900.76B38101.561.470.92C21150.890.830.74D28501.511.370.89E3501.221.170.90F3351.241.210.89G3301.131.080.88

2)多将渣体视为均匀体，未考虑弃渣体与原始地表面之间成为潜在软弱滑动面/带的可能，尤其是天然沟谷较陡的山谷型渣场。沟谷地表处理不当时，未剥离地表植被和粘性土等相对软弱层，在长期荷载和物理化学作用下淤泥化，甚至局部形成气囊带，可能会在弃渣体和原地表之间形成数个潜在软弱滑动带/层。

3)多未详细考虑填筑期稳定系数FS的动态变化和运营期的长期稳定性，弃渣场全寿命周期的稳定性研究有待于进一步加强。

4)采用规范法时，计算弃渣场稳定系数时，代表性断面的结果和后续工程处理措施往往不匹配，即设计文件中的工程处理措施多是针对原始地表，而非针对稳定性计算搜索中潜在滑动面。程序搜索出来的滑面多位于坡体浅部，滑动破坏范围一般较小。

现行SL 575—2012的10.5.4条明确要求[2]：“弃渣场抗滑稳定性计算可采用不计条块间作用力的瑞典圆弧法；对均匀渣体，宜采用考虑条块间作用力的简化毕肖普法；对有软弱夹层的弃渣场，宜采用满足力和力矩平衡的摩根斯顿—普赖斯法进行抗滑稳定性计算。”

以项目F地形地貌条件为基础，依次代入表1中不同项目的强度参数来探讨上述问题。项目F弃渣堆积高度约100 m，坡角28°，弃渣场所在沟谷具有15%的纵坡，折算坡度约8.5°。在渣体和原始地表之间设置0.5 m厚的软弱带，用以反映弃渣体沿着原有地表变形破坏这一潜在风险，软弱带的强度参数为φ=10°和c=10 kPa。FS和计算方法关系曲线见图2。

图3和图4为将弃渣体视为均质，不考虑原始地表弱化时，分别采用理正岩土软件中的“瑞典圆弧法”和数值分析的“强度折减法”[3]，均未考虑地震和地下水作用，程序自动搜索出的滑面。可见不同c，φ计算出来滑面位置差别很大，这将影响工程治理方案。

图5为考虑在弃渣体和原始地表之间存有软弱带/层时，采用强度折减法获得的滑面形态和FS。对比不难发现：如果不加区别的照搬规范相关条款，不考虑或者不重视其他潜在软弱夹层成为滑面的可能，是不合适和欠安全的。在工程实践中如何界定软弱夹层或者软弱面，值得进一步关注和研究。

2 重视弃渣用于填坑填塘时的稳定评价

当弃渣用于填坑或填塘时，如果弃渣填筑最大高度比坑、塘的边界高时，即便渣体堆放在凹陷、封闭条件较好的坑洼地区，只要存在相对低的出口，也可能出现失稳破坏，应给予足够重视。如2015年12月20日深圳光明新区渣土受纳场失稳事故，该弃渣场是利用山顶已有凹陷的采石场，就其自然条件来说，封闭条件好，只要前期设计、后期管理运营得当，在土地资源紧张的深圳，也不失为一个选择。

据事故后调查和补勘钻孔资料[4-6]，滑动破坏面极其平缓仅有4°左右，弃渣体稳定性和地下水抬升关系紧密，虽然该弃渣场堆积较为平缓，但地下水位一抬高，其稳定性大大降低。文献[7]称上述破坏模式为“泥垫托筏效应”，即在泥化地基、承压浮托、堆载堆挤和临空滑移等综合作用下形成“人造滑坡”。

这就提醒在弃渣场设计和防护中，当利用现有矿坑或者采石场弃渣时，即使弃渣场的封闭条件好且弃渣堆积坡度缓，但如果缺少有效的导排水系统，弃渣体在浸泡等作用下强度弱化，抗滑能力降低，最终也可能造成大规模的失稳破坏。

3 结论和建议

1)建议加强行业设计院之间的交流和资料共享。规模和影响较大的渣场，除了查阅相关手册和工程类比之外，尽可能采用试验等手段，综合确定渣体的物理力学指标。2)岩土工程领域通用软件自动搜索出来的滑面形态和稳定系数，和弃渣场实际破坏情况存有一定差距。规模和影响较大的弃渣场，应关注弃渣场的动态稳定性和长期稳定性。3)现有一些工程设计文件中不加区别的将弃渣场视为均质体、较少考虑其他可能软弱滑面/带，并据此进行弃渣场稳定性评价和设计的做法值得进一步商榷。4)弃渣用于填坑和填塘时，根据地形条件、水文地质条件和堆渣填筑最大高度等，综合判别其稳定性。

[1] 卢应发，黄学斌，刘德富.推移式滑坡渐进式破坏机制及稳定性[J].岩石力学与工程学报，2016,35(2):340-345.

[2] SL 575—2012，水利水电工程水土保持技术规范[S].

[3] 刘 波，韩彦辉.FLAC原理、实例与应用指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[4] http://blog.sciencenet.cn/blog-39317-945912.html.

[5] http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-945563.htm.

[6] Yueping Yin. Mechanism of the December 2015 Catastrophic Landslide at the Shenzhen Landfill and Controlling Geotechnical Risks of Urbanization[J]. Engineering，2016(2):1-15.

[7] 刘传正.深圳红坳弃土场滑坡灾难成因分析[J].中国地质灾害与防治学报,2016,27(1):1-5.

The current situation and problem on the stability calculation of residues disposal area in pumped storage project

Chai Jianfeng Wang Jue

(TechnologyCenter，StateGridXinyuanCompanyLtd,Beijing100161,China)

Based on the study of site survey, design data and related research results, the following article advises: using the method of “sweden circular slice method” and “strength reduction method”, the coefficient of stability and sliding surface by common commercial software do not well match to the actually deformation mechanism of abandoned dregs, based on the condition of terrain and maximum height of slag-dumping, to decide whether to evaluate the stability or not when the residues disposal is used for filling-in the pond or pit. These issues need for further attention and research.

pumped storage project, residues disposal area, stability, strength reduction method

1009-6825(2016)27-0046-02

2016-07-19

柴建峰(1977- )，男，博士，高级工程师，注册土木工程师(岩土)

TU413.62

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