考虑降雨条件下弃渣场边坡渗流与稳定性分析

(长安大学公路学院 陕西 西安 710064)

考虑降雨条件下弃渣场边坡渗流与稳定性分析

宋玉品

(长安大学公路学院陕西西安710064)

为了研究降雨对边坡渗流的稳定性影响，本文依托湖南某地一弃渣场工程，基于Geostudio软件研究了不同方法及降雨条件下弃渣场边坡的稳定性。结果表明：在降雨条件下，边坡的稳定性系数降低，当降雨停止后，边坡的稳定系数继续降低，持续一段时间后，边坡的稳定性系数才有所增大。

Geo studio软件；弃渣场边坡；稳定系数

一、引言

论文所依托的弃渣场是由开挖隧道而排出的松散土石混合料，其强度较低，在降雨条件下易产生滑坡，且影响范围很大。据统计弃渣场的资料显示[1]，当弃渣场的水解性岩石含量与粘土含量超过40%，台阶高度超过18m时，弃渣场将出现滑坡的概率会很大，且后果严重。弃渣场的合理堆放对周围的建筑物，及人类的生命生活安全也有重要的影响。

论文根据非饱和渗流分析理论，基于有限元软件Geo Studio中的SEEP/W和SLOPE/W模块，采用极限平衡法中的圆弧滑动法、考虑圆弧滑动面的Bishop法、考虑任意形状滑动面的Janbu法及Morgenstern-Price法等对弃渣场边坡在稳态及瞬态渗流条件下的稳定性进行分析。

二、弃渣场边坡基本参数

经现场调研分析发现，论文所依托的弃渣场堆积在坡度约为40°的岩质边坡上，坡高37m，坡面水平投影长度为56m。经调研发现坡面已进行了复垦处理，但植被稀疏，坡面有积水存在，排水设施不完善，在弃渣体下方建有挡墙。该弃渣体边坡目前处于稳定状态。

(一)计算模型及网格划分

选取弃渣场边坡某一典型剖面进行分析，建立计算模型。为保证计算结果的准确性，区域单元格的划分主要采用三角形和四边形，共有4852个节点，4743个单元，单元格大小为2m，如图1。

图1 弃渣场计算模型及网格划分

(二)边界条件及参数选取

渗流计算中，考虑降雨入渗作用下的边坡渗流场变化规律，边界条件选取如下:

1)坡表面为入渗边界，取为流量边界，考虑到降雨入渗随着岩土入渗能力的变化而改变，当降雨强度小于岩土体表层入渗能力时，入渗速度即为降雨强度，此时边界条件为流量边界。

2)模型两侧在地下水位以下的边界按水头边界处理，地下水位以上的边界为零流量边界，模型底面假设为不透水边界。

所用材料模型为Mohr-Coulomb模型。根据现场试样的物理力学参数试验结果，选取模型的计算参数如表1所示。

表1 岩土材料参数

三、弃渣场边坡稳定性分析

由于弃渣与基岩的物理力学性质存在差异，弃渣与原地基刚度不一，在接触面存在界面效应，如若浸水，界面软化形成软弱层，当弃渣与原地基接触面之间的摩擦强度小于弃渣内部的抗剪强度时，可能沿原地面产生滑动，因此在进行边坡的稳定性分析时仅考虑弃渣场边坡的整体稳定性。

图2 稳定系数与时间变化曲线

由图2可以得出，当降雨刚结束时，大部分雨水沿坡面流走，坡体内孔隙水压力变化很小且湿润峰发展仅仅处于坡面很浅的范围，由于历时较短，入渗深度浅，降雨入渗对边坡稳定性的影响不显著。降雨停止后，雨水继续向边坡内部入渗，内部土体含水率增加，孔隙水压力随之增加，强度减小，造成边坡稳定性降低。48h后，边坡的稳定性系数才有所增大。

四、结论

结合湖南某弃渣场边坡的实地调研情况，基于Geostudio软件中的SEEP/W和SLOPE/W模块，运用非饱和渗透理论对该弃渣场边坡的渗流场及稳定性进行分析，得到以下结论：

(1)本文运用数值分析方法，结合边坡稳定性分析的四种方法，得出在降雨条件下，边坡的稳定性系数降低，当降雨停止后一段时间，稳定性系数继续降低，持续一段时间后，边坡的稳定性系数才会增大。

(2)由以上分析可知，在实际工程中，应充分考虑到降雨入渗对弃渣场边坡的稳定性影响，要对高陡的弃渣场边坡及时进行防护，做好引排水设施。

[1]王莉. 露天矿大型排土场稳定性及安全控制关键技术研究[D].北京科技大学,2015.

[2]张蕾,陈力华,王平,陈进,曾祥蓉. 弃渣和路堤填筑对古滑坡体稳定性的影响[J]. 地下空间与工程学报,2010,S2:1602-1609.

[3]顾育国. 溪洛渡坝区杨家沟渣场稳定性分析与侵蚀研究[D].西南交通大学,2010.

宋玉品(1992.05-)，女，汉族，河南洛阳，长安大学，研究生，防灾减灾。