某铁路弃碴场稳定性分析与评估

张恒阳

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063)

1 弃碴场概况

弃碴场地处福建省龙岩市新罗区莲滨公园东侧，翠屏山煤矿场区南侧，弃碴方量为45.35万m3，占地面积为69.33亩。弃碴堆弃于山谷中，弃碴场西侧出口处前缘堆高35.0 m～50.0 m，为4级～5级坡堆积，5级平台，综合坡率约1∶4.58～1∶4.65，坡脚设采用混凝土挡墙+抗滑桩支护。弃碴体以碎、块石为主，稍密～中密，粒径2 cm～20 cm不等，占比70%～75%；含少量砾石、砾砂、黏性土等，主要为粉砂岩、炭质粉砂岩，全～强风化碎块、黏性土等，质软，充填占比25%～30%。

2 自然条件

2.1 地形地貌

弃碴场区属剥蚀低山区山前缓坡，低山区地势起伏，相对高差150 m～200 m，地形陡峭，自然坡度25°～40°，植被茂密，多为密集树林，局部山坡及山顶辟为工厂、民房等。山谷区，冲沟发育，沟谷深切，多呈“V”字形，狭长条带状分布，谷底发育水沟，地形狭窄，多为荒地等。弃碴场临近市区及煤矿厂专用铁路及货场，人类活动频繁。

2.2 地层岩性

弃碴场基底地层主要为残坡积(Qel+dl)粉质黏土，下伏基岩为泥盆系(P1w)粉砂岩。场地地层分布如下：粉质黏土(Qel+dl)：灰黄色、棕红色，硬塑，含20%～30%砾石，厚2.0 m；泥盆系(P1w)粉砂岩全风化，灰黄色、紫红色，呈砂土状，厚约3.0 m～6.0 m；泥盆系(P1w)粉砂岩强风化，灰黄色、紫红色，呈碎块状。

2.3 水文

弃碴场位于小型山谷出口处，三面环山，上游发育两条冲沟，弃碴场上游山坡汇水面积为0.21 km2，流域范围内无水塘、水库等大型蓄水体；弃碴场所处山谷汇水面积不大，主要接受大气降水补给，季节性流水，地表水不发育。

地下水主要赋存于第四系黏性土层中的孔隙潜水和赋存于基岩风化裂隙中的基岩裂隙水，地下水主要接受大气降水及地表水补给，地下水不发育。

3 计算剖面、工况和相关参数的选取

3.1 计算剖面

该弃碴场堆弃于小型山谷中，三面环山，内宽外窄，西侧一平缓出口，其可能发生失稳的方向主要为沿弃碴场西侧出口处的滑动，选取通过西侧出口支挡处，且顺弃碴场基底坡面方向、弃碴场坡面最陡峭位置三个不同方向剖面A—A,B—B,C—C作为计算剖面进行稳定分析计算。剖面示意图如图1所示。

3.2 计算工况

查阅相关资料后得出弃碴场位于地震6度烈度区，可不考虑地震条件下对弃碴场稳定性的影响[1]。因此，对本弃碴场进行天然工况和暴雨工况两种工况下的稳定性计算分析。

3.3 参数选取

根据现场调查，该弃碴场弃碴体中上部以黏性土夹碎石为主，中下部以碎、块石为主，夹少量砾石、砾砂、黏性土等。弃碴体及基底地层物理力学参数通过工程地质类比、参数反演及经验值等方法综合考虑选取。采用的相关物理力学参数见表1。

4 稳定性计算分析

弃碴场的稳定性从两方面进行计算分析，弃碴体沿基底接触面滑动的整体稳定性分析和沿边坡内部滑动的局部稳定性分析。

4.1 整体稳定性分析

采用不平衡推力传递系数法[2]计算弃碴场的整体稳定性，利用相关软件分析计算A—A剖面、B—B剖面和C—C剖面在天然工况和暴雨工况下的稳定性，得到弃碴场整体稳定性系数见表2。

表1 相关物理力学参数表

表2 弃碴场整体稳定性计算结果表

由表2知：A—A,B—B和C—C剖面天然工况和暴雨工况下整体稳定性系数均大于安全系数控制标准值，属于稳定状态。综合表明弃碴场整体稳定性属稳定状态，弃碴场沿基底接触面发生整体滑移的可能性较小。

4.2 局部稳定性分析

根据极限平衡条分法理论[3]，运用Geo-Studio[4]中的SLOPE/W模块，利用毕肖普(Bishop)法和摩根斯坦—普赖斯(Morgenstern-Price)法(下称两种计算方法)对弃碴场的边坡稳定性进行计算分析。

1)天然工况。采用Geo-Studio的SLOPE/W模块搜索潜在的最危险滑面，计算弃碴场A—A，B—B和C—C剖面在天然工况下的稳定性。表3为天然工况下两种计算方法计算得到的弃碴场边坡稳定性系数结果。

表3 天然工况下弃碴场边坡稳定性计算结果表

2)暴雨工况。首先利用Geo-Studio的SEEP/W模块，依据暴雨工况(持续降雨1 h，6 h，24 h，72 h)，计算得到弃碴场暴雨工况下的渗流场分布[5]，然后利用Geo-Studio中的SLOPE/W模块搜索A—A,B—B和C—C剖面的最危险滑动面，再计算弃碴场边坡稳定性。用两种计算方法计算得到弃碴场在暴雨工况下的边坡稳定性系数结果如表4所示。

综上，由表3，表4可知，天然工况和暴雨工况下A—A,B—B,C—C剖面边坡属稳定状态。弃碴场边坡自稳性较好，不易失稳；在暴雨工况下，经雨水下渗，软化碴土体，弃碴场边坡仍能维持稳定状态。

表4 暴雨工况下弃碴场边坡稳定性计算结果表

5 结论及建议

5.1 结论

弃碴场整体稳定性：天然工况及暴雨工况下，弃碴场整体均属于稳定状态；表明弃碴场整体较稳定，弃碴场不易沿基底接触面发生整体滑动。

弃碴场局部稳定性：天然工况条件下及暴雨工况下，弃碴场边坡稳定性属稳定状态，弃碴场不易沿内部产生滑坡。

5.2 建议

经过计算及分析后虽然弃渣场整体和局部都处于稳定状态，但弃碴场边坡局部冲刷严重，建议修整边坡，合理控制坡高，坡率和平台宽度，内侧设截水沟，并顺接至主沟，坡面采用拱形截水骨架护坡+植草、乔灌结合绿化，弃碴场平台及顶面采用植草、乔灌结合绿化，防止表水冲刷，引发水土流失，并有效减少表水下渗给弃碴场稳定带来不利影响。鉴于弃碴场弃碴方量较大，应同时做好弃碴场支挡工程等的变形监测和预警工作。