废弃渣场边坡稳定性分析

建筑工程 Architectural Engineering
1 边坡稳定性计算方案
1.1 计算工况
采用100年暴雨重现期进行边坡稳定性分析。

因此，根据弃渣场实际特点，重点针对水文条件，分别对不同工况下的弃渣场边坡稳定性进行计算分析。

表1 计算工况
序号工况工况说明
1正常工况考虑地下水不考虑降雨入渗
2降水工况a 考虑地下水和降雨入渗（100年一遇的暴雨），降雨结束后
3降水工况b 考虑地下水和降雨入渗（100年一遇的暴雨），降雨结束后一段时间
1.2 计算方法
计算边坡稳定的方法有很多，但是本文采用极限平衡法，其中有以下方法：圆弧法，圆弧滑动面的Bishop法，考虑任意形状滑动面的Janbu法、Morgenstern-Price法等计算方法。

相关计算方法有相关论文详述。

1.3 计算模型与参数
根据非饱和土的抗剪强度公式和非饱和土的莫尔-库仑误差包络面，土的抗剪强度与基质吸力无关，而是与基质吸力速率有关，即基质吸力不是线性的。

非饱和土的锐度随含水量的变化，土体中水占有量含的变化对非饱和土的总粘聚力影响显著，而对内摩擦角影响相对较小。

非饱和土的强度变化主要由于基质吸力的变化并引起
的变化。

图1 非饱和土摩尔-库仑破坏包面
2 初始边坡稳定性分析
2.1 初始剖面
在正常工况条件下，弃土场边坡的安全系数约在1.2
左右，尽管从理论上分析弃土场边坡不会滑动，但是各方
法计算的安全系数均小于规范所规定的边坡允许安全系数
1.25，因此，目前弃土场边坡的安全系数储备不足，综
合判断弃土场边坡在正常工况条件下处于不稳定状态。

而
且，现场调研发现弃土场边坡局部失稳或坡面冲沟等灾害
也验证了这一点。

因此，当降雨强度很大时，当降雨刚结束时，部分雨
水沿坡面流走，部分水入渗至坡内，坡体内孔隙水压力发
生变化，降雨入渗对边坡稳定性产生一定的影响。

降雨停
止后，汇集的雨水继续向边坡深部入渗，较深部的岩土孔
隙水压力发生变化，含水率提高，强度软化，造成边坡稳
定性略有降低。

总体说来，综合考虑边坡强度、渗透特性
与区域降水特征，边坡在不同工况下处于不稳定的状态。

2.2 初始边坡沿原地面滑移稳定性
由于弃渣与原状土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，界废弃渣场边坡稳定性分析
何朋飞
（安徽理工大学土木建筑学院，安徽 淮南 232001）
摘 要：通过实地勘探、查阅相关资料、以及近一百年的降水情况等研究废弃渣场的边坡在降水作用下的稳定性。

并通过边坡稳定性计算方案、初始边坡稳定性分析、边坡渗流分析、设计边坡稳定性来论述废弃渣场稳定性。

关键词：废弃渣场；稳定性；降水；边坡
[作者简介] 何朋飞（1994- ），男，汉族，江苏徐州人，硕士生，
主要从事岩土工程方面研究。

DOI:10.16141/ki.1671-8089.2020.04.021
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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，可能沿原地面产生折线型滑坡。

考虑粘聚力折减至实际值的一半，地下水位位于原地面以上，界面完全浸水的工况，采用适合于折线型滑面的Morgenstern-Price法，对弃渣场典型剖面潜在的沿原地面折线型滑动面进行稳定性分析，经过滑面搜索，弃渣场边坡稳定安全系数为2.051-2.346，大于规范所规定值，因此，弃渣场边坡沿原地面滑移稳定性满足要求。

3 设计边坡渗流分析
由于原始边坡稳定性安全系数不满足规范标准，对碴场比那坡重新设计并进行渗流与稳定性计算。

3.1 设计剖面
在GeoStudio中建立计算模型。

弃渣填筑体分三层进行模拟，上部为填土，下部为原状岩土，中间为软弱夹层。

设计后的边坡模型见下图。

图2 剖面计算模型
3.2 设计剖面渗流分析
边坡初始含水率较低，土体保持着较大的基质吸力，当降雨强度大于土体的渗透能力时，在土体边坡内发现只含有小部分雨水，剩下的雨水顺着边坡的坡度留到其他地方大，在上述情况下，导致边坡内部的孔隙水压力在一定的值上下浮动且在边坡内部距离顶层很小的一部分产生湿润峰，因为这种状态存在的时间比较短，进入边坡内部的距离比较小。

当土体边坡的抵抗水进入的能力和降雨强度差不多时，在土体边坡的渗透系数低于降雨强度的地方，也会产生短暂的饱和区，随着湿润峰的前移，如果土体边坡的孔隙水压力增大，水的渗透能力也随之呈线性增长，上部土体的抗渗能力和入渗强度大致相等，浅层部分土体水的占有量渐渐稳定。

在降雨开始，地表点的基质吸力迅速降低；埋深越大，基质吸力开始降低的起始时间也明显滞后于降雨的起始时间。

在降雨发生时，地表土体由于降雨导致基质吸力明显下降，这样破坏了原有水力梯度的破坏，表层土体的水头远大于下部水头，驱使地表水向下部流动。

在流动的过程中，土体的含水量提高，基质吸力降低。

降雨强度越大，各节点的孔隙水压力变化越大，其影响的深度也越大。

4 设计边坡稳定性分析4.1 设计剖面
在正常工况条件下，弃渣场边坡安全系数均大于规范所规定的边坡允许安全系数，因此，弃渣场边坡在正常工况条件下处于稳定状态，稳定性较好，并具有一定的安全储备。

因此，当降雨强度很大时，当降雨刚结束时，部分雨水沿坡面流走，部分水入渗至坡内，坡体内孔隙水压力发生变化，降雨入渗对边坡稳定性产生一定的影响。

降雨停止后，汇集的雨水继续向边坡深部入渗，较深部的岩土孔隙水压力发生变化，含水率提高，强度软化，造成边坡稳定性略有降低。

总体说来，综合考虑边坡强度、渗透特性与区域降水特征，边坡在不同工况下处于不稳定的状态。

4.2 设计边坡沿原地面滑移稳定性
由于弃渣与原状土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，可能沿原地面产生折线型滑坡。

考虑粘聚力折减至实际值的一半，地下水位位于原地面以上，界面完全浸水的工况，采用适合于折线型滑面的Morgenstern-Price法，对弃渣场典型剖面潜在的沿原地面折线型滑动面进行稳定性分析，经过滑面搜索，弃渣场边坡稳定安全系数为1.777-1.948，大于规范所规定值，因此，弃渣场边坡沿原地面滑移稳定性满足要求。

参考文献：
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