某項目堆渣區(qū)安全性研究

孔軍濤

（河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450003）

1 棄渣場工程概況

①棄渣場為填溝式堆渣，復(fù)耕后形成兩級邊坡，二級平臺均呈圓弧狀，一級平臺寬約70 m，渣場頂部高出原地面約10 m，二級平臺寬約80～88 m，渣場頂部高出原地面約20 m。②棄渣場一級坡，兩側(cè)地勢較高，植被覆蓋，邊坡走向北偏西27°，與原沖溝走向一致，坡度較緩約為20°，下游無村莊。③棄渣場二級邊坡，東、西兩側(cè)地勢較高，植被覆蓋，邊坡走向北偏東20°，臨空面坡度較陡約為40°，邊坡西北側(cè)局部為土與混凝土的混合物，渣料裸露，局部易發(fā)生水土流失。

2 棄渣場地形地貌與巖性特征

2.1 地形地貌

棄渣區(qū)原地形為兩處溝壑，一級棄渣區(qū)所處溝壑，原溝底平均高程約130 m，兩側(cè)陡坡最大高程182 m，填渣后平均高程約142 m，量測成果表明該處溝壑已填平，僅在西南角形成高差10 m，坡度21°的緩坡。二級棄渣區(qū)所處溝壑，原溝底平均高程約142 m，兩側(cè)陡坡最大高程182 m，填渣后平均高程約162 m，與兩側(cè)陡坡仍存在一定的高差，并在順溝偏南方向形成高差約20 m，坡度38～40°之間的陡坡，存在潛在的安全隱患，是本次渣場穩(wěn)定性評價的重點分析區(qū)域。

2.2 棄渣場棄土主要物理力學(xué)指標

基于試驗結(jié)果，統(tǒng)計渣料及原地基土的小值、均值及標準值，參考相關(guān)資料，考慮棄渣料的不均勻性和取樣的代表性，渣場安全穩(wěn)定性評價參數(shù)建議值表（略）。

3 棄渣場穩(wěn)定性計算與分析

3.1 計算工況確定

3.1.1 棄渣場滲流場分析

①正常工況包括非常運用條件Ⅰ和非常運用條件Ⅱ；②經(jīng)常發(fā)生工況包括連續(xù)降雨和地震荷載。其滲流場分析安全系數(shù)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3.1.2 棄渣場整體穩(wěn)定性分析

①正常工況包括非常運用條件Ⅰ和非常運用條件Ⅱ；②經(jīng)常發(fā)生工況包括連續(xù)降雨和地震荷載。其整體穩(wěn)定性安全系數(shù)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3.1.3 計算斷面選取棄渣場斷面選取南北走向、坡度較陡的2個典型斷面及一級邊坡下游1個斷面進行穩(wěn)定性分析，斷面參數(shù)詳述如下：斷面Ⅰ-Ⅰ，斷面方位：NE20°；臨空面坡度：40°；影響區(qū)域渣場下游為高速公路停車區(qū)。斷面Ⅱ-Ⅱ，斷面方位：NE20°；臨空面坡度：38°；影響區(qū)域渣場下游為高速公路停車區(qū)。斷面Ⅲ-Ⅲ，斷面方位：NW30°；臨空面坡度：21°；影響區(qū)域渣場下游為沖溝。

3.2 棄渣場穩(wěn)定性分析

3.2.1 模型建立

根據(jù)測量成果和設(shè)計單位提供的施工圖，將場區(qū)劃分為3個斷面。依據(jù)測量資料：斷面Ⅰ二級坡高差21.10 m，二級坡最大坡度40°，該斷面一級平臺下游為高速停車區(qū)，地勢抬高呈陡坎，因此斷面Ⅰ穩(wěn)定分析區(qū)域重點為二級邊坡穩(wěn)定性；斷面Ⅱ二級坡高差約21 m，二級坡最大坡度38°，一級坡最大坡度10°，該斷面坡下游為原沖溝，高差約2 m，因此斷面Ⅱ穩(wěn)定分析區(qū)域為邊坡整體穩(wěn)定性及二級邊坡局部穩(wěn)定性；斷面Ⅲ總高程差約10 m，一級坡最大坡度20°，一級坡下游為原沖溝，因此斷面Ⅲ穩(wěn)定分析區(qū)域為一級邊坡穩(wěn)定性。

故分析斷面Ⅰ及斷面Ⅱ的穩(wěn)定性時，選取斷面Ⅰ長度200 m、深度50 m 范圍內(nèi)二級平臺邊坡作為穩(wěn)定性分析區(qū)；斷面Ⅱ長度220 m、深度50 m范圍內(nèi)二級平臺及一級平臺邊坡作為穩(wěn)定性分析區(qū)；斷面Ⅲ長度110 m、深度35 m 范圍內(nèi)一級平臺邊坡作為穩(wěn)定性分析區(qū)。

3.2.2 各種情況與參數(shù)選取

計算參數(shù)及對應(yīng)工況表（略）。由于該渣場邊坡地基坡度較緩，不存在地基穩(wěn)定性問題，僅計算渣場邊坡穩(wěn)定性。

3.2.3 計算結(jié)果

3.2.3.1 斷面Ⅰ渣場邊坡安全穩(wěn)定

①正常工況：根據(jù)計算模型，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，采用Morgenstern-Price法（下同），斷面Ⅰ渣場邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.79。②非常運用條件Ⅰ：結(jié)合當?shù)貙嶋H，在現(xiàn)有的可靠實測資料里，采用72 h 降雨強度，降雨強度為8.14E-07 m/s。模型兩側(cè)、地下水位以下為定水頭邊界條件，地下水位以上按零流量邊界處理；模型底面為不透水邊界。③非常運用條件Ⅱ（地震荷載）：參考設(shè)計文件，場區(qū)地震動峰值加速度為0.15 g，抗震設(shè)防烈度為7 度，根據(jù)I 斷面建立地震工況穩(wěn)定同正常工況計算模型，參數(shù)設(shè)定時加入地震加速度，地震荷載作用下穩(wěn)定性分析結(jié)果得出穩(wěn)定安全系數(shù)為1.33。

3.2.3.2 斷面Ⅱ渣場邊坡安全穩(wěn)定

①正常工況：棄渣場斷面Ⅱ有2個平臺及2個邊坡，邊坡穩(wěn)定評價應(yīng)開展整體、一級邊坡及二級邊坡穩(wěn)定性計算，根據(jù)Ⅱ斷面建立不同的計算模型。②非常運用條件Ⅰ（降雨）：結(jié)合當?shù)貙嶋H，在現(xiàn)有的可靠實測資料里，采用72 h降雨強度，其他條件參考上文。③非常運用條件Ⅱ（地震荷載）：參考設(shè)計文件，采用正常工況計算模型，參數(shù)設(shè)定時加入地震加速度，該工況下分析結(jié)果是：該斷面渣場整體邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為2.02，一級邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)3.43，二級邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.11。

3.2.3.3 斷面Ⅲ渣場邊坡安全穩(wěn)定

①正常工況：棄渣場Ⅲ斷面有1個平臺及1個邊坡，邊坡穩(wěn)定評價僅開展一級邊坡穩(wěn)定性計算，根據(jù)Ⅲ斷面建立不同的計算模型，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，采用Morgenstern-Price法，計算方法以下相同，計算表明正常工況下斷面Ⅲ渣場一級邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)2.56。②非常運用條件Ⅰ（降雨）：結(jié)合當?shù)貙嶋H，在現(xiàn)有的可靠實測資料里，采用72 h降雨強度等參考上文。③非常運用條件Ⅱ（地震荷載）：場區(qū)地震動峰值加速度為0.15 g，抗震設(shè)防烈度為7度，根據(jù)Ⅲ斷面建立地震工況穩(wěn)定同正常工況計算模型，參數(shù)設(shè)定時加入地震加速度，地震荷載作用下穩(wěn)定性分析結(jié)果為：計算表明地震工況下Ⅲ斷面渣場一級邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.70。

3.2.4 穩(wěn)定性評價

依據(jù)上述計算結(jié)果表明：該棄渣場特別是坡度較陡的二級邊坡危險性較大。棄渣場綜合評價與建議見表1。

表1 棄渣場綜合評價表

4 結(jié)論

①通過現(xiàn)場查勘與測繪，棄渣場為填溝式棄渣，下伏原地形線較為平緩，棄渣后形成2級平臺與2級邊坡，邊坡間平臺長度為70 m。一級邊坡相對平緩，坡度約為21°，二級邊坡較陡，最大坡度為40°，存在坍塌及滑移的潛在危險。②通過現(xiàn)場查勘、量測，棄渣場相對陡立邊坡坡比為1:1.30，棄渣場分2 級棄渣，二級棄渣堆最大高度約21 m，棄渣場二級邊坡西南側(cè)混凝土裸露，植被發(fā)育較差，邊坡存在局部沖刷與坍塌問題；渣場兩側(cè)陡坡近乎直立，強降雨條件下渣場匯水面積及匯水量較大，渣場的安全穩(wěn)定性差。③現(xiàn)場和室內(nèi)試驗表明，棄渣場填料為低液限黏土，粉粒含量75%～86%，棄渣場土料及原地基土質(zhì)為中等壓縮的非自重濕陷性黃土，干密度為14.00～16.00 kN/m3，局部密實度不足。滲透系數(shù)最大值2.72×10-4cm/s，均值4.74×10-5cm/s，棄渣料及原地基土層含水率較大，飽和后凝聚力c下降72.60%，內(nèi)摩擦角φ值下降2.70%。