隧道弃渣场一般由开挖隧道所排出的松散土体、碎石等物质组成,具有非饱和、欠密实、多孔隙等结构特点；强度较低,容易产生滑坡等地质灾害,对其下方建筑物、公用设施以及居民的生命财产安全等都存在着巨大威胁.2008年8月1日山西省娄烦尖山铁矿排土场滑坡事故,以及2015年12月20日深圳光明新区光明红坳余泥渣土受纳场滑坡事故,让排土场、弃渣场一类附属设施的稳定性受到了广泛关注.

弃渣场边坡作为人工边坡的一种,其稳定性的影响因素主要有：1) 边坡的堆积要素(方量、坡高、坡度)；2) 下伏基岩产状及其物理力学特性；3) 弃渣自身的物理力学性质；4) 地表水及地下水；5) 地震以及人为扰动.

学者们围绕上述因素进行了大量研究工作.王莉[1]结合大量弃渣场的统计资料发现,当弃渣场的水解性岩石含量与黏土含量超过40%,台阶高度超过18 m时,弃渣场出现滑坡的概率会很大.刘建伟等[2]测定了弃渣场边坡不同部位渣体的物理力学指标,发现新形成弃渣场自上而下土体的摩擦角逐渐增加,弃渣黏聚力与饱和导水系数关系密切.顾育国[3]对弃渣场边坡变形特征、变形机制、破坏模式以及稳定性影响因素进行了分析,并基于条分法,计算了洪水工况下弃渣场的稳定性.刘浩等[4]基于Morgenstern-Price法对弃渣场滑坡影响因素敏感性进行了计算分析,得出影响弃渣场边坡稳定性的因素主要有坡高、渣体容重、堆积位置以及下伏基岩的倾角.2015年深圳渣排土场事故的主要原因其实就是堆放的渣土和建筑垃圾量过大、弃渣场边坡坡度过大,从而使弃渣场失稳破坏.罗雷等[5]经过理论分析认为在无降雨条件下,弃渣体在堆放时坡度不能过高,堆放弃渣的坡度小于土体内摩擦角时,才能满足稳定性的要求.肖志红[6]借助颗粒流程序对弃渣场稳定性进行了研究,发现随着颗粒粒径的增大,弃渣场边坡的滑动面逐渐变小,渣体颗粒向下滑移的速度相对更快,滑动面变浅且影响区域变小,此时弃渣场的稳定性相对较好.张家铭等[7]运用改进的正交设计法对宜巴高速公路郑家垭隧道进口弃土场边坡稳定性的6种影响因素进行了分析,发现该区域弃土场边坡滑面处土体的强度参数以及边坡的临空面形态对边坡稳定性影响较大,容重和坡率对弃土场边坡稳定性影响较小.

在互联网技术和信息化技术的推动下，人们逐渐进入新媒体时代，在新的形势下，传播者和受众之间的关系发生了重大改变，信息涵盖的范围在不断增加，传递速度也越来越快。对于受众而言，传播媒介的选取更加多样化，他们可以通过微信、微博、头条等手机APP来获取信息，不再受传统纸媒时间和空间上的限制。在这种情况下，报纸传媒行业面临巨大的挑战，只有创新才能在激烈的竞争中生存和发展。从缺点来看，报纸在信息传播时速度和时效性较差，同时缺乏和受众的交流互动，受众被动接收信息等等。创新报纸编辑行业的对策包括建立和完善创新机制和在报社内部培养编辑的创新意识和能力两个部分。

随着中国交通基础设施建设规模和速度的增加,隧道工程越来越多,与之相伴的隧道弃渣场随处可见.开展弃渣场稳定性研究,无论对保障交通设施的正常运营还是保障弃渣场区域的生态环境都至关重要.本次研究依托湖南某新建铁路隧道弃渣场,首先基于非饱和渗流理论对其在不同工况下的渗流场进行分析,在渗流计算结果的基础之上对其在不同工况下的稳定性进行计算.研究结果对隧道弃渣场稳定性评估具有一定参考和借鉴意义.

1 工程概况

1.1 工程地质条件

某弃渣场占用林地18 815 m2,弃渣方量为16.05万方.弃渣场从2011年开始堆积弃渣,2013年堆积完成,形成了长约290 m,高约40 m的人工边坡.

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2 弃渣场的渗流分析

综合上述,本次研究对于弃渣的强度参数取值时,黏聚力c按0 kPa考虑,内摩擦角φ按原位直剪试验数值进行考虑,取值合理,且较为保守.本次稳定性计算的弃渣物理力学参数见表2.

  

图1 弃渣场数值计算模型Fig.1 Numerical calculation model of abandoned dreg site

模型边界条件做如下考虑：

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.

从图4a、图4b可以看出,尽管随着降雨的入渗表层弃渣中的孔隙水压力逐渐增大,但由于弃渣的渗透系数大于暴雨强度,所以在弃渣体浅表层并未出现暂态饱和区.在入渗过程中水分主要是以向下的迁移为主,并未出现渗流.从图4c～4g可以看出,降雨结束后,孔隙水压力又开始逐渐消散,随着时间的延续孔压逐渐要恢复至稳态渗流条件下的孔压水平.

在使用压路机静压摊铺的混合料时，其相邻碾压带的重叠宽度应为15～20cm左右，在振动压实过程中，重叠碾压带的宽度不应超过15～20cm。另外，压路机的驱动轮应面朝向摊铺机，以防止混合物料推移。切记压路机的启动和停止必须在缓慢减速进行。

 

(1)

反之,当降雨强度大于弃渣土体表层入渗能力时,水分沿坡面流失,入渗速率即为岩土体自身的入渗能力,此时边界条件为定水头边界：

用铸件的收缩体积作为正交试验的指标．在众多因素中选择关键的影响因素，铸造温度、注射速度和模具温度作为模拟研究对象．各因子水平列于表2，表3为实验设计所选择的L9正交实验表．

θ|Γ1=θ1(x,y,z,t)

1) 边坡表面为入渗边界,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：

弃渣场所在区域地貌类型为剥蚀中低山,海拔高程在240～500 m之间.弃渣场周围植被茂盛.区域地质构造为单斜构造,岩层产状为345°∠45°.地层岩性主要为第四系上更新统坡残积层石炭系野外调查未发现有断层形迹,区域地震基本烈度Ⅵ.该区域属亚热带季风气候,雨量充沛,四季分明,年平均气温16.7 ℃,年平均降雨量1 350 mm.地下水类型主要为第四系孔隙潜水、岩溶裂隙水,主要接受大气降水、地下径流的补给.

在计算降雨工况下边坡的渗流场时,暴雨重现期取25 a,暴雨历时取3 h,计算得出的暴雨强度为4.65×10-5 m/s,完全可以达到该地区最大降水量.经过现场抽水试验,弃渣的饱和渗透系数为6.5×10-5 m/s.弃渣的水土特征曲线、渗透函数曲线如图2、图3所示.

吊脚楼依山傍水，吸收青山绿水之精华，与大自然融为一体，营造出“天人合一”的奇特场景，也反映出土家人对人与自然和谐共处的美好愿景。吊脚楼的堂屋在中间，左右两边分别用于做饭和居住，当地人称之为“饶间”，呈均衡对称特点。饶间以中柱为界分为两半，前面作火炕，后面作卧室。单体互搭成连排，高低起伏、错落有致。远观吊脚楼飞檐翘角，走栏周匝，腾空而起，轻盈纤巧，形式多样、造型优美具有较高艺术价值和审美情趣。

应用能力培养也离不开知识迁移能力的培养，教师在教学过程当中应选择一些重要的概念形成、发展、完善的过程来讲。由此通过数学家思维的发展过程体现知识由特殊至一般、再由一般到特殊的过程。由特殊到一般是知识体系形成的过程，体现了数学家的思维过程，而一般到特殊的过程是知识应用的过程，即如何将一般的知识用于特殊的问题解决中。通过这一过程的讲解帮助学生从广度、深度上思考问题，拓展学生的思维空间。

解读：麝香又称麝脐香、香脐子，为雄麝（亦称香獐）香囊中的分泌物，为常用中药。《神农本草经》列为上品，誉为“诸香之冠”。自古以来都是猎麝取香，在冬、春季猎取雄麝，连腹皮割下麝香囊，阴干，称为“毛香”，挖取囊内颗粒称为“麝香仁”，其中呈块状颗粒的称为“当门子”。今多人工饲养“养獐取麝”，即将饲养3岁以上的雄麝，缚在取麝台上，腹部向上，分开囊口，用取香匙徐徐插入，向外掏取麝香，每年可取1～2次。关于麝香的药用，还有一段传说。

  

图2 弃渣土水特征曲线Fig.2 Soil-water characteristic curves of abandoned dreg

  

图3 弃渣渗透系数曲线Fig.3 Permeability coefficient curve of abandoned dreg

这里取x=190 m剖面上各节点孔压随时间的变化曲线，对坡体内渗流场进一步分析(图5).

结合图4、图5，总的来看暴雨对弃渣场的影响基本是发生在60～71 m深度的中、浅层范围内.

t=0 h为只考虑地下水情况下的稳态渗流场.降雨过程中随着雨水的入渗,表层弃渣的含水量增加,基质吸力减小,孔压曲线向右偏转(图5);随着降雨的进行曲线持续向右偏转,一直到降雨结束(t=3 h).在此过程中还可发现孔压曲线的转折点在逐渐下移,说明水分在缓慢下渗.3 h暴雨过后,孔压曲线上部又开始向左侧偏移.此过程由于再无降水补给,表层弃渣中水分的下渗使其含水量降低,导致基质吸力增加.与此同时,水分的不断下渗使得更深处土体的含水量增加,基质吸力减小,所以图中孔压曲线的拐点在不断向右下方向移动.这也是一些滑坡发生在雨后的原因,主要是缘于深部土体的基质吸力变化较表层土体有滞后效应.因此,在计算边坡降雨条件下的稳定性时，仅考虑降雨过程中的稳定性是不够的.

  

图4 渗流计算结果

 

Fig.4 Calculation result of seepage flow

  

图5 孔压随时间的变化

 

Fig.5 Variation of pore water pressure vs time

3 弃渣场边坡的稳定性分析

3.1 计算参数的选取

边坡稳定性分析结果很大程度上取决于土体抗剪强度指标的选择.由于弃渣结构松散,几乎没有胶结,在取样过程中极易遭受扰动,因此选取强度指标时除了进行现场原位剪切试验(图6a)外,还需进行室内大型直剪试验(图6b)以及其他试验进行辅助验证.对于无黏性松散堆积体,内摩擦角与天然休止角近似相等目前已基本得到普遍认可,因而进行休止角试验以对剪切试验结果进行验证.得到弃渣强度参数见表1.

  

图6 弃渣的剪切试验Fig.6 Shear test of abandoned dreg

 

表1 弃渣直剪试验结果

 

Tab.1 Result of direct shear test of abandoned dreg

  

取样部位原位直剪试验c/kPaφ/(°)室内大型直剪试验c/kPaφ/(°)休止角φn/(°)φd/(°)弃渣场上部2．844．25．335．748．145．3弃渣场中部3．642．57．236．448．446．0弃渣场下部3．743．36．737．047．945．3

注:φn为天然休止角，φd为干燥休止角.

从表1中可以看出,原位直剪试验和室内大直剪试验的数据有一定出入.这主要是由于在室内大直剪试验时,考虑到直剪仪与弃渣颗粒径径比、高径比的制约,按照规范[8],需要将过大的颗粒剔除或用小颗粒代换,因此会造成原本堆积体中并不是骨架的较小颗粒逐渐参与骨架作用,使得室内大直剪试验的摩擦角较原位直剪试验要小一些；与此同时，由于参与骨架作用的细颗粒的增加,室内大直剪试验中黏聚力会略有提升.那么,哪种试验方法得到的强度参数更为合理？对于粗粒土,其强度的来源是摩擦力而非黏聚力,根据《工程地质手册》[9],其黏聚力在计算时通常按0 kPa进行取值；休止角近似相等目前已基本得到普遍认可.对质量和含水率近似的同类堆积体,休止角始终大于内摩擦角,且都大于滑动摩擦角[10].对比本文原位直剪试验结果,也能发现这种规律,2个数据的相互印证也说明测得的休止角和摩擦角数据的合理性.因此,原位直剪试验得到的参数更为合理一些,不过室内直剪试验的数据也并非有误,只是对粗粒部分采取剔除、等量替换和相似级配等方法进行试验,具有一定的局限性.原位直剪仪由于试样尺寸较大,因此可以更大限度地保留碎石土级配特性,弱化尺寸效应.

渗流计算工况分3种工况.工况Ⅰ：考虑地下水稳态渗流、不考虑降雨；工况Ⅱ：考虑地下水稳态渗流、考虑降雨(连续暴雨3 h)；工况Ⅲ：考虑地下水稳态渗流、考虑降雨后一段时间.模拟结果如图4所示.

水是边坡稳定性最积极的影响因素之一,渗流计算也是边坡稳定性分析的基础.借助GeoStudio软件的SEEP/W模块对边坡的渗流场进行计算,计算模型如图1所示.

 

表2 弃渣物理力学参数

 

Tab.2 Physical and mechanical parameters of abandoneddreg

  

天然含水量ω/%密度ρ/(g·cm-3)最优含水率ωop/%最大干密度ρ/(g·cm-3)黏聚力c/kPa内摩擦角φ/(°)7．91．516．72．24045．3

3.2 计算结果

由于弃渣为松散堆积,因此在本次稳定性分析中局部稳定性滑动面以圆弧滑动为主.分析整体稳定性时考虑原始地形对稳定性的影响,以沿原始地形的滑动形式为主.经过计算机自动搜索加以人工优化,选取的局部滑动面和整体滑动面如图7所.

  

图7 不同滑动形式的滑动面选取Fig.7 Selection of sliding surfaces with different sliding forms

稳定性计算工况与渗流计算工况相同,本弃渣场场地所在位置地震基本烈度在7度以下,根据规范[11]无需对地震工况下的稳定性进行计算.综合采用普遍条分法(Ordinary法)、Bishop法,考虑任意形状滑动面的Janbu法及Morgenstern-Price法对边坡稳定性进行计算.计算结果见表3.

本次研究中降雨对边坡稳定性的影响主要体现在2个方面:1) 雨水入渗导致弃渣自重的增加；2) 雨水入渗导致弃渣软化,强度降低.在降雨最初始阶段,弃渣尚处于非饱和状态,此时一部分降雨沿坡面流走,另外一部分入渗至坡体内部,湿润峰发展仅仅处于坡面较浅的范围；随着降雨的进行,雨水对边坡稳定性的影响越来越明显,安全系数持续下降(1 h、3 h).降雨停止后,结合图5、图6可以发现雨水还在继续向内部入渗,内部弃渣含水率增加,孔隙水压力随之增加,强度减小,造成边坡稳定性继续降低(24 h、48 h).雨后较长时间之后,随着坡体内孔隙水压力逐渐恢复至稳态渗流水平,边坡稳定系数又有所增加(96 h).并且,结合图6孔隙水压力的变化可以得出,随着降雨的入渗,孔隙水压力的增大,边坡的稳定系数逐渐减小.当降雨结束后,孔压逐渐恢复正常,稳定性系数先减小后增加.

 

表3 弃渣场边坡稳定系数计算结果

 

Tab.3 Calculation result of slope stability factor ofabandoned dreg site

  

工况稳定系数Ordinary法Bishop法Janbu法M⁃P法局部整体ⅠⅡⅢⅠⅡⅢ稳态渗流1．5781．6231．4081．498降雨1h1．5611．6021．3901．478降雨3h1．5331．5711．3621．449雨后24h1．5061．5411．3341．420雨后48h1．4991．5311．3271．412雨后96h1．5171．5511．3461．431稳态渗流1．6672．7212．3962．455降雨1h1．6492．6872．3652．424降雨3h1．6112．6332．3152．373雨后24h1．6042．5922．2952．353雨后48h1．5962．5862．2762．333雨后96h1．6052．6032．2912．348

由表3还可得出：由于4种方法都以重力作为边坡破坏的驱动力,在渗流计算时4种方法得出整体和局部稳定性的变化趋势类似,因此不考虑4种方法的影响；而且降雨对本弃渣场边坡稳定性的影响并不算大,边坡始终处于稳定状态.

4 结论

通过野外调研、室内试验以及数值计算,对某弃渣场不同工况下的渗流场以及稳定性进行了系统分析评价,得到以下结论.

为了满足辐射布置和尺寸相同的要求，还采用了在底模中设置模具的方法，即制作椽间空间尺寸的填料（采用方形木拼接），然后用钢钉将其固定于底模之上，刷隔离剂（确保取模时椽头角部不受损坏），根据放射线布置角部，并用木龙骨将椽头顶部整个固定住。

1) 降雨入渗对边坡渗流场的影响不仅仅局限在降雨过程内,降雨结束后需要较长时间边坡渗流场才能恢复至初始渗流场水平,所以对边坡降雨条件下的稳定性计算仅考虑降雨过程中是远远不够的.

2) 计算参数对边坡稳定性计算结果起着决定性作用,对于弃渣场边坡其强度参数应结合室内外剪切试验、休止角试验综合对比选取.

3) 从稳定性分析结果来看,降雨结束后本弃渣场的稳定系数并不是最低,雨后一段时间内其稳定系数还在持续降低,之后才开始逐渐增加,与渗流场的计算结果相对应.

4) 弃渣场作为公路、铁路乃至水利、矿山工程的重要附属物,其稳定性意义重大.本文的计算思路及结果对同类边坡具有一定借鉴意义.

参考文献：

[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：北京科技大学,2015.

[2] 刘建伟,史东梅,马晓刚,等.弃渣场边坡稳定性特征分析 [J].水土保持学报,2007,21(5):192-195.

[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].成都:西南交通大学,2010.

[4] 刘 浩,张家铭,付金丹,等.弃渣场滑坡影响因素敏感性计算分析 [J].安全与环境工程,2012(6):55-58.

[5] 罗 雷,何丙辉,王锐亮.弃渣场堆渣及挡渣墙稳定性分析 [J].水土保持研究,2006,13(2):253-256.

[6] 肖志红.不同粒径渣体对弃渣场稳定性影响研究 [J].人民长江,2014,45(12):38-42.

[7] 张家铭,付金丹,刘 浩.基于改进正交设计的山区弃土场边坡稳定性敏感分析 [J].科技导报,2012,30(17):38-42.

[8] 中华人民共和国交通部.公路土工试验规程：JTG E40—2007 [S].北京：人民交通出版社,2007.

[9] 常士骠.工程地质手册 [M].北京:中国建筑工业出版社,1992.

[10] 温辉波.库岸松散堆积体抗剪强度试验研究 [D].重庆:重庆交通大学,2012.

[11] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑边坡工程技术规范：GB 50330—2013 [S].北京：中国建筑工业出版社,2013.