小尖山隧道弃碴场稳定性分析

何 重 阳

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063)

铁路隧道弃碴场弃碴方量大，堆高较高，一旦失稳，会造成严重的后果。依据水利部《关于印发〈水利部水土保持设施验收技术评估工作要点〉的通知》(水保监便字[2016]第20号)、《关于进一步规范生产建设项目水土保持设施验收程序的函》(水保监便字[2015]第15号)等文件要求，需要对铁路沿线堆土量超过50万m3或者最大堆土高度超过20 m重点弃碴场进行稳定性评估。

雷东[1]结合库区移民城市巴东县城黄家大沟拟建弃碴堆积体工程实例，采用不平衡推力法，对回填后堆积体进行稳定性评价；彭锴[2]运用GeoStudio软件，分析了降雨下渗对非饱和土边坡的稳定性影响，指出安全稳定系数降低可达28%；曹小祥[3]运用GeoStudio软件，通过极限平衡法计算分析了山区弃碴场的台阶高度对稳定性的影响。但是现有的稳定性分析，未能对铁路弃碴场的稳定性进行系统分析。因此，结合已有的地质资料[4]、中铁第四勘察设计院集团有限公司地路处业建成果[5]和相关规范[6,7]，本文对新建合福铁路小尖山隧道弃碴场进行场址稳定性分析、弃碴体整体及局部稳定性分析，全面对弃碴场稳定性作出评价。

1 工程概况

1.1 地理位置与交通

小尖山隧道弃碴场地处安徽省黄山市休宁县五城镇境内。场区内有乡道和施工便道相通，交通较便利。评估区属于山间谷地区，自然地势起伏，自然坡度为30°～40°，植被较发育，以松林、竹林和灌木丛为主。弃碴体堆放于山间沟谷内，如图1所示。

1.2 工程地质勘察

通过收集附近工点资料、野外地质调绘、地形测量、航拍和现场勘探等手段，进行工程地质勘察。

现场机动钻孔取芯结果表明，弃碴体主要为碎块石，成分为强～弱风化粉砂质千枚岩，以及少量粉质黏土，弃碴体整体呈松散～稍密状态。

结合附近工点资料及工程经验，弃碴体与地层物理力学指标见表1。

表1 小尖山隧道进口弃碴场及基底地层物理力学指标表

2 稳定性评估

2.1 场址稳定性分析

经分析比较，选取剖面A—A′和B—B′两个典型剖面进行计算，剖面布置示意图如图2所示。

采用极限平衡条分法理论，运用Geo-Studio软件的SLOPE/W模块和SEEP/W模块，使用包括瑞典圆弧(Ordinary)法、毕肖普(Bishop)法和摩根斯坦—普赖斯(Morgenstern-Price)法等对弃碴体的稳定现状进行计算分析。

1)天然工况。

采用Geo-Studio的SLOPE/W模块搜索圆弧滑面，计算天然工况下弃碴场A—A′和B—B′剖面的稳定性。A—A′剖面天然工况下采用Ordinary法、Bishop法和Morgenstern-Price法计算得到的弃碴场场址斜坡稳定性系数分别为6.765，6.592，6.069，B—B′剖面计算结果分别为3.531，3.735，3.423，均为稳定状态。

2)暴雨工况。

查阅《中国暴雨统计参数图集》(中华人民共和国水利部组织编制，2006年版)，由“中国百年一遇点雨量格网图”得到本弃碴场所在地区的百年一遇雨量值。采用Geo-Studio的SEEP/W模块，在弃碴场场址斜坡表面设置降雨边界条件，计算得到弃碴场暴雨工况下的渗流场分布，进一步采用Geo-Studio中的SLOPE/W模块计算弃碴场场址斜坡稳定性，搜索A—A′和B—B′剖面的最危险滑动圆弧。在暴雨工况下(1 h，6 h，24 h，72 h)三种方法计算得到A—A′剖面场址斜坡稳定性系数为2.416～2.719，B—B′剖面场址斜坡稳定性系数为1.186～1.524，均为稳定状态。

2.2 弃碴体整体稳定性分析

采用传递系数法通过设定特定的稳定性系数计算剩余推力来确定两种状态下的整体稳定性系数。设定弃碴场基底接触面为潜在滑动面，不考虑地下水，计算弃碴体每一条块的剩余推力。当最后一块条块的剩余推力恰好为0时，则认为弃碴体达到整体极限平衡状态，即表明该边坡的稳定性系数大小为Fs。

经计算，天然工况和暴雨工况下A—A′剖面弃碴体整体稳定性系数分别为4.3,3.54，B—B′剖面为2.27,1.83。根据GB 50330—2013建筑边坡工程技术规范5.3.2条规定，可以判定整体稳定。

2.3 弃碴体局部稳定性分析

采用极限平衡条分法理论，运用Geo-Studio软件的SLOPE/W模块和SEEP/W模块，使用包括瑞典圆弧(Ordinary)法、毕肖普(Bishop)法和摩根斯坦—普赖斯(Morgenstern-Price)法等对弃碴体的稳定现状进行计算分析，根据GB 51018—2014水土保持工程设计规范5.7.4条进行稳定状态判定。

1)天然工况。

采用Geo-Studio的SLOPE/W模块搜索圆弧滑面，计算天然工况下弃碴场A—A′和B—B′剖面的稳定性。A—A′剖面天然工况下采用Ordinary法、Bishop法、Morgenstern-Price法计算得到的弃碴体边坡稳定性系数分别为1.403，1.476，1.412，B—B′剖面计算结果分别为1.381，1.475，1.406，均为稳定状态。

表2 暴雨工况弃碴体边坡稳定性计算结果表(瑞典圆弧法)

表3 暴雨工况弃碴体边坡稳定性计

2)暴雨工况。

采用Geo-Studio的SEEP/W模块，依据暴雨工况设计入渗雨量强度表选取降雨入渗强度，在弃碴体边坡顶部及斜坡表面设置降雨边界条件，计算得到弃碴场暴雨工况下的渗流场分布，进一步采用Geo-Studio中的SLOPE/W模块计算弃碴场边坡稳定性，搜索A—A′和B—B′剖面的最危险滑动圆弧。在暴雨工况下三种方法计算得到弃碴体边坡稳定性系数结果及所处状态如表2,表3所示。

3 结论及建议

3.1 结论

1)弃碴场场址安全稳定性：小尖山隧道弃碴场位置属山间谷地区，Geo-Studio岩土工程仿真软件分析结果表明弃碴场场址斜坡稳定性较好。

2)弃碴体整体稳定性：现场调查表明，弃碴场未见明显整体滑移痕迹。理论分析表明，天然工况下，小尖山隧道弃碴场各剖面整体稳定性系数为2.27～4.30；暴雨工况下，弃碴场各剖面整体稳定性系数为1.83～3.54。综合表明，小尖山隧道弃碴场整体稳定性较好，弃碴体沿基底接触面发生整体滑移的可能性较小。

3)弃碴体边坡局部稳定性：现场调查表明，弃碴场前缘边坡最大堆高约53 m，分为三级边坡，一级边坡高约20 m，边坡坡率约1∶1，坡面未设置防护措施，局部存在小型溜坍。理论分析表明，天然工况下，小尖山隧道弃碴场各剖面边坡稳定性系数为1.381～1.476，属于稳定状态；暴雨工况下各剖面边坡稳定性系数为1.048～1.196，在长时间暴雨条件下属于欠稳定状态。综合表明，弃碴体在暴雨工况下，可能沿弃碴体内部潜在滑面发生滑移失稳。

3.2 建议

建议降低弃碴场一级边坡高度，按相关规范要求设置各级边坡高度，放缓边坡坡率。坡面采用合理防护措施，减少地表水冲刷和下渗，防止水土流失病害。