公路弃渣场稳定性与环境效应评价

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作为一种特殊的人工堆积体,弃渣场在堆弃的过程中会对土壤和植被产生扰动和破坏,同时,在降雨和上游来水的影响下,不仅可能造成严重的水土流失,还可能引发滑坡、泥石流等地质灾害,对下游交通、水利和居民的生命财产安全构成严重威胁。近年来弃渣场失稳灾害事件层出不穷,因此,开展对弃渣场的深入研究已经成为了一个刻不容缓的话题。本论文针对弃渣场稳定性及环境效应问题,以重庆某高速公路弃渣场为研究实例。通过文献查阅和大量弃渣场案例研究,对弃渣场工程特性进行了分析,总结了公路弃渣场的类型特点、灾变影响因素和失稳破坏模式。在对颗粒流理论概述的基础上,利用颗粒流软件PFC2D,研究了颗粒细观参数与岩土体宏观参数之间的相关性,并根据摩尔-库伦准则对弃渣场各层材料进行了细观参数标定,在此基础上建立了弃渣场颗粒流模型。分析了颗粒流模型中强度折减的原理,探讨了基于颗粒离散元理论的稳定性分析方法,并将其运用于弃渣场稳定性评价之中。通过PFC2D软件,对弃渣场失稳滑坡全过程进行了模拟,分析了其失稳破坏机理和灾害范围,并利用fish语言编写程序,对失稳滑坡过程中的动能、冲击力等进行了监测和研究。以大量弃渣场灾害事例为基础,总结了弃渣场环境问题及其环境效应,提出了弃渣场灾害环境链式效应。对于文章涉及的典型弃渣场进行了水土流失影响分析和滑坡灾害严重度评价,并针对弃渣场环境效应提出了相应的综合治理措施。具体研究成果如下:(1)公路弃渣场根据选址的不同可以划分为沟道型、坡地型、平地型、临河型,按弃渣的来源可划分为公路弃渣场、隧道弃渣场、建筑拆除物弃渣场,按弃渣物质组成可划分为石质弃渣、土质弃渣、土石混合弃渣。弃渣场边坡失稳破坏的影响因素主要有四种:地质环境影响因素、弃渣土体的物理力学性质因素、弃渣场设计因素、失稳破坏诱发因素。弃渣场的主要失稳破坏模式包括三种:排弃物料型滑坡、基底型滑坡、地基型滑坡。(2)关于材料宏-细观参数之间的关系研究表明:当颗粒数超过3000个,试样的峰值强度趋于稳定;接触刚度的增大,会使材料的初始切线模量增大,同时峰值应力有所减小,接触刚度比的增大,会使材料的初始切线模量减小,而峰值应力增加;颗粒间摩擦系数的增大,会使材料的峰值应力有所增加,对于初始切向模量没有影响,颗粒间粘结强度的增大,材料的峰值应力有所增加;材料的粘聚力主要受颗粒间粘结强度的影响,内摩擦角主要受颗粒间摩擦系数的影响。(3)基于颗粒流理论的强度折减法,主要是针对颗粒间摩擦系数和粘结强度进行折减,安全系数即为折减系数。对典型弃渣场进行了稳定性分析,在暴雨情况下不满足最小安全储备系数,应加强防护,并且和极限平衡法求出的安全系数做了对比,模拟结果较好。(4)弃渣场失稳滑坡的全过程模拟表明:研究区弃渣场失稳属于下部牵引-上部推挤的滑坡模式;滑坡速度变化趋势和动能变化趋势总体上相同,初始阶段增加,达到最大之后逐渐减小;承灾体所受冲击的大小随着弃渣场的距离增大而减小,主要是因为随着滑动距离的增加,滑体在摩擦阻力的作用下,速度、动能逐渐减小造成的。(5)弃渣场环境问题及其环境效应可划分为四类:土地资源损毁效应、水资源损毁效应、失稳灾害效应及生态与景观破坏效应;弃渣场灾害环境效应并不是孤立存在的,他们之间存在一定的因果联系,组成了复杂的链式结构;为了减小弃渣场的灾害环境效应,可以从早期规划控制、工程措施防护、生态治理改善等方面综合治理。
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