基于颗粒流方法的弃渣场边坡稳定性评价研究

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目前,随着高速公路、铁路等交通工程建设规模的扩大,由开挖造成的渣体量越来越多,渣体的大量堆积给人们的生产生活带来了很大的危险。这些相对较为松散的、不均匀的土石混合弃渣形成弃渣场边坡,当这些人工堆积的边坡堆积高度过高、坡度较大且受到降雨、堆载等作用时,极易发生坍塌、滑坡、泥石流等地质灾害,给人们带来的风险不亚于天然边坡,深圳光明弃渣场滑坡造成的危害就是一个很典型的例子。因此,研究弃渣场边坡滑坡的滑动形式、分析其滑坡机理,计算其稳定性系数具有很大的工程实践意义。本文结合现场调查的贵州沿线56个弃渣场并以K63+370高速公路弃渣场为例,采用现场调研、现场试验、室内试验与数值模拟相结合的方式,对弃渣场可能发生的滑坡破坏形式及破坏机理进行分析,研究内容主要包括以下几点:(1)通过现场调查掌握研究的K63+370高速公路典型弃渣场基本情况,并取样进行筛分试验,获得了该弃渣场弃渣体的级配曲线特征,结合物探资料确认了该弃渣体为粉质粘土与碎石土混合的土石混合弃渣。通过室内大型直剪试验获得了该弃渣体的抗剪强度值,粘聚力值为40k Pa,内摩擦角为31.5°。结合贵州56个弃渣场分析了弃渣场常见灾害形式并总结了影响弃渣场边坡稳定性的因素。(2)应用PFC2D颗粒流法平行粘结模型对典型弃渣场进行数值模拟研究,并结合PFC2D自带的双轴试验建立了颗粒流细观参数与宏观参数之间的关系,获取适用于弃渣场边坡的一整套细观力学参数。(3)运用PFC2D构建K63+370弃渣场滑坡颗粒流数值模型并进行稳定性评价,判断该边坡处于稳定状态,结合强度折减法得出稳定系数为1.3,并模拟失稳过程及破坏形式,分析不同时步滑动形式及各监测点的应力-应变特征,得出该弃渣场边坡在失稳后将产生牵引式滑动。(4)结合模拟结果与模拟弃渣场的现状,对于坡脚失稳引起坡顶滑动的牵引式滑坡结论给出保护好弃渣场坡脚的处置建议,并结合贵州56个弃渣场存在的问题提出适用于普通弃渣场的治理建议。
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