影響棄渣場穩(wěn)定的因素及針對性治理措施探討

1、影響棄渣場穩(wěn)定的因素及針對性治理措施探討32西部探礦工程2009年第l2期影響棄渣場穩(wěn)定的因素及針對性治理措施探討陳永亮,蔡德志(中鐵十一局集團五公司,重慶400037)摘要:針對國內(nèi)幾起棄渣場垮塌事故,分析了影響棄渣場的穩(wěn)定是受渣場選址,渣場形狀,地表降水,地下水,渣體及地基巖性影響,并對這些影響因素進行組合,確定對于各種形狀的棄渣場影響其穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素不同,發(fā)生破壞時可能帶來的危害也不同,針對性的提出治理措施,為棄渣場的設(shè)計,施工起到一定借鑒作用.關(guān)鍵詞:棄渣場;因素;形狀;治理中圖分類號:TU434文獻標識碼:A文章編號:1.045716(2009)l2OO32一O32008年8月8日

2、,山西省臨汾市襄汾縣陶寺鄉(xiāng)塔山礦區(qū)因暴雨發(fā)生泥石流,致使該礦廢棄尾礦庫被沖垮,給當?shù)厝嗣袢罕姷纳敭a(chǎn)造成重大損失;在山西發(fā)生泥石流當天,湖北省滬蓉西高速公路在建夾活巖隧道及扁擔啞隧道的兩個棄渣場均遭山洪沖刷形成泥石流,造成攔渣壩垮塌,泥石流順著山溝沖人山谷河流主道,造成堵塞,給河道兩側(cè)的人民群眾帶來重大安全隱患,沖毀的農(nóng)田更達數(shù)十畝之多.在棄渣場頻頻出現(xiàn)安全事故,在承受著所帶來的巨大損失的同時,痛定思痛,棄渣場如何治理,如何保證其穩(wěn)定,安全已成為不可規(guī)避的問題,尤其當今我國基礎(chǔ)建設(shè)中高速公路網(wǎng)的全面實施,高速公路向山區(qū)延伸,橋隧比例大大提高,產(chǎn)生了大量棄方,也生成了大小不等形狀各異的棄渣場.

3、然而,從目前的情況來看,棄渣場的設(shè)置主要考慮的是經(jīng)濟性,可行性,對于影響棄渣場穩(wěn)定,安全的地區(qū)氣候,渣場地形,水文地質(zhì),工程地質(zhì)等自然,地理和地質(zhì)條件則考慮的相對較少,表現(xiàn)為對棄渣場的防護,治理均較單一,防護形式簡單.分析夾活巖隧道及扁擔啞隧道兩個棄渣場出現(xiàn)安全事故的主要原因,就是忽略了影響棄渣場穩(wěn)定的因素.為避免以后在基礎(chǔ)建設(shè)中再次發(fā)生類似事故,在棄渣場設(shè)計時充分考慮影響棄渣場穩(wěn)定,安全的因素并有針對性的進行治理是必要的.1影響棄渣場穩(wěn)定的因素分析1.1選址對棄渣場穩(wěn)定的影響在選擇棄渣位置時,往往會選擇運輸距離較短,占地面積較少,生態(tài)破壞程度低的地方.然而,棄渣場作為附屬工程,選址主要受主體

4、工程的地理位置,周邊環(huán)境,施工方案,棄渣方量制約.因此,滿足上述三項要求的渣場設(shè)置位置的選擇余地并不大,往往注定了渣場只能設(shè)置在某一個較小區(qū)域,設(shè)置在其它地方均不具備可行性,而這個區(qū)域的地形,水文地質(zhì),工程地質(zhì)等自然因素已經(jīng)決定了在這一區(qū)域設(shè)置渣場的合理性,也直接影響到以后棄渣場的穩(wěn)定性.因為,棄渣場是由于工程建設(shè)而產(chǎn)生的,不會選擇好合理的棄渣位置再進行工程建設(shè).之間的先后發(fā)生關(guān)系決定了棄渣場選址雖然非常重要,但又非常被動,很難找到一個理想的所在地,這是一個難以改變的現(xiàn)實.只能通過與大自然做斗爭的方式解決選址對棄渣場穩(wěn)定性影響的問題.1.2形狀對棄渣場穩(wěn)定的影響棄渣場自穩(wěn)能力主要由渣體臨空面S

5、及渣體平均高度H決定(S指高于地面的渣體裸露面積,H指棄渣的體積面積比),S,H越大,自穩(wěn)能力越低.因此,應(yīng)盡量選擇S,H參數(shù)較小的地方棄渣.所述棄渣場的選址只能在某一個較小區(qū)域,但并不意味著選址就決定了棄渣場形狀,因為在這較小的區(qū)域內(nèi)還存在著各種地形,地形才是決定棄渣場形狀的關(guān)鍵因素.總的來說,棄渣場的(地形)形狀可分為4種,分別是"凹地,平地,溝谷,坡地",其S,H比較關(guān)系如表1所示.表1棄渣場分類表根據(jù)相同棄渣量時S,H的大小關(guān)系,在重力作用下自穩(wěn)能力比較為:凹地>平地>溝谷>坡地.應(yīng)盡量選擇S,H參數(shù)較小的棄渣地形.1.3地

6、表降水對棄渣場穩(wěn)定的影晌2009年第12期西部探礦工程33經(jīng)案例分析,棄渣場不穩(wěn)定多集中在一年中降雨量較多季節(jié),可見地表降水對棄渣場穩(wěn)定有直接影響,一般表現(xiàn)為"大雨大沖,小雨小沖"的特點.其影響過程一般分為2種:(1)降雨雨滴動能作用于地表,導致渣體當中的微小顆粒飛濺并沿坡面向下遷移,在遷移過程中形成水土流失;(2)棄渣場周圍存在著面積大小不等的匯水區(qū),降水在這些區(qū)域匯集后形成水流,流經(jīng)棄渣場時對渣體進行沖刷,形成沖溝甚至泥石流.應(yīng)對流經(jīng)棄渣場的水流采取引,排方式避免水流直接沖刷渣體;對渣體進行植被恢復(fù),防治水土流失.1.4地下水對棄渣場穩(wěn)定的影響地下水有2種形式:(1)沒

7、有棄渣之前就已在棄渣場區(qū)域內(nèi)存在的地下裂隙水;(2)棄渣后由地表降雨下滲形成;2種地下水對棄渣場穩(wěn)定性影響過程可以設(shè)想為:棄渣堵塞了原地下裂隙水的流出通道,致使該區(qū)域內(nèi)地下水位上升,地基表面土顆粒受到浸泡;同樣地表降水下滲后也能致使該區(qū)域內(nèi)地下水位上升,溶解渣體中的易溶物質(zhì)或增大其塑性,降低了土石體的抗剪強度,同時由于地下水位的升高會產(chǎn)生很大的動水與靜水壓力.由此,地下水能致使渣體及地基的抗剪強度降低,又能增加渣體的容重,降低自穩(wěn)能力.應(yīng)保證原有地下裂隙水流出通道暢通;對渣體進行植被恢復(fù),設(shè)置隔水層,防止地表水下滲.1.5渣體及地基巖性對棄渣場穩(wěn)定的影響棄渣場具有傾斜坡面,當由于各種自然或人為

8、因素的作用破壞了邊坡的力學平衡時,邊坡就要沿著其中某一滑動面發(fā)生滑動,棄渣場喪失穩(wěn)定性而發(fā)生破壞,其主要破壞形式分為2種:(1)棄渣場邊坡整體穩(wěn)定性破壞.即邊坡在整個高度范圍內(nèi)產(chǎn)生滑動,破裂而穿過坡腳甚至穿過渣體下的地基;(2)棄渣場邊坡局部穩(wěn)定性破壞.即邊坡按其高度只有一部分產(chǎn)生滑動,導致邊坡開裂或鼓脹,甚至坍塌;棄渣場滑動和坍塌是棄渣場最常見病害之一,直接受渣體強度,地基強度影響.當?shù)鼗辜魪姸刃∮谠w時,很可能發(fā)生棄渣場邊坡整體穩(wěn)定性破壞;當?shù)鼗辜魪姸却笥谠w時,一般發(fā)生棄渣場邊坡局部穩(wěn)定性破壞.除了在棄渣時嚴格控制渣體高度H外,還應(yīng)對渣體,棄渣區(qū)的地質(zhì)情況做深入細致的調(diào)查,必要時進行

9、邊坡穩(wěn)定性分析.2針對性治理措施探討當棄渣場形成之后,影響各種形狀的棄渣場穩(wěn)定的關(guān)鍵因素不同,有時可能受多種因素影響,可能出現(xiàn)的破壞影響程度也不同.有必要對這些關(guān)鍵因素進行組合,然后針對性的進行治理.2.1影響因素組合根據(jù)4種棄渣場形狀分析,影響其穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素及破壞形式,破壞影響程度如表2所示.表2影響因素組合關(guān)系表2.2治理措施(1)對于"凹地"地形的棄渣場,雖渣體及地基巖性,地表水等因素對其穩(wěn)定性有一定影響,但不會對周邊環(huán)境造成影響,也無安全隱患,只需進行植被恢復(fù).(2)對于"平地"地形的棄渣場,S,H,地表水等因素對其穩(wěn)定性有一定影響,發(fā)生破壞

10、時對周邊環(huán)境也能造成影響,有一定安全隱患.治理時重點要考慮渣體臨空面S及渣體平均高度H,一般H高度控制在815m為宜,H太低則意味著占地多,太高則不利于自身穩(wěn)定.在治理時可采用漿砌片石在棄渣場周圍進行防護,對裸露渣體設(shè)置粘土隔水層進行植被恢復(fù),防止水土流失.(3)對于"溝谷"地形的棄渣場,S,H,地表水是影響其穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素,發(fā)生破壞時有可能形成大沖溝或者泥石流,對周邊環(huán)境能造成較大影響,安全隱患較大.治理時重點在暴雨季節(jié)引排地表水上,截水溝與排水溝應(yīng)同時砌筑,考慮到漿砌片石的最大允許流速為2m/s,當水溝坡度較大或流量較大時,水溝容易遭到?jīng)_刷破壞,可采取強度較高的混凝土

11、或鋼筋混凝土砌筑,并設(shè)置一定數(shù)量的消力坎,降低水流速度;渣體平均高度H一般控制在8m左右,并進行分級;選擇合理地形采用漿砌片石擋墻對渣體進行防護,擋墻可設(shè)置多處;對裸露渣體設(shè)置粘土隔水層進行植被恢復(fù),防止水土流失.(4)對于"坡地"地形,應(yīng)盡量避免設(shè)置棄渣場,確實需要棄渣時,必須先估算棄渣方量,選擇合適位置設(shè)置擋墻對渣體攔截防護,防護工程完畢后再進行棄渣.34西部探礦工程2009年第12期基于損傷一斷裂力學的巖體地基承載力影響因素研究李磊(河海大學科學研究院,江蘇南京210098)摘要:損傷一斷裂力學模型能夠綜合反映巖體中裂隙的幾何性狀,分布規(guī)律以及力學性質(zhì),并能考慮其進一

12、步的演化規(guī)律及對最終巖體宏觀力學性質(zhì)的影響.采用所建立的損傷一斷裂力學模型,開展了裂隙的傾向,傾角以及間距對某核電站核島區(qū)地基承載力的影響的研究,結(jié)果表明裂隙的傾向?qū)Τ休d力影響不大,傾角對地基承載力和應(yīng)力分布形式起控制性作用,裂隙的間距越大,對承載力的影響越小.關(guān)鍵詞:裂隙巖體;損傷一斷裂力學;地基承載力中圖分類號lTU44文獻標識碼:A文章編號:1O0457l6(2009)12003403巖體作為一種地質(zhì)體,在漫長的地質(zhì)過程中會形成不同尺度的裂隙,從而產(chǎn)生不連續(xù)性,非均質(zhì)性和各向異性.裂隙的存在控制著巖體的變形,強度,滲透特性等巖體力學性質(zhì).裂隙的存在很大程度上決定了巖體性質(zhì)具有不確定性和變

13、異性,因此在巖體工程中如何確定這些多變因素對巖體力學性質(zhì)產(chǎn)生的影響較為困難.如果對巖體采用傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)力學比如彈性力學乃至一般的彈塑性力學的方法進行力學特性的分析就很難奏效,而采用經(jīng)驗?zāi)M法,也只能在條件簡單的中小工程中得到一定的應(yīng)用.近年來,斷裂力學和損傷力學的迅速發(fā)展為解決上述裂隙巖體力學分析中所遇到的問題提供了一條很好的途徑1.巖體中的中小規(guī)模,數(shù)量眾多的裂隙被視為存在于巖體材料中的一種初始"損傷",為精確地定量分析裂隙巖體的物理力學性質(zhì)提供了一條新的有效途徑.采用斷裂力學能夠進一步考慮裂隙的擴展對巖體力學性質(zhì)的影響.將從微觀出發(fā)的損傷力學和從宏觀出發(fā)的斷裂力學結(jié)合起

14、來,可以互為補充,較為全面的反映裂隙巖體的變形破壞特征.采用所建立的損傷一斷裂力學模型開展了裂隙的傾向,傾角以及問距對某核電站核島區(qū)地基承載力的影響,通過模擬進一步明確了在裂隙巖體地基承載力的勘察,計算中所要明確的關(guān)鍵因素,為裂隙巖體承載力的研究提供一定的指導.1裂隙巖體損失一斷裂力學模型巖體中分布的結(jié)構(gòu)面可以視為巖體中的一種損傷,考慮借用脆性材料細觀損傷理論的研究成果,采用Bu-ctiansky和O'Connell提出的自洽理論加以研究.設(shè)U1是基體的形變勢能密度,U2是單位體積內(nèi)由于裂紋的存在而具有的附加形變勢能密度,則整個受損結(jié)構(gòu)的初始損傷形變勢能密度U可以表示為3:.UU1+U

15、2(1)設(shè)單位體積巖體內(nèi)含有N組具有統(tǒng)計規(guī)律的裂隙,其中第m組裂隙的法向單位向量為n,體積密度為p,統(tǒng)計半徑為a.在巖體力學中,一般認為裂隙面不僅可以傳遞壓應(yīng)力,而且可以傳遞剪應(yīng)力,即巖體中的損傷是可以傳遞應(yīng)力的.因此對有效應(yīng)力作進一步修正,并引入KawamotoE提出的傳壓系數(shù)和傳剪系數(shù)Cs.則裂隙巖體的初始損傷形變勢能密度U可以表示為:地下水,渣體及地基巖性是影響其穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素,發(fā)生破壞時有可能大面積滑移或形成泥石流,對周邊環(huán)境能造成較大影響,安全隱患較大.治理時重點在防治地下水上,對裂隙水可埋設(shè)盲管引排,并查明渣體強度,地基強度,在地基強度低處應(yīng)設(shè)置多道矮擋墻,基礎(chǔ)控制在滑動面以下;棄渣完畢后修建截水溝防止水流沖刷渣體