• ISSN 0258-2724
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基于空间效应的弃渣场边坡稳定性方法探讨

孙朝燚 陈从新 郑允 鲁祖德 邓洋洋

孙朝燚, 陈从新, 郑允, 鲁祖德, 邓洋洋. 基于空间效应的弃渣场边坡稳定性方法探讨[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(1): 97-105. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170607
引用本文: 孙朝燚, 陈从新, 郑允, 鲁祖德, 邓洋洋. 基于空间效应的弃渣场边坡稳定性方法探讨[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(1): 97-105. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170607
SUN Chaoyi, CHEN Congxin, ZHENG Yun, LU Zude, DENG Yangyang. Discussion on Slope Stability Analysis Method of Abandoned Dreg Site Based on Spatial Effect[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(1): 97-105. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170607
Citation: SUN Chaoyi, CHEN Congxin, ZHENG Yun, LU Zude, DENG Yangyang. Discussion on Slope Stability Analysis Method of Abandoned Dreg Site Based on Spatial Effect[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(1): 97-105. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170607

基于空间效应的弃渣场边坡稳定性方法探讨

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170607
基金项目: 国家自然科学基金面上资助项目(11472293);国家自然科学基金青年基金资助项目(11602284)
详细信息
    作者简介:

    孙朝燚(1992—),男,博士研究生,研究方向为边坡稳定性,电话:13628608480,E-mail: chaoyisun@126.com

  • 中图分类号: V221.3

Discussion on Slope Stability Analysis Method of Abandoned Dreg Site Based on Spatial Effect

  • 摘要: 弃渣场常见于基础设施的建设过程中,影响其边坡稳定的因素众多,其中坡面凹凸形态、滑体端部效应以及坡体走向等空间效应因素对边坡稳定性的影响尤为显著. 为了研究坡体走向对边坡稳定性的影响,针对走向为折线形(弃渣场上下区域走向存在夹角)的某核电厂弃渣场,探讨了其边坡稳定性分析方法. 通过现场地质调查和区域划分,借助ANSYS建立三维模型,利用FLAC3D强度折减法分析稳定性和潜在破坏机制,以此研究弃渣场走向夹角对其潜在破坏机制的影响,最后提出考虑走向夹角因素的不平衡推力法,并展开走向夹角和边坡倾角对弃渣场边坡稳定性影响的分析. 研究结果表明:走向夹角影响弃渣场边坡应力场的分布形式和力的传递能力,走向夹角越大其稳定性越好,走向夹角超过60° 时边坡安全系数明显提高;坡顶区域倾角越大,坡脚区域倾角越小时,其安全系数提升幅度随走向夹角的增大而显著提高. 研究成果可为类似折线形走向边坡的稳定性分析和治理设计提供参考.

     

  • 图 1  弃渣场概貌

    Figure 1.  General picture of abandoned dreg site

    图 2  弃渣场FLAC3D模型

    Figure 2.  FLAC3D model of abandoned dreg site

    图 3  弃渣场强度折减计算结果

    Figure 3.  Calculation results of abandoned dreg site using SRM

    图 4  强度折减大主应力云图

    Figure 4.  Contour plot of major principal stress using SRM

    图 5  各剖面剪应变增量云图

    Figure 5.  Contour plot of shear strain increment for each section

    图 6  弃渣体受力示意

    Figure 6.  Force diagram of abandoned dreg body

    图 7  条块受力示意

    Figure 7.  Force diagram of slice

    图 8  不同走向夹角的边坡数值模型

    Figure 8.  Slope numerical models for different angle of slope strike

    图 9  不同走向夹角的边坡数值模型

    Figure 9.  Slope numerical models for different angle of slope strike

    表  1  计算所采用的材料参数

    Table  1.   Material parameters used in analysis

    岩(土)层 密度/(kg•m–3 弹性模量/MPa 泊松比 抗拉强度/MPa 粘聚力/kPa 内摩擦角/(°)
    弃渣土 2 000 9.82 0.30 0.01 5 26.0
    粉质黏土 1 950 8.58 0.35 0.02 48 12.5
    中风化花岗岩 2 500 11 000.00 0.25 1.50 700 39.0
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    表  2  滑体分区及其受力状态

    Table  2.   Region division and stress states of sliding mass

    弃渣场
    区域
    面积
    /m2
    长度
    /m
    重力
    /kN
    下滑力
    /kN
    抗滑力
    /kN
    ①号条块 250.5 36 5 010.6 1 381.1 1 202.9
    ②号条块 197.1 43 3 941.6 1 086.5 2 035.0
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    表  3  不同走向夹角的剩余下滑力和安全系数

    Table  3.   Residual sliding force and safety factor of different angle of strike

    走向夹
    角/(°)
    ${E_{12}}$/kN ${E_{12}}$降低
    幅度/%
    ${F_{\rm s}}$ ${F_{\rm s}}$提升
    幅度/%
    0 443.18 0 1.33 0
    28 409.53 7.6 1.36 2.2
    60 273.59 38.3 1.50 12.5
    90 0 100.0 1.87 40.8
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    表  4  数值分析所采用的材料参数

    Table  4.   Material parameters used in numerical analysis

    材料 密度
    /(kg•m–3
    弹性模
    量/MPa
    泊松比 抗拉强
    度/MPa
    粘聚力
    /kPa
    内摩擦
    角/(° )
    上部
    弃渣
    2 000 9.82 0.30 0.01 5 20
    下部
    弃渣
    2 000 9.82 0.30 0.02 8 25
    中风化
    花岗岩
    2 500 11 000.00 0.25 1.50 700 39
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    表  5  数值模拟和理论计算的比较

    Table  5.   Comparison of numerical simulation and theoretical calculation

    走向夹角
    /(° )
    数值模拟
    安全系数
    理论计算
    安全系数
    误差
    /%
    0 1.30 1.38 5.80
    30 1.31 1.39 5.76
    60 1.32 1.43 7.69
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  • 中华人民共和国专业标准编写组. 水利水电工程保持技术规范: SL 575—2012[S]. 北京: 中国水利水电出版社, 2012
    徐永年,田卫宾. 开发建设项目弃渣场设计及防洪问题[J]. 中国水土保持,2003,35(10): 23-25 doi: 10.3969/j.issn.1000-0941.2003.10.014

    XU Yongnian, TIAN Weibin. Issues on the design of dumping sites and flood control of development and construction projects[J]. Soil and Water Conservation in China, 2003, 35(10): 23-25 doi: 10.3969/j.issn.1000-0941.2003.10.014
    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 doi: 10.3321/j.issn:1009-2242.2007.05.045

    LIU Jianwei, SHI Dongmei, MA Xiaogang, et al. Stability characteristics analysis on side slops of excavation waste dump[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2007, 21(5): 192-195 doi: 10.3321/j.issn:1009-2242.2007.05.045
    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,2012,19(6): 55-58 doi: 10.3969/j.issn.1671-1556.2012.06.011

    LIU Hao, ZHANG Jiaming, FU Jindan, et al. Sensitivity analysis of influencing factors of discarded soil field landslide[J]. Safety and Environmental Engineering, 2012, 19(6): 55-58 doi: 10.3969/j.issn.1671-1556.2012.06.011
    朱乃龙,张世雄. 深凹露天矿边坡稳定的空间受力状态分析[J]. 岩石力学与工程学报,2003,22(5): 810-812 doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2003.05.022

    ZHU Nailong, ZHANG Shixiong. Mechanical analysis of the stability of deep furrow pit slope[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2003, 22(5): 810-812 doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2003.05.022
    汪海滨,李小春,米子军,等. 排土场空间效应及其稳定性评价方法研究[J]. 岩石力学与工程学报,2011,30(10): 2103-2111

    WANG Haibin, LI Xiaochun, MI Zijun, et al. Researches on space effect of waste dumps and its stability evaluation method[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2011, 30(10): 2103-2111
    卢坤林,朱大勇. 坡面形态对边坡稳定性影响的理论与试验研究[J]. 岩石力学与工程学报,2014,33(1): 35-42

    LU Kunlin, ZHU Dayong. Theoretical and experimental study of effect of slope topography on its stability[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2014, 33(1): 35-42
    RASSAM D W, WILLIAMS D J. Three-dimensional effects on slope stability of high waste rock dumps[J]. International Journal of Surface Mining,Reclamation and Environment, 1988, 13(1): 19-24
    卢坤林, 朱大勇, 杨扬. 二维与三维边坡稳定性分析结果的比较与分析[J]. 岩土力学, 2012, 33(增刊2): 150-155

    LU Kunlin, ZHU Dayong, YANG Yang. Comparison and analysis of 2D and 3D slope stability analysis results[J]. Rock and Soil Mechanics, 2012, 33(S2): 150-155
    中华人民共和国专业标准编写组. 工程岩体分级标准: GB/T 50218—2014[S]. 北京: 中国计划出版社, 2014
    陈育民, 徐鼎平. FLAC/FLAC3D基础与工程实例[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2008: 288-300
    李跃, 杨永生, 毛权生, 等. 基于三维地质模型的排土场边坡整体稳定性探究[J]. 岩土力学, 2013, 34(增刊1): 533-539

    LI Yue, YANG Yongsheng, MAO Quansheng, et al. Researches on general stability for dump slope based on three-dimensional geologic model[J]. Rock and Soil Mechanics, 2013, 34(S1): 533-539
    郑文棠,徐卫亚,童富果,等. 复杂边坡三维地质可视化和数值模型构建[J]. 岩石力学与工程学报,2007,26(8): 1633-1644 doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2007.08.014

    ZHENG Wentang, XU Weiya, TONG Fuguo, et al. 3D geological visualization and numerical modeling of complicated slope[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2007, 26(8): 1633-1644 doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2007.08.014
    崔芳鹏,胡瑞林,刘照连,等. 基于Surfer平台的FLAC3D复杂三维地质建模研究[J]. 工程地质学报,2008,16(5): 699-702 doi: 10.3969/j.issn.1004-9665.2008.05.023

    CUI Fangpeng, HU Ruilin, LIU Zhaolian, et al. Surfer software platform based complex three-dimensional geological digital models for pre-processing of FLAC3D[J]. Journal of Engineering Geology, 2008, 16(5): 699-702 doi: 10.3969/j.issn.1004-9665.2008.05.023
    郑颖人, 陈祖煜, 王恭先, 等. 边坡与滑坡工程治理[M]. 北京: 人民交通出版社, 2010: 105-106
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-08-09
  • 修回日期:  2018-04-25
  • 网络出版日期:  2018-12-23
  • 刊出日期:  2019-02-01

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