GEO5某灰厂稳定性评价

使用模块：GEO5土坡稳定性分析

一、  项目背景

       某排土场斜坡表面堆积土体较为松散，排土场边坡整体处于稳定状态，坡度较陡地段存在局部失稳的现象。局部失稳出现在现场实测剖面2处，表现为边坡顶部边缘浅层的土体滑落，土体滑落宽度约45m，高度约15m，坡向301°，坡顶边缘处的最大坡度约35°。

       现场调查发现，排土场斜坡表面堆积土体较为松散，在降雨的冲刷及坡顶雨水汇集的作用下，坡面多处存在冲刷沟槽。其中，发育范围最大的一处冲刷沟槽位于排土场东坡，坡高约55m，坡度37°，坡向106°，冲刷沟槽长度约90m，最大宽度8m~10m，最大切割深度10m~12m。

二、场地岩土材料

①弃渣

       本次勘察过程中，在弃渣层共进行了70m的重型圆锥动力触探试验。动探数据显示变异系数达到0.98，说明回填的密实度很不均匀，回填时间短，欠固结，回填时未进行碾压，主要呈松散～稍密状态，局部呈中密～密实状态。坝体、坝基经过碾压后变异系数在0.172，整体夯实后较均匀，稍密状态。

      根据本次勘察及前期勘察资料，并结合该区域的建筑经验综合推荐本层土的地基承载力特征值fak=100kPa～200kPa，内聚力标准值Ck=6~10kPa，内摩擦角标准值Фk=30°~33°，渗透系数k＞2.0×10-1cm/s。

       碾压后的坝体承载力特征值fak可达180kPa，内摩擦角标准值Фk=33°，变形模量为16MPa。

       筑坝材料为排土场土料，即煤矿剥离的石渣料（碎石料），该石渣料储量很大，足以满足本期10m高的筑灰坝要求。

②粉质黏土

       黄褐色、灰褐色，以可塑状态为主。本次勘测中，在该层进行了4次标准贯入试验，经修正后的锤击数（平均值）N=6击。

       本层取土3件，物理力学性质指标平均值如下：

       天然含水量为28.1%，天然孔隙比为0.824，重度为18.8kN/m3，饱和度为92.8%，液限为34.3%，塑限为20.8%，塑性指数为13.5，液性指数为0.54；直剪试验：内摩擦角为18.9°，内聚力为19.8kPa，压缩系数a1-2为0.38MPa-1，压缩模量为5.1MPa。属可塑状态中等压缩性土。

       根据该层土的物理力学性质指标，并结合已有资料及标准贯入试验击数（N=6），综合推荐本层土的地基承载力特征值fak=150kPa。

③黏土

       可塑～硬塑状态，分布在泥岩、泥质砂岩顶部，为基岩风化形成的残积土层。本次勘测中，在该层进行了3次标准贯入试验，经修正后的锤击数（平均值）N=11击。

       根据当地建筑经验及该层土的标准贯入试验击数（N=11），综合推荐本层土的地基承载力特征值fak=220kPa。

④泥岩

       本层以泥岩为主，部分地段夹泥质砂岩层，勘察范围内呈全风化状态。本次勘测中，在该层进行了4次标准贯入试验，经修正后的锤击数（平均值）N=22击。根据当地建筑经验及该层土的标准贯入试验击数（N=22），综合推荐本层土的地基承载力特征值fak=260KPa。

       岩土材料指标如下：

三、分析工况

       根据《火力发电厂干式贮灰场设计规程》（DL/T 5488-2014）中的相关条文，坝体应进行沉降计算、抗滑稳定计算，抗震设防烈度为7度及以上地区的坝体应进行抗震分析，必要时考虑渗流的影响。本工程场地地震基本烈度为6度，因此不考虑地震的影响，非正常条件下仅考虑暴雨的影响。

       各工况抗滑稳定安全系数应按表1的规定确定，干灰场抗滑稳定的计算按照正常运行条件、非正常运行条件以及考虑贮灰、暴雨作用划分了不同的计算工况组合。（详见表2）

表1  平原干灰场挡灰堤设计标准

       根据可行性研究报告，灰场总容积约为1.3×107m3。根据表2平原干灰场挡灰堤设计标准，确定灰堤的设计等级应为二级。内、外坡正常运行条件下抗滑稳定安全系数K均为1.15，非常运行条件抗滑稳定安全系数K为1.00。

       本项目无需考虑渗流和调洪水位，故对坝体、排土场原始边坡、排土场+坝体进行正常运行条件和考虑暴雨的非常运行条件下的稳定性计算与分析。（见表2）

表2  干灰场边坡抗滑稳定计算工况表

四、稳定性分析

工况1：排土场+未贮灰

       边坡稳定性验算 (瑞典法(Fellenius))

滑面上下滑力的总和 :  Fa =10754.03 kN/m

滑面上抗滑力的总和 :  Fp = 26536.15  kN/m

下滑力矩 : Ma = 2276413.66  kNm/m

抗滑力矩 : Mp = 5617171.42  kNm/m

安全系数 = 2.47 > 1.15。

排土场边坡在此工况下满足稳定性要求。

工况2：排土场+贮灰

       边坡稳定性验算 (瑞典法(Fellenius))

滑面上下滑力的总和 :  Fa = 11986.31 kN/m

滑面上抗滑力的总和 :  Fp = 29521.04 kN/m

下滑力矩 : Ma = 2746662.31  kNm/m

抗滑力矩 : Mp = 6764746.44  kNm/m

安全系数 = 2.46 > 1.15。

排土场边坡在此工况下满足稳定性要求。

工况3：排土场+未贮灰+暴雨

       边坡稳定性验算 (瑞典法(Fellenius))

滑面上下滑力的总和 :  Fa = 11472.25 kN/m

滑面上抗滑力的总和 :  Fp = 23401.98 kN/m

下滑力矩 : Ma = 2428445.61  kNm/m

抗滑力矩 : Mp = 4953731.64  kNm/m

安全系数 = 2.04 > 1.00。

排土场边坡在此工况下满足稳定性要求。

工况4：排土场+贮灰+暴雨

       边坡稳定性验算 (瑞典法(Fellenius))

滑面上下滑力的总和 :  Fa = 12806.02 kN/m

滑面上抗滑力的总和 :  Fp = 26057.66 kN/m

下滑力矩 : Ma = 2934499.20  kNm/m

抗滑力矩 : Mp = 5971113.16  kNm/m

安全系数 = 2.03 > 1.00。

排土场边坡在此工况下满足稳定性要求。

五、 总结

        按照规范要求，灰厂稳定性涉及多工况分析，通过GEO5软件建模，不需要多工况重复建模，在一个文件中即可实现不同工况的验算，操作方便快捷，也便于计算源文件的管理。