【摘要】：我國處于快速城鎮(zhèn)化階段,許多大型城市人地矛盾和交通擁堵問題突出,促使這些城市進行大規(guī)模地下空間開發(fā)和軌道交通建設,產(chǎn)生了大量的工程渣土。目前工程渣土的處置方式以堆填為主,每年數(shù)億噸的渣土被運往渣土場進行堆填,占用了大量土地;同時,許多渣土場未經(jīng)專業(yè)設計且運營過程不規(guī)范,導致渣土邊坡存在失穩(wěn)風險,易引發(fā)安全事故。2015年12月20日,深圳光明新區(qū)紅坳渣土場發(fā)生滑坡事故,滑坡方量達2.51×106 m3,滑出的渣土覆蓋面積達3.8×105m2,滑坡最遠距離1100 m�；聦е孪掠喂I(yè)園33棟建筑物被掩埋或不同程度損毀,73人死亡、4人失蹤,直接經(jīng)濟損失達8.81億元。類似的事故在我國呈多發(fā)態(tài)勢,反映了我們對渣土安全堆填技術的認識不足,暴露出城市建設中的管理不規(guī)范。因此,深入認識渣土邊坡失穩(wěn)機理,提出渣土堆填穩(wěn)定控制方法并規(guī)范渣土場設計運營過程,是解決當前問題的關鍵。本文通過現(xiàn)場勘察、室內(nèi)單元體試驗、超重力離心模型試驗、數(shù)值和理論分析等方法,對深圳光明新區(qū)渣土場邊坡滑坡前后的狀態(tài)、渣土的物理力學性質、滑坡失穩(wěn)模式和機理進行了系統(tǒng)地研究。通過數(shù)值計算分析了坡度、含水率、堆填速度和堆填方式對渣土邊坡堆填高度和渣土場容量的影響規(guī)律。本文主要工作和相應的成果如下:(1)通過資料收集、現(xiàn)場勘查、室內(nèi)試驗、數(shù)值模擬以及理論分析等方法,對深圳光明新區(qū)渣土場滑坡失穩(wěn)過程、設計和堆填過程、水文地質條件和工程地質條件進行了調查,對渣土場填料的基本物理力學性質進行了測試。調查結果表明:深圳光明新區(qū)渣土場22個月內(nèi)共堆填了 580萬方的渣土,形成了高度110米的“渣土山”。渣土的主要成分為細粒含量高、滲透系數(shù)低的花崗巖風化料。渣土堆填過程中壓實不充分,干密度測試結果表明超過80%土樣的相對密度小于67%。渣土場匯水面積達0.51km2,場區(qū)內(nèi)缺乏有效的截排水措施,兩年內(nèi)約有53萬方水量進入渣土場,導致近70%的渣土被飽和,邊坡后方水位升至118米。每月5-7米的高速堆填在下部高含水率、低滲透性土層中產(chǎn)生了較大超孔壓。現(xiàn)場多個鉆孔中觀測到了超孔隙水壓力現(xiàn)象,最大超孔壓水頭接近20米;室內(nèi)試驗表明滑床土體的平均固結度為33%,間接證明了超孔壓的存在。最終,渣土場邊坡發(fā)生了大范圍深層低傾角滑坡,滑動面最大深度達50多米。(2)采用渣土主要成分花崗巖風化料配置了不同初始含水率土樣,開展了三軸不固結不排水、固結不排水試驗,得到了花崗巖風化料不同排水條件下的強度指標。試驗結果表明:不固結不排水條件下內(nèi)摩擦角隨著固結圍壓增加引起的飽和度增加而減小,在等向壓縮完成后的飽和度大于0.7時,土樣的內(nèi)摩擦角顯著降低至3.4-8.3°,這解釋了深圳光明新區(qū)渣土場滑坡低傾角的特點。固結不排水條件下花崗巖風化料內(nèi)摩擦角和粘聚力隨初始含水率增加而減小。(3)根據(jù)深圳光明新區(qū)渣土場邊坡滑坡前的狀態(tài)設計和開展了兩組離心模型試驗,研究了高水位填土邊坡快速堆填時超孔壓產(chǎn)生情況和邊坡穩(wěn)定性,模擬了渣土場堆填過程,成功再現(xiàn)了深圳滑坡失穩(wěn)模式。離心模型試驗結果表明:高水位易誘發(fā)填土邊坡發(fā)生坡腳局部失穩(wěn),并向上擴展,引發(fā)整體滑動;在高含水率填土上快速加載會產(chǎn)生超孔壓,超孔壓與上覆有效應力的比值為0.54-0.85,總孔壓與上覆總土壓的比值為0.78-0.91;在高含水率填土區(qū)域上部繼續(xù)堆填導致高含水率填土產(chǎn)生超孔壓、軟化并向前流動、擠壓前部低含水率填土,最終引起大范圍深層低傾角滑動,高含水率填土區(qū)域在滑坡過程中起控制作用,離心模型失穩(wěn)模式與原型基本相同。(4)通過對離心試驗模型和滑坡原型進行極限平衡分析,反分析得到了離心模型填土的抗剪強度參數(shù)和原型失穩(wěn)工況。抗剪強度反分析結果表明有效內(nèi)摩察角φ'=22°-27°,與三軸試驗結果基本相同。對原型反分析表明,高地下水位和在高含水率區(qū)上部快速堆載引起的超孔壓共同導致了深圳光明新區(qū)渣土場邊坡發(fā)生深層低傾角失穩(wěn)。(5)最后,利用極限平衡法分析了花崗巖風化料填土邊坡堆填高度和渣土場容量的影響因素,提出了渣土場容量最大化的設計流程和安全運營的控制方法。渣土場設計時應綜合考慮填土的含水率、邊坡坡度、堆填方式和堆填速度,在保證邊坡穩(wěn)定的情況下實現(xiàn)容量最大化。渣土場運營應重點做好渣土初始含水率控制、排水設施建設以及填速度控制,同時做好水位、位移以及超孔壓的監(jiān)測。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P642.22
【圖文】：

圖２－１深圳光明新區(qū)渣土場滑坡俯視圖，照片拍攝于２０１５年１２月２１日逡逑２．３渣土場設計及堆填過程逡逑渣土場位于大眼山山腳，渣土場運行前該處為廢棄的采石場（圖２－２ａ）。據(jù)衛(wèi)星遙感逡逑影像顯示，渣土場東、南、西三面環(huán)山封閉，北面狹窄，整體成南北展布的“凹槽”狀，逡逑“凹槽”底部高程在４０？５０邋ｍ之間，“凹槽”入口高程約６０邋ｍ。根據(jù)２０１３年衛(wèi)星圖片和逡逑地形圖估計，采石坑內(nèi)積水約９ｘｌ０４ｍ３。２０１３年８月８日，綠威公司中標紅坳渣土場運營逡逑服務項目。２０１４年２月２１日，光明新區(qū)城市管理局向綠威公司核發(fā)《臨時受納場地證》，逡逑紅坳渣土場開始建設運營。逡逑１１逡逑

（ｃ）邋２０１５邋年邋１２邋月邋１８邋日，Ｐｌｅｉａｄｅｓ邋圖像逡逑２．３．１初步設計方案逡逑渣土場初步設計方案如圖２－３所示（參考《光明新區(qū)紅坳余泥渣土受納場水土保持方逡逑案報告書》），初步設計方案將渣土場堆填體劃分為１０級平臺，其中第一級平臺高６５米，逡逑第十級平臺高１５５米。渣土場渣土體堆放順序為先北后南、由下往上堆填，每１０米形成逡逑１級平臺。堆填體填埋采用１：２．５坡度（２１．８°邋），除第一級臺階平臺寬５米，其他各級平逡逑臺寬３米，總體邊坡角度約２０°。采用分層堆放，每層填土厚度不得超過５０ｃｍ并及時碾逡逑壓，碾壓壓實度要達到９０％以上。邊坡及坡頂３０ｍ范圍內(nèi)回填的棄土必須選擇土質較好、逡逑含水量較低的砂性山皮土或碎塊石土進行回填，粘性土含量不超過３０％。邊坡坡面復綠采逡逑用植草防護，表面覆蓋無紡布以防止雨水沖刷。每級臺階上設有排水溝，９５ｍ和１２５ｍ高逡逑程處

２．３．２．１堆填方董估算逡逑未經(jīng)進一步的詳細設計和安全論證，渣土場于２０１４年２月開始運營。根據(jù)渣土場城逡逑管臺班記錄不完全統(tǒng)計（圖２－４），邋２０１４年９月到２０１４年１１月，進場車輛數(shù)２６０２４輛，逡逑以每車２６邋ｍ３計算（下同），填方量６．７７ｘｌ0５ｍ３。２０１４年１２月至２０１５年３月渣土場因水逡逑土保持和環(huán)評問題處于停工整改狀態(tài)，因此沒有臺班記錄。２０１５年４月到２０１５年９月，逡逑進場車輛數(shù)３１７８６輛，填方量８．２６ｘｌ0５邋ｍ３。２０１５年１０月到２０１５年１１月，進場車輛數(shù)逡逑１０８８２輛，填方量２．８３ｘｌ0５ｍ３。在這有記錄的１１個月中，累計填方１．７８６ｘｌ0６ｍ３，每月填逡逑方邋１．６ｘｌ0５ｍ３。逡逑１６０邐邐—ｐｍ邋１00逡逑Ｍｏｎｔｈｌｙ邋ｎｕｍｔ＾ｏｒ逡逑１４０邋－邐Ｚ逡逑—邐＾邋Ｃｕｍｕｉａｔｉｖｅ邋ｎｕｍｂｅｒ邐／／邐￣邋８０邐＾逡逑Ｅ邐—？—邋Ｍａｘｉｍｕｍ邋ｅｌｅｖａｔｉｏｎ邐／邐▲邐？逡逑ｃ邋１２０邐－邐＾邐：逡逑１邐．邋ｙ＾邐／邋－６０邋｜逡逑！卜邋／邋一，邐－４0ｉ逡逑２邋６０邋；邋／邋／邐：２。逡逑４０邋邐ＩＩ邋＾邋＿邋Ｉ邋■■■■！邋0逡逑１１２Ｉ３Ｉ４Ｉ５Ｉ６Ｉ邋７ｌ８＇９ｈ0ｌｌ１ｌｌｄ邋ｌｌ２ｌ３Ｕｌ５ｌ６＜邋７Ｉ８Ｉ９Ｉ１０Ｈ１Ｉ１Ｉ逡逑２０１４邐Ｉ邐２０１５逡逑Ｄａｔｅ邋（ｍｏｎｔｈ）逡逑圖２４渣土場進場車輛數(shù)不完全統(tǒng)計逡逑根據(jù)Ｇｏｏｇｌｅ地球影像資料，截至２０１４年１１月中旬，渣土場底部完成了邋１－４級臺階逡逑修筑，其中第四級臺階高度約為９５ｍ，中部堆體高程?

【參考文獻】

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本文編號：2778303