棄渣場邊坡的粒徑分布特征及其失穩(wěn)機制研究

羅 浩，霍宇翔，巨能攀，賴若帆 ，解明禮，段 亮

(1.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，四川 成都 610059； 2.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川 成都 610059)

隨著我國西部地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展及基礎(chǔ)建設(shè)，西部山區(qū)公路和鐵路的建設(shè)日益增多。由于地形條件的限制，隧道的建設(shè)必不可少，在復(fù)雜地形條件下的鐵路建設(shè)中，長大隧道、特長隧道和隧道群也越來越多，也就產(chǎn)生了更多棄渣。目前隧道棄渣的利用率很低，通常只有10%～20%，其余的棄渣往往被選擇在施工場地周邊的溝谷地形傾倒堆砌，從而形成規(guī)模不一的棄渣場。棄渣場的穩(wěn)定性關(guān)系到區(qū)域內(nèi)的道路交通，棄渣場潛在引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害對下游地區(qū)人民生產(chǎn)生活也有不可忽視的危害。

目前對于棄渣場的研究主要有以下幾個方面：首先，部分研究人員為了對棄渣場的穩(wěn)定性進行評價，將棄渣場視為各向同性的均質(zhì)體斜坡進行研究，研究思路均將其視為類土質(zhì)邊坡并結(jié)合土力學(xué)的力學(xué)原理進行分析[1-3]。另一方面，考慮到棄渣場的組成物質(zhì)和特有的形成方式(傾倒堆積)不同于一般的自然土質(zhì)邊坡，部分研究人員提出棄渣場邊坡具有大孔隙率、低密度、坡體不同部位渣體粒徑分級現(xiàn)象明顯等特征，應(yīng)從棄渣場的坡體結(jié)構(gòu)特征入手進行分析[4-5]。李林等[6]根據(jù)排土場實際情況，用攝影與篩分綜合法分析了排土場的巖土塊度組成，得到了可靠的塊度組成分析資料，并在此基礎(chǔ)上，用數(shù)理統(tǒng)計的方法，總結(jié)出巖土塊度組成隨排土場高度變化的通用數(shù)學(xué)表達式。羅仁美[7]、黃廣龍等[8]、王光進等[9]對排土場的粒徑規(guī)律進行了研究，發(fā)現(xiàn)“一坡到底”的排棄方式對粒徑分選作用明顯，且分別總結(jié)了不同粒徑顆粒的分布規(guī)律。研究得出：在排土場內(nèi)，細顆粒含量隨高度增加而增加，粗顆粒含量隨高度增加而減少，大塊石基本聚集于底部。申其鴻[10]采用攝影-圖像分析的方法，統(tǒng)計分析了棄渣體塊度特征，并采用R-R函數(shù)表達了棄渣塊度組成，發(fā)現(xiàn)該方法的結(jié)果與實測塊度結(jié)果的擬合程度接近。汪洋等[11-13]從物料堆積演化過程分析了排土場物料的粒徑分選特征及堆積體的結(jié)構(gòu)形態(tài)，研究表明：排土場物料粒徑分選和堆積體的結(jié)構(gòu)形態(tài)受較多因素影響。

總體而言，棄渣場邊坡的不均勻性、各向異性以及坡體各部位棄渣體物理力學(xué)參數(shù)隨級配特征變化明顯的特性是棄渣場邊坡特有的。但現(xiàn)有的數(shù)學(xué)統(tǒng)計、攝影-圖像分析以及篩分試驗等方法雖然在這方面研究中表現(xiàn)出一定的科學(xué)性和優(yōu)越性，但是也存在著一定的局限性：并不能真實反映棄渣場邊坡在堆積過程中不同粒徑顆粒的分布特點和引起的破壞模式影響效應(yīng)[14-15]。為突破這一局限，本文采用物理模擬方法重現(xiàn)了棄渣體的堆積過程，研究了棄渣場邊坡內(nèi)的渣體粒徑分級特征，以及棄渣堆積體的坡體結(jié)構(gòu)特征。并根據(jù)物理模擬的試驗結(jié)果，結(jié)合PFC離散元數(shù)值模擬研究了棄渣場邊坡在考慮粒徑分級情況下的變形失穩(wěn)過程。研究結(jié)果可為該類棄渣場邊坡結(jié)構(gòu)特征、堆積體分級特征、變形破壞機制研究和堆積體邊坡以及排土場邊坡物理模擬試驗研究提供借鑒，另一方面為該地區(qū)隧道工程工程建設(shè)及棄渣體的堆積提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)敘永—大村鎮(zhèn)段鐵路主要位于瀘州市南部的古藺縣，地處四川盆地南緣、云貴高原北麓。按成因類型，德耀—古藺—兩河一線以北為構(gòu)造剝蝕、侵蝕地貌。古藺縣處于亞熱帶與暖溫帶過渡季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，氣候溫和，立體氣候顯著。氣象資料表明古藺縣極端最高氣溫40.7 ℃，極端最低氣溫-8 ℃。從時間上看，區(qū)內(nèi)降雨量多集中在5～8月，約占全年的65%，也是地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)期，其一般規(guī)律為：海拔1 000 m以下地區(qū)，降雨量隨海拔上升而增多，平均增率約為47.7 mm/100 m；1 000 m以上地區(qū)，隨海拔升高降雨量則呈減少趨勢。根據(jù)瀘州市古藺縣氣象站降雨歷史數(shù)據(jù)顯示，研究區(qū)內(nèi)月最大降水量為189.4 mm，日最大降水量為164 mm，1 h最大降水量為63.9 mm，連續(xù)最長降雨時間為18 d，降雨量如表1所示。

表1 古藺縣雨量統(tǒng)計

圖1 研究區(qū)典型棄渣場全貌圖Fig.1 Panorama of the typical abandoned slag yards in the study area

圖3 敘大鐵路沿線棄渣場已有變形破壞現(xiàn)象Fig.3 Deformation and damage of the abandoned slag yard along the Xuyong-Dacunzheng Railway

圖2 大嶺山隧道棄渣場剖面圖Fig.2 Profile of the abandoned slag yard of the Dalingshan Tunne

研究區(qū)內(nèi)棄渣場已有的變形跡象及破壞特征主要發(fā)現(xiàn)于棄渣體表層局部及附屬結(jié)構(gòu)內(nèi)，表現(xiàn)為坡表沖刷、渣體裂縫、局部滑塌及附屬結(jié)構(gòu)破壞幾大類，并未發(fā)現(xiàn)整體失穩(wěn)的情況。由于棄渣體松散堆積的特性，降雨以及地表水的沖刷作用對棄渣場穩(wěn)定性影響較大，水的入滲也會降低棄渣體顆粒的力學(xué)特性。如圖3所示，因雨水或地表水的沖刷，已造成部分位置棄渣體流失，棄渣堆積體表層出現(xiàn)沖溝或水土流失的跡象；多個棄渣場可見棄渣體內(nèi)存在裂縫，若雨水滲入渣體內(nèi)部，裂縫繼續(xù)發(fā)展，棄渣場容易發(fā)生整體失穩(wěn)破壞；部分棄渣場內(nèi)渣體分臺階堆積，一些臺階位置處棄渣堆積過多，已發(fā)生臺階位置局部垮塌。

2 棄渣場邊坡粒徑分級特征研究

針對棄渣場的現(xiàn)有研究基本都是將棄渣堆積體視作一種均一材料，而實際傾倒形成的棄渣堆積體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征和粒徑分級情況十分明顯。常用的鉆探、物探等地質(zhì)調(diào)查方法在松散的棄渣堆積體中適用性不強，因此本文通過棄渣傾倒模型試驗來模擬棄渣堆積體的形成過程并獲棄渣堆積體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)形式[16-19]。本次物理模擬試驗針對研究區(qū)由斜坡傾倒渣體形成的棄渣場，重點研究不同粒徑的棄渣顆粒在斜坡場地上堆積過程中的運動分選規(guī)律和堆積體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征。實驗中通過一定的相似比例，選擇表面粗糙且磨圓度差的石英砂和碎石代替棄渣顆粒，在物理模擬模型箱內(nèi)，模擬了棄渣堆積的全過程，得出了棄渣堆積時不同粒徑顆粒在坡體中的分布規(guī)律。實驗結(jié)果對分析棄渣場棄渣顆粒的粒徑分級及棄渣堆積體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征有一定的指導(dǎo)意義。

2.1 實驗方案

本次試驗的模型作為一個定性模型，主要研究棄渣堆積體中顆粒的粒徑分級規(guī)律，及粒徑分級造成的結(jié)構(gòu)特征，在相似關(guān)系中首先滿足顆粒粒徑尺寸的幾何相似關(guān)系和運動相似關(guān)系。本次試驗選擇1∶50的相似比對原始坡面及堆積顆粒進行縮尺處理。研究區(qū)風(fēng)險較大的多個棄渣場都是將棄渣直接傾倒在原始斜坡場地上形成的，為坡地型棄渣場，本次試驗針對該類型棄渣場，首先需將原始斜坡地形進行概化。各棄渣場的單個臺階的堆積高度集中在20～30 m范圍內(nèi)，棄渣堆積場地的原始斜坡角度范圍為20°～30°；從剖面上來看，其地形存在一些凹凸不平，根據(jù)數(shù)次預(yù)試驗發(fā)現(xiàn)：不平的地形主要對棄渣堆積的初期影響較大，當(dāng)新的堆積體坡面形成時，其原始地形對的棄渣傾倒時分選的影響可忽略。因此將原始斜坡概化為坡角為25°的一平面，根據(jù)試驗采用的模型箱尺寸如圖4所示。

圖4 模型箱示意圖Fig.4 Schematic diagram showing the model box

2.2 實驗?zāi)Ｐ?/h3>

由于實際的棄渣總體粒徑較大，從中篩分出符合相似比的小顆粒進行模型試驗相當(dāng)困難，因此本次試驗采用相似材料代替。石英石和碎石的完整顆粒重度與實際棄渣顆粒的重度接近，且磨圓程度低，為模擬在重力作用下堆積材料的分選情況，選擇石英砂和碎石顆粒替代實際棄渣[20-23]；再根據(jù)現(xiàn)場實測粒徑(表2)按照1∶50的相似比例選擇不同的粒徑組材料：0.12～0.18 mm(80～120目)石英砂、0.38～0.83 mm(20～40目)石英砂、1～2 mm(9～16目)石英砂、2～4 mm(5～9目)石英砂、5～10 mm碎石。對實際棄渣場邊坡不同坡體部位的棄渣體采樣并進行篩分實驗，采樣過程中考慮到堆積體具有分級特征，應(yīng)從不同部位分別采樣[24]，本次試驗分別在棄渣場斜坡的坡頂、坡中部、斜坡底部取樣。篩分所得實際棄渣邊坡的級配特征取3處試樣級配實驗結(jié)果的平均值。

表2 實測各粒徑組含量

如圖5所示，根據(jù)棄渣顆粒的磨圓度及表面粗糙度程度，選取性質(zhì)較為接近的石英砂作為相似材料，并按照斜坡實際級配特征配置相應(yīng)的比例，其中顆粒粒徑處于5～10 mm的試驗材料用碎石代替[25-27]，相似材料的配比如表3所示。

圖5 試驗選用材料及配比Fig.5 Selection of material and proportion for testing

表3 試驗材料配比

2.3 實驗過程

試驗開始后，持續(xù)緩慢地將材料傾倒在坡頂，眾多的單個顆粒不斷地在運動和停止的狀態(tài)間相互轉(zhuǎn)換，不斷地形成新的堆積體。堆積體的形成是一個動態(tài)的過程，單個顆粒的運動方式可能為滑移運動、翻滾運動或滑移-翻滾相互轉(zhuǎn)換運動，大體規(guī)律為小顆粒通?；七\動，粒徑越小越容易因能量耗盡或滲入空隙中而停止，顆粒在首次運動停止后受到作用會再次啟動，在某個更低位置停止[28]。在此過程中形成的堆積體各階段如圖6所示。

圖6 棄渣堆積過程Fig.6 Dreg accumulation process

2.4 實驗結(jié)果

從最終的堆積效果可以看出堆積體內(nèi)不同粒徑組的顆粒分布不均勻，存在明顯的粒徑分級特征?？蓮乃椒謱?、斜向分層和整體分區(qū)的角度對形成的堆積體粒徑分級特征進行分析[29]。將水平和斜向的分層界限結(jié)合，總共將堆積體劃分為43個區(qū)域，其中水平方向從上至下的5層內(nèi)分別被分為10，10，10，8和5個區(qū)域(圖7)。堆積體各分區(qū)內(nèi)粒徑分級明顯，其中第一水平層內(nèi)的1-1～1-10各區(qū)域都主要以細顆粒為主，粒徑分級不明顯；第二水平層內(nèi)2-1、2-3、2-5區(qū)域存在的粗顆粒較多，其他區(qū)域以中細顆粒為主；第三水平層內(nèi)的3-3、3-5、3-7、3-10區(qū)域，第四水平層內(nèi)的4-1、4-3、4-5、4-8區(qū)域，以及第五水平層內(nèi)各區(qū)域均存在粗顆粒聚集的現(xiàn)象。

圖7 堆積體粒徑分區(qū)特征Fig.7 Partition characteristics of grain size of the accumulation body

結(jié)果表明根據(jù)粒徑的斜向分層特征可將堆積體分為數(shù)個條帶狀區(qū)域，且條帶方向與坡面方向平行(即各層與地面的角度為混合堆積體的自然休止角)，不同條帶狀層內(nèi)的粗顆粒交替聚集出現(xiàn)，其中從內(nèi)至外第3，5，7，10層內(nèi)各層的中下部出現(xiàn)粗顆粒大量聚集的現(xiàn)象，而第1，2，4，6，8，9層內(nèi)各層中下部的粗顆粒相對較分散，各局部以中顆粒為主。

從最終堆積情況來看，不同粒徑組的顆粒在堆積體內(nèi)部的分布位置明顯存在較大差異，堆積體整體內(nèi)部粒徑分級的情況明顯。根據(jù)分層篩分得到的各粒徑組的顆粒在各層分布的質(zhì)量比例如表4所示。

表4 堆積體各粒徑組分布

對傾倒形成的堆積體按相對高度劃分為5個區(qū)域進行篩分，得到堆積體不同高度的級配。因試驗采用的顆粒粒徑不連續(xù)，部分粒徑范圍內(nèi)的顆粒缺失，不宜使用粒徑累計曲線來表示各層的級配；而通過百分比累計柱狀圖可以明確看出各層中的顆粒級配，各粒徑組顆粒按質(zhì)量在各高層的分布如圖8所示。

圖8 各層粒徑組累計百分比Fig.8 Cumulative percentage of the particle size groups in each layer

試驗結(jié)果表明：第一層級配由大部分的0.12～0.18 mm和0.38～0.83 mm組的細顆粒和少量其他組顆粒組成；第二層和第一層類似，但細顆粒所占百分比有所降低，且0.38～0.83 mm組的細顆粒最多；第三層的級配中1～2 mm組的中等粒徑顆粒占比最多；第四層的級配90%以上由1～2 mm、2～4 mm和5～10 mm的中粗顆粒組成，其中2～4組的占比最多；第五層的級配主要由2～4 mm和5～10 mm的粗顆粒組成，且5～10 mm組的占比最多，基本不含0.12～0.18 mm組的最細顆粒。第一層至第五層中所占百分比最多的顆粒粒徑組分別為粒徑從小到大的5組顆粒。

3 基于PFC2D的棄渣場變形破壞機制分析

在針對散粒體邊坡變形運動過程模擬所用的方法中，離散單元法(DEM)是應(yīng)用最廣泛的。但在大多數(shù)的研究中并沒有考慮棄渣場坡體結(jié)構(gòu)的特征，即不同粒徑的分布特征[30]。將棄渣體視作連續(xù)介質(zhì)不能表現(xiàn)出棄渣場的非連續(xù)大變形運動過程。在前文實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)實驗結(jié)論，引入粒徑分級特征這一影響因素，對大嶺山隧道進口棄渣場進行顆粒流模擬(表5)，在計算該棄渣場穩(wěn)定性系數(shù)的過程中對強度進行折減，取臨界狀態(tài)下的強度參數(shù)(斜坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.0條件下的參數(shù)取值)，模擬分析該棄渣場變形及失穩(wěn)過程。

表5 分層級配統(tǒng)計

3.1 基于PFC2D的變形破壞過程分析模擬方案

根據(jù)試驗結(jié)果，在對棄渣場邊坡進行變形破壞機制分析時應(yīng)考慮棄渣場邊坡內(nèi)部渣體不均勻分布的影響。可以通過添加顆粒直徑的不均勻性取值的方式得以實現(xiàn)。具體圓盤顆粒的直徑和比例按照物理模擬試驗結(jié)論賦值(圖9)。

圖9 模型尺寸及測量圓布置示意圖Fig.9 Schematic diagram showing the model size and measuring circle layout

模擬工況(暴雨工況)考慮自重和暴雨影響：水的作用是誘發(fā)棄渣場失穩(wěn)的一個關(guān)鍵因素，研究區(qū)多數(shù)的棄渣場后緣坡體沖溝發(fā)育，匯水面積大，雨水經(jīng)坡體匯集在后緣沖溝排出，沖溝被棄渣堆積體阻塞，匯集的地表水不能有效排除[31]。棄渣堆積體透水性大，積水多數(shù)經(jīng)棄渣內(nèi)部排出，部分以孔隙水的形式存在堆積體內(nèi)部。在暴雨狀態(tài)下棄渣場失穩(wěn)風(fēng)險大，需重點研究。在天然工況的基礎(chǔ)上，考慮暴雨工況下(根據(jù)研究區(qū)日最大降雨量，設(shè)置暴雨狀態(tài)下的降雨量為0.164 m/d)巖土體物理力學(xué)參數(shù)變化對棄渣場變形破壞過程的影響。

3.2 棄渣場PFC2D模型建立及參數(shù)取值

(1)顆粒流模型的建立

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及極限平衡法計算的結(jié)果，基巖對棄渣場穩(wěn)定性的影響不大，而擋墻完好，能形成有效的防護，因此在PFC模型建立時將基巖和擋墻設(shè)置為墻體(Wall)以限制顆粒的運動[32]。

模型中的材料分為棄渣體和軟弱覆蓋層，將棄渣體按高程分為8個區(qū)域，分別生成不同級配的球體以模擬顆粒粒徑分級的現(xiàn)象。將實際顆粒粒徑按比例擴大，覆蓋層球體半徑為0.075～0.1 m，棄渣顆粒半徑范圍為0.025～0.15 m，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查及模型試驗的結(jié)果，設(shè)置各分區(qū)內(nèi)球體的級配與孔隙率(表4)最終總共生成42 279個球體顆粒，建立考慮粒徑分布模型(圖10)。

圖10 棄渣場邊坡顆粒流模型Fig.10 Particle flow model for slope of the abandonment yard

(2)細觀參數(shù)的標(biāo)定及取值

圖11 PFC數(shù)值直剪試驗Fig.11 Numerical direct shear test

級配棄渣體和覆蓋層的接觸模型采用平行黏結(jié)模型(linear parallel bond model)，對于顆粒天然狀態(tài)下的參數(shù)，根據(jù)數(shù)值直剪試驗和物理直剪試驗的參數(shù)標(biāo)定擬合，物理試驗選取砂巖組0.25 MPa軸壓下的曲線進行擬合(圖11為數(shù)值直剪試驗?zāi)Ｐ停瑘D12為擬合成果曲線)，將擬合參數(shù)結(jié)合經(jīng)驗參數(shù)確定PFC細觀參數(shù)的取值。由擬合試驗結(jié)合經(jīng)驗參數(shù)，顆粒的細觀參數(shù)取值如表6所示。由于棄渣場邊坡松散堆積和孔隙率大的特性，棄渣顆粒的黏結(jié)強度和黏聚力可忽略不計，主要物理參數(shù)為棄渣顆粒的重度和內(nèi)摩擦角。

圖12 直剪試驗參數(shù)擬合Fig.12 Parameter fitting of the direct shear test

表6 巖土體細觀參數(shù)取值

3.3 棄渣場邊坡變形失穩(wěn)過程分析

根據(jù)Geo-Slope計算得到安全系數(shù)，取臨界狀態(tài)下(k=1.0時)的強度參數(shù)賦值，并對材料參數(shù)進行折減，使得棄渣場發(fā)生失穩(wěn)，分析其變形失穩(wěn)的過程。提取測量圓和監(jiān)測點的位移數(shù)據(jù)，得到各監(jiān)測點顆粒的運動位移隨計算時步的變化關(guān)系(圖13)。

圖13 位移-計算時步曲線Fig.13 Displacement-calculating time-step curve

從位移監(jiān)測曲線結(jié)合各階段坡體形態(tài)可以看出，整個變形過程中坡體越上部的顆粒位移越大，底部的顆粒位移量較小。

整個變形破壞過程大致可分為以下幾個階段：

(1)應(yīng)力重分布階段(0～105步)：應(yīng)力重分布，顆粒幾乎沒有位移，此階段為強度折減后的第一個階段，顆粒間的作用力進行調(diào)整，坡體內(nèi)部的應(yīng)力發(fā)生重分布。

(2)后緣拉裂階段(1.0×105～1.6×105步)：后緣拉裂，顆粒發(fā)生位移，坡體出現(xiàn)變形，此過程的變形速率不大。

(3)后緣下錯，前緣鼓脹階段(1.6×105～3.0×105步)：次生裂縫產(chǎn)生，坡體整體下移，同時坡表臺階及前緣出現(xiàn)鼓脹，此階段整體破壞呈現(xiàn)加速的趨勢，變形速率較大。

(4)滑面形成階段(3.0×105～5.0×105步)：潛在滑動面形成，變形速率進一步增大，坡體的滑動位移急劇增加。

(5)斜坡失穩(wěn)破壞階段(5.0×105步之后)：滑動面完全貫通，坡體整體失穩(wěn)，變形位移保持一定的速率不斷增加。

邊坡變形至失穩(wěn)過程的位移云圖如圖14所示。

圖14 變形至失穩(wěn)過程的位移云圖Fig.14 Displacement nephogram from deformation to instability

從計算開始至1.0×105步過程中，顆粒間的應(yīng)力發(fā)生重分布。約1.0×105步時，第二臺階上方的顆粒因顆粒粒徑較大，相對上方的顆粒黏結(jié)較弱，在摩擦系數(shù)和黏結(jié)強度折減后，該位置顆粒之間的連接率先產(chǎn)生破壞，顆粒發(fā)生運動，坡表表現(xiàn)為向外側(cè)鼓脹。此時除鼓脹位置外，坡體的變形和位移不大。

計算至1.5×105步時，鼓脹的顆粒位移加大，達到0.15 m。2.5×105步時，后緣平部平臺位置產(chǎn)生的拉裂縫向下貫通整個棄渣體，同時第一級平臺位置坡體前緣的顆粒被擠出。3.5×105步時，前緣顆粒被擠出位移約0.4 m，后緣拉裂縫張開較寬，裂縫之前的顆粒沿著覆蓋層整體向下滑動，裂縫之后的渣體下滑速率較下部慢。計算至5×105步時，可看出沿軟弱覆蓋層的潛在滑動面形成，第二級平臺上部發(fā)生局部垮塌，前緣顆粒的位移達到0.75 m。計算至1.0×106步時，邊坡整體已經(jīng)破壞，滑面完全貫通，顆粒的位移最大達到1.6 m，其中位移最大位置出現(xiàn)在棄渣體的中部至第一級平臺范圍內(nèi)。此時以較高的速率下滑，顆粒將繼續(xù)運動沖出擋墻。

從整個過程來看，該棄渣場的失穩(wěn)模式為：滑面穿過棄渣體內(nèi)部和覆蓋層，帶動上部的棄渣體滑動。因中間高程相較原始坡面角陡，上面堆積的棄渣體重度大，該部分的覆蓋層內(nèi)首先發(fā)生材料的剪切破壞，即該部分顆粒間的黏結(jié)被破壞，首先發(fā)生運動。在中部顆粒的推動下，前緣的顆粒被擠出，后部的顆粒因失去支撐而滑動。坡體的中下部表現(xiàn)出推移式滑坡的特征，棄渣體的上部表現(xiàn)出牽引式滑坡的特征。

4 結(jié)論

(1)通過概化模型的傾倒堆積試驗研究發(fā)現(xiàn)：堆積體的形成是一個動態(tài)的過程，堆積體的每一個階段都是由每個顆粒經(jīng)過多次運動后停止堆積形成的，在堆積體不斷形成的過程中，不同粒徑的顆粒在重力及顆粒間的相互作用下不斷地被分選，最終形成的堆積體粒徑分級程度高，不均勻性強，具有明顯的結(jié)構(gòu)特征。

(2)不同粒徑顆粒的平均運動距離不同，粒徑與運動成正相關(guān)，最終形成的堆積體中顆粒的粒徑級配不均勻分布現(xiàn)象明顯。堆積體內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，主要表現(xiàn)為：上部密度大，下部密度?。簧喜靠障堵市∏铱障痘静回炌?，下部的空隙率大且有較多的貫通空隙。堆積體不同高程位置的松散堆積材料具有不同的抗剪強度參數(shù)，其中黏聚力不大，且變化規(guī)律不明顯，內(nèi)摩擦角從上至下隨著各層顆粒的平均粒徑的增大而逐漸增大。

(3)使用PFC2D模擬了大嶺山棄渣場邊坡在降雨工況下的變形破壞過程，整個過程分為應(yīng)力重分布、中部覆蓋層剪切破壞、后緣拉裂、后緣下錯、前緣鼓脹、潛在滑面形成及滑面貫通幾個階段。坡體的中下部表現(xiàn)出推移式滑坡的特征，棄渣體的上部表現(xiàn)出牽引式滑坡的特征。