降雨条件下内排土场浅层破坏与运动特征

摘 要：降雨条件下内排土场易产生侵蚀和浅层滑坡，揭示浅层滑坡启动与运动特征是内排土场浅层滑坡机理研究的基础。以内蒙古元宝山露天煤矿内排土场为原型，根据相似理论进行物理模拟试验，研究内排土场浅层破坏特征。在考虑实际非饱和浸润层的基础上，推导改进的Green-Ampt 降雨入渗模型和内排土场稳定性分析方程，并划分边坡稳定系数对雨水入渗深度的敏感程度阶段。借助离散元方法（MatDEM），构建降雨入渗与浅层滑坡模型，模拟内排土场降雨入渗和浅层滑坡的全过程，并从动力学角度探究浅层滑坡的破坏特征。研究结果表明：降雨入渗条件下，内排土场坡面侵蚀从溅蚀凹槽到径流或面流。随着雨水的进一步入渗，浸润峰以上土体开始整体失稳并呈浅层破坏特征。越趋于饱和的无黏性土体越易呈现颗粒流且越早滑动，从而表现为侵蚀现象。根据雨水入渗深度，内排土场稳定系数的变化可划分为高敏感、敏感削弱和低敏感三个阶段。降雨前期雨水主要以入渗为主，但随着雨水入渗深度的逐渐加深，水分运移路径也逐渐加大，降雨后期雨水的入渗速率也逐渐减低。浅层滑坡时，内排土场各层土体均呈现出运动速度迅速增加，并保持短时的快速运动，然后逐渐减小，最后逐渐趋于稳定的规律。滑坡表层、前缘土体的运动速度始终比底层、后缘高，滑动期间由势能转换来的大部分动能被滑带附近的摩擦所消散。持续的降雨会产生新的饱和层和浸润层进而使浅层滑坡持续发生。可以添加化工材料到坡表土来增加表层土黏性，进而降低浅层滑坡中的坡面侵蚀规模。应以较缓坡度对内排土场边坡进行堆积，这会有效地在浅层滑坡过程中降低滑坡体的动能积攒且增加滑坡体间的摩擦损耗。获得的内排土场稳定性分析方法与浅层滑坡运动特征可为内排土场防灾减灾工作的开展提供参考。

图3 模型试验

图10 二维土坡模型图

图13 滑坡运动过程

图15 滑坡体单元平均速度变化曲线

图17 能量时间历史曲线