河南省鐵生溝礦鄰區(qū)山體滑坡原因與防治對(duì)策

李松營(yíng)

（義馬煤業(yè)集團(tuán)股份有限公司 地質(zhì)研究所，河南 義馬 472300）

0 引言

河南省鞏義市鐵生溝滑坡體位于河南省鞏義市夾津口鎮(zhèn)鐵生溝村，北距鞏義市約25km。該滑坡體自1992年開始出現(xiàn)斜坡變形和滑坡，威脅著武警大院、鐵生溝煤礦和鄰近村莊共2000多居住工作人口以及豫31公路行車的安全。鐵生溝煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120×104t/a，原為監(jiān)獄煤礦，2004年移交義煤集團(tuán)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。該礦采取了地表排水、埋置抗滑樁等措施，較明顯地抑制了滑坡滑動(dòng)，但由于受到工農(nóng)關(guān)系等因素制約，滑坡滑動(dòng)危險(xiǎn)并沒(méi)有根本解除。鑒于滑坡體的嚴(yán)重威脅和監(jiān)獄的特殊性，監(jiān)獄于2003年整體搬遷，煤礦停產(chǎn)達(dá)半年之久；移交后，汛期煤礦仍多次停產(chǎn)防災(zāi)。

1 滑坡概述

1.1 滑坡區(qū)地形與氣候

滑坡區(qū)地處嵩山西北側(cè)山前丘陵區(qū)，滑坡體北側(cè)緊鄰小平頂山，地勢(shì)北高南低，地面標(biāo)高365～410m，滑坡區(qū)地面坡度約15°，屬剝蝕丘陵地貌，沖溝較為發(fā)育。豫31公路東西向穿越滑坡體。該區(qū)多年平均降水量587mm，降水多集中在7～9月。

1.2 滑坡區(qū)地質(zhì)

區(qū)域地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)嵩箕小區(qū)。滑坡區(qū)及周圍出露基巖為上二疊統(tǒng)上石盒子組黃綠、灰、紫紅色頁(yè)巖、泥巖、粉砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖等，厚度達(dá)數(shù)百米，其產(chǎn)狀：10°∠15°。第四系分為殘坡積物和黃土類地層。前者分布于低山丘陵區(qū)前緣，巖性為碎塊石、粉質(zhì)粘土等，厚度0～40m；后者則形成河谷階地，厚度大于20m，與坡積物呈過(guò)渡關(guān)系?；麦w巖性以上述坡積物為主，上段一般由粉沙和粉沙質(zhì)粘土組成，厚度一般1～3m，最大厚度不超過(guò)10m，表層多為耕作層；中、下段主要成份為大小不等的礫石，粘土和亞粘土充填其間，分布極不均勻；中下段或底部分布有薄層狀粘土層，厚度最大1.8m，平均0.55m，一般為0.20～0.40m（圖1）。

1.3 滑坡體及致災(zāi)范圍

滑坡區(qū)南北長(zhǎng) 220～340m，東西寬約 185～330m，面積近67800m2?；麦w整體上北薄南厚，最厚達(dá)40m，平均厚度15.5m。經(jīng)計(jì)算，滑坡體體積約105×104m3。致災(zāi)范圍包括約330m長(zhǎng)的豫31公路、武警支隊(duì)大院、鐵生溝煤礦生活辦公區(qū)和滑坡體本身等，面積大約10×104m2（圖2）。

1.4 滑坡威脅

滑坡威脅對(duì)象包括滑坡體自身地表的梯田和樹木、豫31公路、武警六支隊(duì)大院、鐵生溝煤礦的2幢職工宿舍樓、1座辦公樓、1座倉(cāng)庫(kù)等?；驴赡茉斐蓾撛诘闹苯咏?jīng)濟(jì)損失即達(dá)千萬(wàn)元以上，還對(duì)當(dāng)?shù)鼐用?、行人的生命安全?gòu)成威脅，導(dǎo)致心理恐慌，影響社會(huì)穩(wěn)定。

1.5 滑坡體活動(dòng)的規(guī)律和特點(diǎn)

此滑坡體自1992年以來(lái)，一直處于滑動(dòng)變形之中。根據(jù)長(zhǎng)期觀測(cè)資料，滑坡體活動(dòng)呈現(xiàn)如下規(guī)律和特點(diǎn)：

（1）滑坡體活動(dòng)與大氣降水關(guān)系密切，并呈現(xiàn)一定的滯后。汛期中后期及其以后的2個(gè)月內(nèi)是滑坡體活動(dòng)的活躍期，每年的10月份是滑坡體活動(dòng)最為活躍的時(shí)期；其它時(shí)間段，滑坡體相對(duì)平靜。豐水年份，滑坡體滑動(dòng)嚴(yán)重；其它年份，滑坡體滑動(dòng)量較小。例如：2003年，當(dāng)?shù)亟邓窟_(dá) 982.4mm，是常年的1.67倍；其中，汛期6～9月降水量就達(dá)674.1mm，是常年總量的1.15倍。當(dāng)年，滑坡體活動(dòng)為歷年來(lái)最為嚴(yán)重的一次，10月份僅20多天時(shí)間，監(jiān)獄北側(cè)擋土墻最大相對(duì)位移量就達(dá)到20cm，墻體多處出現(xiàn)5cm以上的裂縫；31公路和院內(nèi)出現(xiàn)多處50cm以上的臌丘。

圖1 滑坡區(qū)綜合地層柱狀圖Fig.1 Comprehensive stratum column in the landslide area

圖2 鐵生溝滑坡致災(zāi)范圍示意圖Fig.2 Sketch m ap of hazard threatening of the landslide1—致災(zāi)范圍；2—滑坡體范圍；3—滑坡體滑動(dòng)方向

（2）滑坡體受到前緣抗滑樁的阻滯，滑動(dòng)方向由南東轉(zhuǎn)向南西。目前，滑坡體的滑動(dòng)方向?yàn)?30°左右。

（3）滑坡體中軸附近滑坡活動(dòng)強(qiáng)烈，位移幅度較大，向兩側(cè)逐漸減弱減小。

（4）滑坡體的后緣、中部和前緣表現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)方式不同。滑坡體后緣出現(xiàn)多處寬大的張性裂縫，以水平運(yùn)動(dòng)為主；中部以下沉擠壓為主；前緣是剪應(yīng)力集中區(qū)域，由于受到抗滑樁等的阻滯，以上升鼓脹隆起運(yùn)動(dòng)為主（圖3）。

圖3 滑坡滑動(dòng)示意圖Fig.3 Sliding sketch map of the landslide1—松散堆積物；2—泥巖；3—砂質(zhì)泥巖；4—砂巖

2 滑坡因素分析

滑坡是內(nèi)因和外因綜合的結(jié)果?；麦w松散、透水性好而聯(lián)結(jié)性弱是造成滑坡的內(nèi)在的根本的原因，大氣降水和人工活動(dòng)是導(dǎo)致滑坡加速的誘因。

2.1 巖性

滑坡體由第四系坡積物、洪積物組成，呈松散堆積。巖性主要沙土、亞沙土夾礫石，土質(zhì)松散，聯(lián)結(jié)性極弱，孔隙率大，透水性能良好，力學(xué)強(qiáng)度低［1-3］。這是滑坡滑動(dòng)的巖性基礎(chǔ)。

2.2 滑動(dòng)面

滑坡體中下部或底部存在一層厚度0～1.80m，平均0.55m的粘土層（圖1）。粘土中富含高嶺土、伊利石、蒙脫石、膨潤(rùn)土等礦物成份。這些礦物親水性強(qiáng)，遇水膨脹軟化。粘土層遇水軟化后抗剪能力快速衰減，構(gòu)成滑帶，是構(gòu)成滑坡滑動(dòng)的關(guān)鍵因素之一［3］。經(jīng)5個(gè)鉆孔探查，滑動(dòng)面正處于此粘土層中。

2.3 大氣降水

大氣降水滲入地下，以結(jié)合水和重力水等地下水形式存在。重力潛水由高向低、自北向南徑流。地下水既增加了滑坡體的重量，又大大降低了巖土的抗剪能力，還對(duì)滑面起著軟化增滑作用。潛水在松散滑坡體中徑流，對(duì)滑體同時(shí)起著推動(dòng)作用。長(zhǎng)期充沛的大氣降水，使得潛水位升高，地下水的動(dòng)壓和靜壓增加，從而加速滑體的滑動(dòng)［2，4］。

2.4 人工活動(dòng)

該區(qū)域曾經(jīng)或正在進(jìn)行的人類活動(dòng)有井下采掘生產(chǎn)、梯田耕作、筑路切坡和廠礦建設(shè)等。

2.4.1 井下采掘

滑坡體距鐵生溝煤礦最近的工作面870m，采深230～260m。根據(jù)義馬及其它礦區(qū)的實(shí)測(cè)資料，采煤塌陷角基巖不足 60°，黃土層為 45°［5-6］，采煤后地表影響的向外延伸距離為：

L=h1cotɑ1+h2cotɑ2

式中，L——采煤后地表影響的向外延伸距離；

h1+h2——工作面采深（取最大值260m）；

h1——基巖層厚度（取 220m）；

ɑ1——基巖塌陷角（取 60°）；

h2——黃土層厚度（取最大值40m）；

ɑ2——黃土層塌陷角（取 45°）。

將以上數(shù)據(jù)代入，經(jīng)計(jì)算，得：

L=167.02＜870m，

因此，采煤對(duì)滑坡不構(gòu)成影響。開掘巷道對(duì)地表的影響又遠(yuǎn)小于采煤，更不會(huì)對(duì)滑坡造成影響。

2.4.2 梯田耕作

山坡改為梯田，改變了自然地貌，形成多級(jí)陡坎，陡坎不利于滑坡體穩(wěn)定［3］；同時(shí)，坡改田及農(nóng)田翻耕不利于大氣降水匯成地表水后流出滑坡體，有利于降水入滲形成地下水。因此，梯田及其耕作是滑體滑動(dòng)的一個(gè)重要因素。

2.4.3 筑路切坡

豫31公路通過(guò)滑坡體前緣并進(jìn)行了坡腳開挖，形成了高度約8m的臨空面，而該處位于滑體坡腳的關(guān)鍵部位，直接降低了坡體的抗滑力，是滑坡滑動(dòng)的重要誘因。

2.4.4 廠礦建設(shè)

廠礦建設(shè)包括在煤礦生活辦公區(qū)域北側(cè)，通過(guò)挖填砌護(hù)沿公路南緣形成5～9m的護(hù)坡和樓房建筑等。護(hù)坡與建筑根基，既在一定程度上阻滯了滑坡體向前繼續(xù)滑動(dòng)，同時(shí)又為滑坡體前緣剪應(yīng)力蓄集創(chuàng)造了條件。當(dāng)不斷蓄集的剪應(yīng)力超過(guò)阻滯體的抗剪強(qiáng)度時(shí)，滑坡更大規(guī)模的快速滑動(dòng)將不可避免。

3 滑坡防治對(duì)策［7-12］

3.1 排水

3.1.1 地表水的防截排

通過(guò)挖掘截、排水溝渠，充填地表裂縫，夯實(shí)地表土層以及局部重點(diǎn)區(qū)段防隔水材料覆蓋等手段，既防止外部水源流入滑坡體，又最大限度地將大氣降水轉(zhuǎn)化為地表徑流排到滑坡體之外，減少滑體入滲水量。

3.1.2 地下排水

通過(guò)在滑體前緣施工一定數(shù)量的小井，對(duì)滑坡體內(nèi)的地下水進(jìn)行收集并排除，以降低地下水的動(dòng)、靜水壓，減輕滑體重量，增加滑體內(nèi)的摩擦力，增強(qiáng)滑體抗滑性能，提高滑坡體的穩(wěn)定性。小井應(yīng)鑿入上二疊統(tǒng)頂部泥巖段，以利于上部松散層潛水的匯入。

3.2 削坡減荷

削減梯田和公路的陡坎，使滑坡體坡度趨緩，自重減小，使斜坡重新回到穩(wěn)定狀態(tài)。削下來(lái)的土石應(yīng)異地堆放。滑坡體背靠山崖，若全部異地搬遷，不僅代價(jià)高昂，還可能帶來(lái)上部山體巖崩等新的地質(zhì)災(zāi)害。

3.3 抗滑樁

埋置抗滑樁，依靠樁與樁周圍巖體的共同作用把滑動(dòng)推力傳遞到穩(wěn)定地層，利用穩(wěn)定地層的錨固作用和被動(dòng)抗力，使滑坡穩(wěn)定［10］。1993～1994年，鐵生溝礦曾投資350萬(wàn)元在豫31公路的外緣澆注了8根3m×4m、長(zhǎng)度25～26m的抗滑樁，對(duì)減輕滑坡滑動(dòng)起到了重要作用。新施工的抗滑樁，應(yīng)和老樁配合共同發(fā)揮作用，新樁全長(zhǎng)的1/3左右應(yīng)埋置于上二疊統(tǒng)頂部的泥砂巖地層之中。

3.4 注漿加固

對(duì)滑體前緣等局部區(qū)域的松散體灌注水泥漿液進(jìn)行加固，降低其透水性能，增加其抗剪強(qiáng)度，提高滑體的穩(wěn)定性［11-12］。

4 結(jié)論

（1）鐵生溝滑坡山體滑動(dòng)是內(nèi)外因綜合作用的結(jié)果，第四系松散堆積物及其中下段的粘土滑面是內(nèi)在原因，強(qiáng)降水和人工切坡（包括梯田）是誘發(fā)因素。

（2）疏排地表水和澆注抗滑樁等措施對(duì)防治滑坡滑動(dòng)起到了積極作用，削減了滑坡滑動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，避免了較大的滑坡災(zāi)害發(fā)生，但滑坡威脅并沒(méi)有根本解除。

（3）加強(qiáng)對(duì)滑坡區(qū)的地質(zhì)觀測(cè)，為今后進(jìn)一步治理積累資料和提供依據(jù)。

（4）用科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理的方法，綜合采取表里排水、削坡缷荷、增補(bǔ)抗滑樁和注漿加固等措施，對(duì)滑坡山體進(jìn)行徹底治理，防止滑坡體再度復(fù)活，以確保周圍廠礦、社區(qū)、機(jī)關(guān)居住與工作人員以及通行車輛的安全。

［1］TANG Fuquan.Research on mechanism of mountain landslide due to underground mining［J］.Journal of coal science ＆ engineer，2009，15（4）：251-354.

［2］Aref M.O.AL-JABALI，NIE Lei，Abdo S.ALMAQTARY.Cause of rockfalls in AL-Huawayshah area，Yemen.Global Geology.2009，12（1）：2-12.

［3］鄭韶鵬，張永圖，付萍.山體滑坡的形成及影響因素分析［J］. 科技資訊，2007（32）：150.ZHENG Shaopeng，ZHANG Yongtu，F(xiàn)U Ping.Analysis of formation and influenling factors on mountain landslide［J］.Science and Technology Information，2007，32（2）：150.

［4］龐毅玲.談暴雨對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響和滑坡防治措施［J］. 企業(yè)科技與發(fā)展，2009，256（10）：189-190.PANG Yiling.On the influence of rainstorm on the stability of side slope and the prevention measures of landslide［J］.Enterprise Science and Technology ＆Development，2009，256（10）：189-190.

［5］高明專，鐘吉華，杜剛，等.山腳樹礦采動(dòng)地表巖移規(guī)律總結(jié)及意義［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2005，32（6）：85-86.GAO M ingzhuan， ZHONG Jihua， DU Gang， et al.Shallow groud rock moving discipline at shanjiaoshu mine［J］.Mining Safety and Environment Protection，2005，32（6）：85-86.

［6］李向前.東村礦地表巖移規(guī)律的探討［J］.江西煤炭科技，1997（4）：31-33.LI Xiangqian.Discussing on shallow ground rock moving discipline at Dongchun mine［J］.Jiang xi Coal Science and Technology，1997（4）：31-33.

［7］羅麗娟，趙法鎖.滑坡防治工程措施研究現(xiàn)狀與應(yīng)用綜述［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2009，18（4）：158-164.LUO Lijuan，ZHAO Fasuo.Status of research and application of engineering measures for preventing and controlling landslide［J］.Journal of Natural Disasters，2009，18（4）：158-164.

［8］劉潤(rùn)，閆玥，閆澎旺，等.強(qiáng)風(fēng)化巖質(zhì)邊坡滑坡治理及有限元分析［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，25（Z1）：2790-2794.LIU Run，YAN Yue，YAN Shuwang.Improvement and finite element analysis of an intense weathering rock slope［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2006，25（Z1）：2790-2794.

［9］彭元生，張可能，金義元.邊坡巖體抗剪強(qiáng)度的研究與應(yīng)用［J］.巖土工程界，2007，10（2）：59-62.PENG Yunsheng，ZHANG Keneng，JIN Yiyuan.Studing and application on slopigrock's shearing strength ［J］.Geotechnical Engineering World，2007，10（2）：59-62.

［10］李晶，王榮魯，賀可強(qiáng)，等.堆積層滑坡防治工程中抗滑樁合理樁間距探討［J］.青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，29（2）：21-26.LIJing，WANG Ronglu，HE Keqiang.A study of suitable anti-sliding piles spacing in the project of preventing and controlling colluvial Landslide［J］.Journal of Qingdao Technological University，2008，29（2）：21-26.

［11］彭正華，焦向陽(yáng)，石長(zhǎng)柏，等.注漿法處理黃土坡滑坡臨江崩滑堆積體深層滑移［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，Z1：40-42.PENG Zhenghua， JIAO Xiangyang， SHI Changbai.Analysis of grouting strengthening for deformation in great depth of riverside slumping mass in Huangtupo landslide zone［J］.Journal of Huazhong University of Science and Technology，2006，Z1：40-42.

［12］劉永杰，谷風(fēng)林，劉彥林.巖土灌漿技術(shù)在滑坡治理中的應(yīng)用［J］.探礦工程，2010，27（3）：66-70.LIU Yongjie，CU Fenglin，LIU Yanlin.Application of Rock and Soil Grouting Technology in Landslide Treatment［J］.Exploration Engineering：Rock ＆ Soil Drilling and Tunneling，2010，27（3）：60-70.