大型礦山邊坡滑坡分析及治理技術(shù)研究

梁小濤

（甘肅省地礦局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉 735000）

滑坡是廣泛發(fā)生在山區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害之一。山體的巖石和土層受重力影響，打破了原有的平衡狀態(tài)，整體向相對(duì)薄弱的方向滑動(dòng)甚至坍塌。這種現(xiàn)象對(duì)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展造成了極大危害，根據(jù)其所在位置產(chǎn)生的危害程度也不盡相同。造成滑坡的因素有很多，包括自然方面、人為方面等，可分為自然因素和人為因素等。

針對(duì)滑坡的核心成因而言，一是下滑力增大，二是抗滑力減小[1]。下滑力增大的主要是因?yàn)槠滦蔚母淖?，例如?duì)坡腳的過(guò)度開采、河流的侵蝕沖刷等；抗滑力減少則主要是因?yàn)榈叵滤蛔兓饘?duì)滑帶土強(qiáng)度的溶蝕，滑帶土強(qiáng)度減弱降低了抗滑阻力，同時(shí)周邊地帶的地震或爆破震動(dòng)也會(huì)嚴(yán)重影響其山體結(jié)構(gòu)和土層分布。

礦山邊坡是指礦山四周的傾斜表面，大規(guī)模進(jìn)行資源開采活動(dòng)后會(huì)形成挖掘臺(tái)階，這些臺(tái)階組成的總斜坡被稱為礦山邊坡[2]。近些年我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程不斷加快，為適應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程，資源開采活動(dòng)也加快了步伐。欲速則不達(dá)，大規(guī)模的資源開采活動(dòng)逐漸暴露出了諸多問(wèn)題。對(duì)資源的過(guò)度和不合理開采不僅造成了許多自然資源的匱乏，還對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成了極大影響。礦山邊坡滑坡事故頻繁發(fā)生，甚至在同一地區(qū)反復(fù)多次發(fā)生坍塌事故，逐漸使大型礦山邊坡滑坡的分析和治理技術(shù)研究工作得到重視。

1 大型礦山邊坡滑坡分析

影響邊坡穩(wěn)定性的因素不僅包括地質(zhì)條件、自然災(zāi)害等自然因素，而且包括各種人為因素。雖然地質(zhì)條件是檢測(cè)邊坡穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，但人為對(duì)地質(zhì)條件的改變和破壞、大型自然災(zāi)害對(duì)土層結(jié)構(gòu)的分解和重塑也都對(duì)邊坡穩(wěn)定性發(fā)揮著重大影響。

對(duì)大型礦山邊坡滑坡成因，根據(jù)自然因素和人為因素兩個(gè)角度進(jìn)行分類分析，自然因素大體包括巖土體性質(zhì)的影響、地形地貌的影響、自然災(zāi)害的影響等，人為因素主要包括不合理開采和爆破破壞兩方面。

從巖土體性質(zhì)角度分析，礦山邊坡的巖土體主要由礦渣或風(fēng)化殘積土組成，而礦渣和風(fēng)化殘積土本身性質(zhì)特殊，其密度小易于壓縮、粘性弱容易引起潰散，致使滑坡事故產(chǎn)生；另一方面礦渣和風(fēng)化殘積土具有較強(qiáng)透水性，降雨滲入邊坡表層，對(duì)巖土構(gòu)造進(jìn)行沖擊，減輕了滑坡阻力，進(jìn)一步降低了邊坡穩(wěn)定性。

從地形地貌角度分析，如果礦山邊坡坡度達(dá)到一定程度，坡面巖土體向下滑移，坡腳的礦層物質(zhì)就會(huì)因?yàn)闊o(wú)法承受而呈擠壓狀態(tài)。此外，坡度越高，其暴露于空氣表面的面積就越大，受外界環(huán)境如降雨沖刷或人為因素影響的程度也隨之增大。

從自然災(zāi)害因素角度分析，一方面暴雨的下滲對(duì)地下水狀況產(chǎn)生了影響，另一方面對(duì)邊坡表層和土層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的沖蝕都破壞了土層的穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)暴雨之后，大量雨水透過(guò)礦渣和風(fēng)化殘積土，下滲到深層土層，減小了抗滑阻力，增強(qiáng)了土層的下滑推力，對(duì)坡體穩(wěn)定性產(chǎn)生了較大影響。除暴雨外，地震也會(huì)嚴(yán)重影響邊坡穩(wěn)定性，通過(guò)對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的重構(gòu)改變整體邊坡土層，如果地震級(jí)別偏大，在劇烈震動(dòng)下邊坡極易產(chǎn)生崩塌。

從不合理開采角度分析，目前在我國(guó)各地廣泛存在的大規(guī)模開采活動(dòng)也破壞著坡體的穩(wěn)定程度。不節(jié)制的、沒(méi)有經(jīng)過(guò)科學(xué)規(guī)劃的不合理開采使邊坡穩(wěn)定性進(jìn)一步被破壞。

例如對(duì)礦山邊坡進(jìn)行地下開挖會(huì)破壞坡腳穩(wěn)定性，坡頂或坡腰增加的過(guò)大荷載，會(huì)增加滑坡下墜的重力作用，促使邊坡變形。

從爆破破壞角度分析，爆破對(duì)于邊坡穩(wěn)定性的破壞程度絲毫不亞于一場(chǎng)中等程度的地震。受目前開采條件限制，大多地區(qū)所采取的開采方式都包括爆破，而在礦山本身或礦山周邊地區(qū)的爆破操作會(huì)嚴(yán)重破壞礦山的巖體穩(wěn)定性。而礦山開采過(guò)程中通常多次使用爆破手段，使邊坡的土層結(jié)構(gòu)遭到重復(fù)性破壞。

2 邊坡滑坡治理技術(shù)研究

由于邊坡滑坡的形成因素極其復(fù)雜，各礦山邊坡所處地勢(shì)地形不同，所面對(duì)的自然條件和人為因素影響都存在差異，對(duì)其采取的治理措施也并不能完全照本宣科，不考慮其現(xiàn)實(shí)情況，一味照搬照抄其他地方的治理方案，不僅不能有效改善邊坡穩(wěn)定性，甚至可能造成反效果。因此對(duì)其的治理技術(shù)研究也應(yīng)從多角度進(jìn)行綜合分析，全面看待這一問(wèn)題。大體研究思路如下：

在解決方案時(shí)間設(shè)置上將長(zhǎng)期與短期治理相結(jié)合。一方面不能貪圖成效，試圖短期內(nèi)徹底解決問(wèn)題，礦山邊坡滑坡問(wèn)題的成因包括其土層結(jié)構(gòu)等自然因素的影響，具有復(fù)雜性，一味求快必然導(dǎo)致進(jìn)一步對(duì)土層的破壞。應(yīng)當(dāng)建立對(duì)邊坡滑坡問(wèn)題的長(zhǎng)期治理機(jī)制，培養(yǎng)起長(zhǎng)久攻堅(jiān)的思想認(rèn)識(shí)和決心。另一方面面對(duì)部分極其不穩(wěn)定可能存在重大風(fēng)險(xiǎn)的滑坡應(yīng)及時(shí)提出應(yīng)急措施予以處理，以保護(hù)周邊地區(qū)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，防止重大事故的發(fā)生。應(yīng)當(dāng)安排專業(yè)人員對(duì)邊坡穩(wěn)定性等方面進(jìn)行定期檢測(cè)，出具檢測(cè)報(bào)告，這樣不僅有利于及時(shí)了解邊坡安全性，防患于未然，大大降低風(fēng)險(xiǎn)程度，也有利于針對(duì)邊坡具體問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)處理，防止一些隱患的進(jìn)一步擴(kuò)大化。

在對(duì)礦山邊坡進(jìn)行治理工程時(shí)將治理工作和資源合理開發(fā)利用相結(jié)合。我國(guó)雖然地大物博，但也面臨著人口基數(shù)過(guò)大，為滿足龐大人口基數(shù)的生活發(fā)展需要而導(dǎo)致的資源嚴(yán)重匱乏問(wèn)題，對(duì)資源的不合理開采活動(dòng)和過(guò)度開采活動(dòng)是導(dǎo)致邊坡滑坡問(wèn)題的重要因素之一。面對(duì)越來(lái)越多的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要，如何合理有效利用資源，在不破壞自然不影響可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上進(jìn)行資源開采活動(dòng)，是每一個(gè)相關(guān)人員需要思考的問(wèn)題。對(duì)資源開采行為進(jìn)行合理規(guī)劃，禁止對(duì)邊坡坡腳的肆意開采，不在邊坡坡頂安置其無(wú)法承載的開采設(shè)施，都能有效改善目前開采活動(dòng)對(duì)土層穩(wěn)定性的破壞現(xiàn)狀。在進(jìn)行必要的開采活動(dòng)時(shí)，也應(yīng)當(dāng)配合相應(yīng)的保護(hù)措施，例如在坡腳增加加固措施，設(shè)置抗滑樁、使用抗滑擋土墻等。

在對(duì)邊坡滑坡問(wèn)題進(jìn)行治理時(shí)還需要考慮周邊其他設(shè)施的穩(wěn)定與美觀程度。當(dāng)邊坡滑坡治理工程周邊有人文自然景觀時(shí)應(yīng)注意實(shí)施對(duì)景觀的回避或采取保護(hù)措施，對(duì)滑坡的治理活動(dòng)不能對(duì)周邊景觀產(chǎn)生破壞，這既是對(duì)自然資源的進(jìn)一步保護(hù)，也是為了維護(hù)邊坡周邊土層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時(shí)還需要注意維護(hù)邊坡治理工程周邊的公路、建筑等基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定性和安全性。邊坡滑坡治理工程一定程度上也會(huì)對(duì)土層結(jié)構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)，需要注意不要影響其他基礎(chǔ)設(shè)施，防止造成重大事故。

3 滑坡治理技術(shù)實(shí)驗(yàn)論證分析

為保證本文提出的邊坡滑坡治理技術(shù)對(duì)改善邊坡滑坡問(wèn)題的有效性，設(shè)置如下模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行論證，實(shí)驗(yàn)論證采用兩塊相同土層結(jié)構(gòu)的礦山邊坡模型實(shí)驗(yàn)。其中一塊模型不進(jìn)行處理，另一塊使用本文提出的滑坡治理技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，作為實(shí)驗(yàn)論證對(duì)比，對(duì)其經(jīng)過(guò)水流沖刷以及周邊同等幅度震動(dòng)之后的穩(wěn)定程度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。其實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果曲線如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果曲線

圖1中a圖代表兩種方法的經(jīng)過(guò)水流沖刷的穩(wěn)定程度曲線，b圖代表兩種方法的經(jīng)過(guò)震動(dòng)的穩(wěn)定程度曲線。則根據(jù)上圖分析可以得出，本文提出的邊坡滑坡治理技術(shù)無(wú)論從解決水流沖刷侵蝕方面還是震動(dòng)破壞導(dǎo)致的邊坡不穩(wěn)定方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。雖然隨著礦山開采深度加大，礦山邊坡穩(wěn)定性有所下降，但該技術(shù)的使用效果對(duì)比傳統(tǒng)不經(jīng)過(guò)處理的方法優(yōu)勢(shì)也愈加明顯。綜上所述，實(shí)驗(yàn)可以證明本文提出的邊坡滑坡治理技術(shù)切實(shí)可行，且對(duì)改善邊坡穩(wěn)定性具有重大影響。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從自然因素和人為因素兩個(gè)方面出發(fā)，對(duì)大型礦山邊坡滑坡事故成因進(jìn)行分析，研究現(xiàn)存治理技術(shù)優(yōu)劣，提出建設(shè)性治理方案。希望本文的研究能夠?yàn)榇笮偷V山邊坡滑坡分析和治理技術(shù)研究提供理論依據(jù)。