關(guān)于降雨量對(duì)排土場(chǎng)邊坡滲流及穩(wěn)定性的影響探討

田 陽(yáng)

（長(zhǎng)春黃金設(shè)計(jì)院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

在近幾十年中，礦山的開(kāi)發(fā)規(guī)模以及開(kāi)采速度在不斷的加大加快，導(dǎo)致礦山的排土場(chǎng)容量不斷增大，為了節(jié)約土地，減少占地和投資，排土場(chǎng)內(nèi)廢棄物的堆積高度也在增加。在暴雨季節(jié)，伴隨著降雨量的不斷增加，會(huì)極大的改變礦山排土場(chǎng)邊坡內(nèi)部的滲流。在這種情況下，極易引發(fā)礦山排土場(chǎng)的邊坡失穩(wěn)，造成滑坡以及泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。所以，深入的研究降雨量對(duì)礦山排土場(chǎng)邊坡的滲流以及穩(wěn)定性的影響具有非常重大的意義，本文主要以貴州省某金屬礦山為例從以下四點(diǎn)簡(jiǎn)單分析探討相關(guān)內(nèi)容。

1 排土場(chǎng)工程的地質(zhì)、條件

排土場(chǎng)屬于丘陵地貌，具有侵蝕性，排土場(chǎng)的地形為：兩條溝谷，呈南北走向，溝谷的上游比較狹窄，因此溝谷形態(tài)是V型，主溝下游則是兩條山溝的聚集處，比較開(kāi)闊，長(zhǎng)度大約為1000m，寬度是450m。排土場(chǎng)廠區(qū)周圍的邊坡坡度是20°～30°，綠色植被發(fā)育較好。

通過(guò)分析排土場(chǎng)工程的設(shè)計(jì)資料、地質(zhì)勘探報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)工程測(cè)繪調(diào)查看出，該排土場(chǎng)場(chǎng)地的巖土層，從上到下依次為：廢土石～耕植土～中風(fēng)化粉砂巖。根據(jù)地下水水利特征和賦存的條件，可以對(duì)排土場(chǎng)地下水進(jìn)行分類，大體上劃分成基巖中裂隙潛水、第四系松散層孔隙潛水。其中，裂隙潛水主要是賦予在風(fēng)化的基巖中，而孔隙潛水則賦予在沖洪積層內(nèi)。

2 礦山排土場(chǎng)工程邊坡的穩(wěn)定性分析

2.1 建立飽和以及非飽和的滲流理論控制微分方程

在暴雨季節(jié)降雨條件之下，對(duì)于礦山排土場(chǎng)的邊坡滲流的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，實(shí)際上也是飽和與非飽和的非穩(wěn)定性的滲流分析，參照具體的定義以及相關(guān)的質(zhì)量守恒定律，我們可以得出以下積分方程：

在控制偏微分的方程當(dāng)中，Ril代表的是在介質(zhì)飽和的狀態(tài)下滲透張量，kr(h)p則代表的是介質(zhì)相對(duì)滲透的具體系數(shù)，飽和的內(nèi)值為1，如果處于非飽和的狀態(tài)下，則是在0～1之間。

2.2 確立降雨的界限

本文對(duì)于排土場(chǎng)的瞬間滲透進(jìn)行詳細(xì)的研究分析，在分析的過(guò)程中進(jìn)行了以下假設(shè)：

第一：如果礦山的排土場(chǎng)邊坡表面接受了一定的降水量，那么需要以降雨入滲當(dāng)作邊界；但是對(duì)于降雨量的邊界來(lái)說(shuō)，降雨的強(qiáng)度應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于排土場(chǎng)內(nèi)土體的入滲能力，需要限定的邊界是降雨強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于排土場(chǎng)內(nèi)土體的入滲能力；在這時(shí)，如果假設(shè)超滲水出現(xiàn)徑流以后需要進(jìn)行快速的泄水，保證排土場(chǎng)內(nèi)無(wú)積水，則需要水龍值大于地表的高度。

第二：以降水的飽和區(qū)作為邊界，可以根據(jù)傳統(tǒng)的地下水位值來(lái)確定。

第三：如果在礦山排土場(chǎng)內(nèi)僅僅以水平的滲透為主，那么就不會(huì)出現(xiàn)不透水的邊界。

目前，為了更好的研究礦山排土場(chǎng)的總降水量相等的條件下，不同降雨類型的安全值的變化，我們可以參照下文中的數(shù)據(jù)結(jié)論來(lái)構(gòu)造出簡(jiǎn)單的降雨模型。降雨雨型如下圖所示。

現(xiàn)階段，本文以四種不同的降雨類型舉例說(shuō)明，總的降水量是200mm，I雨型和II型雨型屬于恒定降雨強(qiáng)度，在這其中，I雨型連續(xù)4d的降雨強(qiáng)度平均每日是50mm，隨后4d沒(méi)有降雨。II雨型的一天降雨強(qiáng)度是200mm，隨后4d沒(méi)有降雨，不過(guò)，II雨型存在著大暴雨現(xiàn)象。III雨型和IV雨型屬于遞增、遞減的雨型，III雨型在第48h的情況下，降雨強(qiáng)度達(dá)到了200mm/d，隨后4d沒(méi)有降雨。IV初降雨的時(shí)候便達(dá)到了降雨強(qiáng)度的頂峰，然后在第48h的時(shí)候便開(kāi)始遞減，一直到雨停，再在停雨4d，對(duì)于上述4種類型的降雨雨型來(lái)講，通常都是在降雨停止之后停雨4d，進(jìn)而研究滲流的特征和穩(wěn)定性。

圖1 降雨雨型

2.3 計(jì)算參數(shù)的確定

邊坡模型特征和滲透系數(shù)曲。在礦山的邊坡模型當(dāng)中，對(duì)于粉質(zhì)黏土、廢石土來(lái)說(shuō)都屬于非飽和土層，其中，粉質(zhì)黏土的土體滲透系數(shù)參數(shù)主要可以通過(guò)試驗(yàn)得到。對(duì)于廢土石的特征曲線來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)原有的工程材料可以獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

3 不同降雨條件下排土場(chǎng)穩(wěn)定性研究

在礦產(chǎn)資源初期開(kāi)發(fā)階段，需要修建工業(yè)場(chǎng)地、道路等礦山附屬建筑，將開(kāi)采過(guò)程中排棄的廢石、廢土等堆積在礦山周圍。基于廢棄渣料堆積高度的增加，或者在外來(lái)因素的影響下，廢石渣原有堆積高度的穩(wěn)定狀態(tài)可能會(huì)打破，若遇到外來(lái)水動(dòng)力的激發(fā)，如強(qiáng)度較大的降雨、水庫(kù)的潰壩等，則極容易發(fā)生礦山泥石流。目前，對(duì)于排土場(chǎng)自然狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定性石流的研究已取得較多成果。在本文中，主要分析了不同降雨條件下排土場(chǎng)的穩(wěn)定性。

4 針對(duì)不同的降雨類型進(jìn)行排土場(chǎng)的穩(wěn)定性研究

4.1 排土場(chǎng)失穩(wěn)的模式

（1）在巖土基底下臥層的整體滑動(dòng)，主要是因?yàn)樗阎玫呐_(tái)階數(shù)量增加以及滯水的影響所導(dǎo)致的，因此，這次整體的滑動(dòng)排土場(chǎng)失穩(wěn)的模式對(duì)于排土場(chǎng)來(lái)說(shuō)危害是比較大的；但是所產(chǎn)生的危害發(fā)生的頻率比較低。所以，不需要進(jìn)行考慮。

（2）對(duì)于整體上的圓弧滑動(dòng)來(lái)說(shuō)，主要在發(fā)生在廢石土的內(nèi)部。在排土場(chǎng)內(nèi)，這種滑動(dòng)失穩(wěn)模式發(fā)生的概率也比較小，所以，不在考慮范圍以內(nèi)。

（3）由于所堆積的臺(tái)階相對(duì)來(lái)說(shuō)比較陡，所以在一定情況下，是極易發(fā)生不同平臺(tái)邊坡以及局部區(qū)域進(jìn)行滑動(dòng)，在礦山的排土場(chǎng)內(nèi)，相比較其他整體滑動(dòng)類型來(lái)說(shuō)，這種滑動(dòng)所造成的破壞比較大。所以，在這篇文章當(dāng)中對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的研究分析，經(jīng)過(guò)對(duì)排土場(chǎng)內(nèi)的各個(gè)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定時(shí)程的計(jì)算，獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

4.2 綜合性分析

如果發(fā)生降雨的現(xiàn)象，在排土場(chǎng)內(nèi)所集中的水流也可以快速的將水流排泄到最低的臺(tái)階，并且不易被再次排泄，從而形成積水。除此之外，另外兩個(gè)臺(tái)階是因?yàn)樽陨砀叱痰膯?wèn)題。從上文論述中我們可以看出，如果再將565m平臺(tái)堆積，那么排土場(chǎng)的穩(wěn)定性極易被破壞。在相同的降雨量下，如果在短期內(nèi)產(chǎn)生較大的暴雨，會(huì)極大的影響礦山排土場(chǎng)的穩(wěn)定性，主要是由于礦山排土場(chǎng)滲透系數(shù)突然增大所致。另外，當(dāng)降雨的強(qiáng)度變小時(shí)，入滲的能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降雨強(qiáng)度的，所以降水會(huì)直接深入排土場(chǎng)內(nèi)部，從而引起地下水位上升或者通過(guò)地表徑流直接排泄，因此，只有遇到降雨量比較大的暴雨時(shí)，才會(huì)對(duì)于排土場(chǎng)的穩(wěn)定性造成一定的危害。

5 分析降雨條件下排土場(chǎng)邊坡滲流

由于礦山排土場(chǎng)的邊坡滲透系數(shù)比較大，同時(shí)雨水進(jìn)行入滲的方法又比較多，在這種條件下，如果持續(xù)進(jìn)行降雨，不同臺(tái)階的表面土體的孔隙水的壓力都在減小。在8小時(shí)以后，我們可以在排土場(chǎng)的邊坡可以觀察出，可以看出，已經(jīng)出現(xiàn)了負(fù)孔隙水壓力。在16個(gè)小時(shí)以后，在不同臺(tái)階的轉(zhuǎn)折處，可以發(fā)現(xiàn)孔隙水的壓力值恢復(fù)到正常，形成飽和區(qū)。造成這種情況的主要原因是由于轉(zhuǎn)折處的積水作用，使得大量的雨水在轉(zhuǎn)折處匯流。如果在粉質(zhì)黏土處產(chǎn)生滯水，極易影響排土場(chǎng)的穩(wěn)定性。

6 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，降雨量的增加在很大程度上會(huì)直接影響到排土場(chǎng)的邊坡穩(wěn)定性，同時(shí)，也會(huì)直接影響到排土場(chǎng)的內(nèi)部滲流，從而直接破壞以及降低邊坡上的阻力值，進(jìn)而直接引發(fā)滑坡以及泥石流。

如果能夠?qū)涤甑膹?qiáng)度以及邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行研究分析，就可以及時(shí)的采取相關(guān)措施進(jìn)行防治，從而保障人民群眾的財(cái)產(chǎn)安全以及礦山的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定。