寧國(guó)市礦山地質(zhì)災(zāi)害形成原因及治理措施設(shè)計(jì)方案

陳 銳

（華東冶金地質(zhì)勘查研究院，安徽 合肥 230088）

1 工程概況

本文就該泥石流特征、參數(shù)計(jì)算及治理設(shè)計(jì)等內(nèi)容進(jìn)行介紹。該泥石流為坡谷型泥石流（圖1），在大暴雨或特大暴雨的激發(fā)下形成滑坡，為泥石流提供了豐富的物源基礎(chǔ)，滑坡體啟動(dòng)后立即轉(zhuǎn)化為泥石流繼續(xù)向下流動(dòng)，強(qiáng)烈地沖刷坡面，在山坡上留下長(zhǎng)條狀的侵蝕凹槽，最后泥砂停積在斜坡腳，形成倒石堆狀的堆積體。

圖1 泥石流形態(tài)圖

2 泥石流的形成條件分析

泥石流的形成必須同時(shí)具備三個(gè)基本條件：物源條件、地形條件和水源條件。①物源條件：本次泥石流的物源來源于坡谷中的殘坡積物及滑坡形成的堆積物。②水源條件：由于區(qū)內(nèi)降雨充沛，并且具有降雨集中、雨量大的特點(diǎn)，給泥石流的激發(fā)提供了動(dòng)力條件。

3 工程設(shè)計(jì)方案

3.1 生物工程

在植被破壞區(qū)域加強(qiáng)種植林木，固土保坡。植被選用根系發(fā)達(dá)，適宜生長(zhǎng)的皖南地區(qū)本土植物：黃山楠。

3.2 泥石流物源區(qū)-擋土墻

為了防止再次滑坡為泥石流形成新的物源，對(duì)泥石流物源區(qū)上部采用抗滑擋土墻進(jìn)行穩(wěn)定，并加裝一排錨桿。

擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算：

土壓力計(jì)算。作用在墻背上的主動(dòng)土壓力，可按庫倫理論計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中Pa-主動(dòng)土壓力（kN/m）；Ka-主動(dòng)土壓力系數(shù)，無量綱；H-墻高（m）；γ-土體容重（KN/m3）；β-墻頂土坡坡度（°）；δ-土與墻背間的摩擦角（°）；ε-墻背與鉛垂向夾角（°）；φ-土的內(nèi)摩擦角（°）。

計(jì)算得出Pa=99.086（kN/m）；Ka=0.45369

3.3 流通區(qū)與堆積區(qū)連接處-混凝土攔擋壩

攔擋壩主要作用是攔截泥石流固體物質(zhì)或固定其物源，不讓固體物源進(jìn)入洪水中形成泥石流。

3.3.1 停積能力計(jì)算

Vs=K·A·La

Vs-攔擋壩庫容量（m3）；K-泥石流回淤系數(shù)，取0.4；A-壩址處溝道橫斷面積；La-回淤長(zhǎng)度。

I0=0.5I

式中：I0—泥石流谷坊堤回淤坡度，‰；I—泥石流溝原溝床天然坡度，‰。

表1 攔擋壩停積能力計(jì)算表

通過堤的回淤庫容計(jì)算，庫容為851m3，大于30年一遇規(guī)模的泥石流一次固體物質(zhì)沖出量，因此該攔擋壩可有效攔截溝道內(nèi)的泥石流松散固體物質(zhì)，為泥石流防治發(fā)揮積極的作用。

3.3.2 抗滑移和抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

壩體抗滑穩(wěn)定系數(shù)按下式計(jì)算：

式中:Kc—抗滑穩(wěn)定性系數(shù)；ΣN—垂直方向作用力的總和；ΣP—水平方向作用力的總和；f—壩體與基礎(chǔ)的摩擦力系數(shù)，取0.5。

壩體傾覆穩(wěn)定系數(shù)按下式計(jì)算：

式中Kc—抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)；ΣMN—抗傾覆力矩的總和；ΣMP—傾覆力矩的總和。

表2 攔擋壩驗(yàn)算成果匯總表

3.3.3 基底應(yīng)力及偏心驗(yàn)算

作用于基底的合力的偏心矩e為：

式中：Zn——作用于基底的合力的法向分力N對(duì)O點(diǎn)的力臂；

地基承載力應(yīng)滿足下式：

式中：σmax—最大地基應(yīng)力，Kpa；σmin—最小地基應(yīng)力，Kpa；B—斷面寬度，m；[σ]—地基容許承載力，Kpa；

抗傾覆、抗滑移穩(wěn)定性結(jié)果均符合要求。地基土為泥質(zhì)灰?guī)r，地基承載力特征值為400KPa～500KPa，由計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表可見，最小地基應(yīng)力均大于0，最大地基應(yīng)力部分小允許地基承載力，能滿足設(shè)計(jì)地基承載力要求，無需進(jìn)行局部地基處理。

3.4 外圍設(shè)置截水溝

截水溝的排水能力校核計(jì)算：由排水渠道的幾何條件，《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50288-99，徑流量可由以下經(jīng)驗(yàn)公式獲得：

式中，Qc1-截水溝過水流量（m3/s）；A-過水面積（m2）。

計(jì)算得到按截水溝的幾何條件的徑流量Qc1=13.24m3/s；當(dāng)?shù)?0年一遇的暴雨條件下的地表匯水徑流量Qc1=11.432m3/s，由于Qc1＞Qc，證明截水溝滿足30年一遇的暴雨排水要求，且留有一定的安全儲(chǔ)備。

4 結(jié)語

（1）對(duì)該礦山內(nèi)泥石流溝的治理建議固表土、擋物源及截排水相結(jié)合的治理方案，此方案有利于泥石流治理工程長(zhǎng)期有效運(yùn)行，能在工程有效期內(nèi)發(fā)揮應(yīng)有作用。

（2）泥石流是在時(shí)間和空間的不確定性導(dǎo)致目前還沒有一種成熟的理論計(jì)算和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，本文采用的參數(shù)計(jì)算方法多為經(jīng)驗(yàn)性的總結(jié)和類比。