礦山工程中滑坡地質(zhì)災(zāi)害特征及成因分析

江寧

摘要：滑坡地質(zhì)災(zāi)害在礦山工程建設(shè)過程中具有嚴(yán)重的破壞性，加劇水土流失、減弱了水分涵養(yǎng)功能、降低了生物多樣性等一系列生態(tài)環(huán)境問題，對周圍土壤、空氣造成影響。本文通過對某礦山工程邊坡的基本特征、成因分析、穩(wěn)定性影響因素和破壞模式進(jìn)行分析評價(jià)，提出針對性的礦山工程邊坡滑坡防治建議，為該工程區(qū)域的防災(zāi)減災(zāi)提出科學(xué)依據(jù)，對保護(hù)當(dāng)?shù)厝嗣裆拓?cái)產(chǎn)安全具有重要意義。

關(guān)鍵詞：礦山滑坡；成因分析；破壞模式；穩(wěn)定性；地質(zhì)災(zāi)害

1.礦山滑坡基本特征

礦山施工區(qū)域?yàn)樵缙谌斯ら_挖形成的高陡邊坡，后經(jīng)人工復(fù)綠，坡面現(xiàn)狀大部為草本植物及灌木覆蓋。部分邊坡坡面頂部在強(qiáng)降雨作用下發(fā)生滑坡，滑坡后緣坡面巖土體裸露，發(fā)生滑動(dòng)巖土體總量約10800m3。目前礦山滑坡發(fā)育尚未成熟，主要發(fā)育有如下形態(tài)要素：滑坡周界、滑坡體、滑坡床、滑動(dòng)面、滑坡臺階及滑坡裂縫?；潞蟊诎l(fā)育明顯，未見滑坡舌，滑坡前緣未見鼓丘及土壟。

1.1礦山滑坡區(qū)地貌形態(tài)及滑坡周界

礦山滑坡區(qū)位于人工邊坡坡面頂部，早期坡面呈階梯狀，因滑坡造成坡面階梯損毀，坡面坡度呈40°～60°。邊坡坡頂山區(qū)原始地貌自然坡度一般為20°～30°，屬剝蝕殘丘地貌單元?；聟^(qū)頂界為因滑坡形成的陡坎，其上為原始自然山體，坎高9m，坡度70°～80°，揭露礦帶礦體結(jié)構(gòu)為強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，目前處于相對穩(wěn)定狀態(tài)；滑坡區(qū)東、西兩界分別為人工邊坡，坡面階梯排水設(shè)施相對完好。由上述邊界所圈定的范圍即為滑坡周界，滑坡體平面總體呈扶手椅狀，主滑方向303°，滑坡體縱向斜長約67m，橫向平均寬約112m，分布面積約3600m2，滑體平均厚約3.0m，體積約10800×104m3，從滑體體積判斷屬中型滑坡。

1.2滑坡體及其物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

礦山工程施工中滑坡而產(chǎn)生的整體向下滑動(dòng)的土體即為滑坡體?？臻g范圍上滑坡體是滑坡周界所圈閉的區(qū)域?？v向上，滑坡位于約40m～110m標(biāo)高之間，滑坡體厚度呈頂厚底薄的特征。礦山滑坡體為早期人工邊坡表層整體滑動(dòng)形成，主要由表層人工填土、全風(fēng)化粉砂巖及部分強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，滑坡體表層上部區(qū)域夾大量強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖碎塊。

1.3滑坡后緣與裂縫

該滑坡強(qiáng)變形區(qū)發(fā)生在滑坡體上部。滑坡體上部形成明顯的滑坡臺階，并于滑坡頂部，滑坡頂部兩側(cè)人工邊坡臺階出現(xiàn)不同程度拉張裂縫。

滑坡頂部99m～102m標(biāo)高之間地勢相對平緩區(qū)為滑坡后緣，該區(qū)寬4m～8m。后緣邊坡坡高約9m，坡度60°～70°，坡面凹凸不平。坡面裸露巖土體顯示：碎石錯(cuò)動(dòng)產(chǎn)生若干空隙，降雨后伴有土塊崩落現(xiàn)象；組成臺階主要滑坡物質(zhì)為松散狀態(tài)的全—強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖。

1.4滑動(dòng)面及滑坡床的基本特征

滑動(dòng)面即滑坡體沿之滑動(dòng)的軟弱結(jié)構(gòu)面，而滑床為滑動(dòng)面下部未發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)而保持原狀的巖土體?；麦w主要由表層人工填土、全—強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖組成，滑坡無明顯的塑性變形帶、剪切變形帶，滑坡面（帶）基本以松散狀態(tài)的滑坡體與滑床接觸間不連續(xù)的碎石土產(chǎn)出。而滑床以密實(shí)較好的強(qiáng)風(fēng)化巖為主。

2.形成機(jī)制分析

滑坡體上覆泥盆系上統(tǒng)春灣組全—強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、石英砂巖，巖體本身透水性弱，但節(jié)理裂隙發(fā)育，構(gòu)成倒水通道，形成滲流場；風(fēng)化程度較高的全—強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖遇水軟化，物理力學(xué)性質(zhì)下降嚴(yán)重，巖體穩(wěn)定性較差?；麦w為人工填土及風(fēng)化粉砂巖為主，巖性由上至下為雜填土及全—強(qiáng)風(fēng)化砂巖，其結(jié)構(gòu)疏密不均，各層土體之間、殘坡積層和基巖之間，以及在土體的垂直和水平方向之間的透水性都存在顯著差別。

降雨時(shí)在地表上所形成的積水，滲入礦山邊坡表層滲透性較強(qiáng)的松散土體，水流滲至強(qiáng)風(fēng)化及基巖面滲透性較弱的底層而受阻，水流則順接觸帶形成滲流面，使?jié)B流面土體軟化，土體的抗剪強(qiáng)度降低。同時(shí)，地下水滲流會(huì)帶走土體中的細(xì)小顆粒，使土體結(jié)構(gòu)變得更加松散。

特別是地下水長期沿著基巖相對不透水面滲透、侵蝕，在基巖相對不透水層與風(fēng)化坡積層之間形成軟弱帶，而邊坡滑動(dòng)又使軟弱帶土體結(jié)構(gòu)擾動(dòng)和破碎，導(dǎo)致地下水侵蝕強(qiáng)度增大，侵蝕作用又加劇礦山滑坡體的不穩(wěn)定。水流侵蝕作用是長期、緩慢的變化過程，使土體抗剪強(qiáng)度降低，處于邊緣穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡土體滑動(dòng)是滑動(dòng)帶土體的抗滑力和土體下滑力長期作用的結(jié)果。

場區(qū)基巖發(fā)育一組與邊坡近同向的構(gòu)造面279°∠79°。因此與地形斜坡傾向一致的軟、硬相間的巖土組合體是滑坡產(chǎn)生的內(nèi)在因素。該邊坡為早期人工開挖削坡形成，邊坡坡面削坡較陡，且邊坡表面僅做了削坡、簡易護(hù)坡及截排水設(shè)施，未做深部加固，因此礦山工程是造成邊坡失穩(wěn)的直接外因。降雨引起的地下水滲流、侵蝕作用和風(fēng)化作用使邊坡滑動(dòng)帶土體結(jié)構(gòu)疏松、軟化，強(qiáng)度降低，邊坡土體容重增大，特別是土體的表觀凝聚力喪失，導(dǎo)致邊坡處于邊緣穩(wěn)定狀態(tài)。因此，降雨是導(dǎo)致滑坡發(fā)生的直接誘因。

3.穩(wěn)定性影響因素分析

礦山工程邊坡穩(wěn)定性的影響因素十分復(fù)雜，主要有邊坡巖土體類型及性質(zhì)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件等。除此之外，還有巖石風(fēng)化、地表水和大氣降雨作用、地震和人類工程活動(dòng)。這些因素綜合起來可以分為兩大方面，即內(nèi)在因素和外在因素。內(nèi)因主要包括：組成礦山邊坡巖土體的類型和性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件；外因主要包括：降雨作用、巖石風(fēng)化、人為因素、地震等。

3.1產(chǎn)生滑坡的內(nèi)因

3.1.1巖土體的類型及性質(zhì)

組成邊坡巖土體的性質(zhì)是決定邊坡穩(wěn)定性的基本要素。結(jié)構(gòu)松散、抗剪強(qiáng)度和抗風(fēng)化能力低，在水作用下容易發(fā)生軟化的松散覆蓋層、粘土、粉砂巖等是滑坡發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)。該滑坡體即以松散狀態(tài)的人工填土、全—強(qiáng)風(fēng)化砂巖為主，巖土體易被水浸軟化。

3.1.2地質(zhì)構(gòu)造

該區(qū)發(fā)育一組與坡向近同向的構(gòu)造面（279°∠79°）。實(shí)際上，滑坡方向與上述結(jié)果面基本吻合，滑坡為順層滑坡。

3.1.3坡形

根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)：邊坡越高，坡內(nèi)應(yīng)力則越大，發(fā)生崩塌、滑坡的可能性也越大。坡角越大，坡腳應(yīng)力集中越突出，斜坡也越容易失穩(wěn)。調(diào)查區(qū)滑坡頂?shù)赘卟罱?15m，滑坡區(qū)斜坡總體上坡度約40°～60°，巖土體應(yīng)力集中。從形態(tài)上分析，該區(qū)斜坡屬高陡邊坡，參考地區(qū)類似工程經(jīng)驗(yàn)，該區(qū)邊坡穩(wěn)定性欠佳。

3.1.4水文地質(zhì)條件

區(qū)域地下水埋深較深，地下水對邊坡穩(wěn)定性影響甚微。但邊坡巖土體結(jié)構(gòu)松散、孔隙發(fā)育，降雨時(shí)雨水可輕易入滲，滑坡土體富水飽和后其物理力學(xué)性質(zhì)將顯著降低，從而影響邊坡的整體穩(wěn)定性。富水介質(zhì)其本質(zhì)上也是由巖土體類型及性質(zhì)所決定的，是誘發(fā)滑坡重要的內(nèi)在因素。

3.2產(chǎn)生滑坡的外因

3.2.1降雨作用

降雨是誘發(fā)滑坡的重要因素，降雨對滑坡的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.2.1.1雨滴濺蝕：降雨發(fā)生時(shí)，坡面在雨滴的擊打下出現(xiàn)濺蝕，這是降雨沖刷的最初形式。雨滴平均降落速度為7m/s～9m/s，會(huì)對坡面產(chǎn)生較大的沖擊力，使土顆粒分散、破壞、遷移，為后續(xù)徑流搬運(yùn)提供物質(zhì)基礎(chǔ)；雨滴沖擊徑流，引起徑流紊亂，增大了徑流動(dòng)能，可使徑流挾砂能力大大提高。

3.2.1.2坡面徑流侵蝕：在坡面侵蝕過程中，降雨和徑流提供了侵蝕作用的動(dòng)力，土壤是侵蝕搬運(yùn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，坡面則是作用發(fā)生的場所。降雨和徑流在坡面上作用可能導(dǎo)致水土流失或破壞邊坡，最終導(dǎo)致滑坡的發(fā)生。

3.2.1.3降雨入滲：雨水入滲使土體飽和，土體自重增加，同時(shí)引起抗剪強(qiáng)度的大幅下降。持續(xù)降雨還可引發(fā)地下水位上升或相對隔水層以上出現(xiàn)暫時(shí)性地下水。所以，當(dāng)持續(xù)降水的時(shí)間和強(qiáng)度超過一定限度，則可能發(fā)生滑坡。

總之，降雨是誘發(fā)滑坡的重要因素，雨水入滲改變了滑坡體原有的平衡狀態(tài)，加速滑坡的形成；同時(shí)，多次的干濕狀態(tài)交替變化使得巖土體更容易發(fā)生開裂，這不僅為地表水入滲提供了通道，也加速了裂縫的發(fā)展。

3.2.2風(fēng)化作用

長期風(fēng)化是一個(gè)緩慢的過程，它不能立刻改變邊坡巖土體的性質(zhì)，但最終將破壞原巖體結(jié)構(gòu)。如滑坡體中上部分布的危險(xiǎn)巖體，主要是由于順層裂隙面遭受長期風(fēng)化侵蝕而使部分巖體脫離母巖而形成的。

3.2.3人類活動(dòng)

人類工程活動(dòng)是導(dǎo)致滑坡地質(zhì)災(zāi)害的又一重要因素。實(shí)際上，現(xiàn)狀邊坡即為早期礦山工程施工所致。山體開挖致邊坡表土剝離，原巖體結(jié)構(gòu)受到爆破震動(dòng)影響表層節(jié)理裂隙發(fā)育。同時(shí)，對礦山周圍山體進(jìn)行開挖，使邊坡呈階梯狀，部分坡面坡度較陡，這也加劇了中上部巖土體的下滑趨勢?？傊?，滑坡區(qū)域邊坡現(xiàn)狀是人類工程活動(dòng)的結(jié)果，不穩(wěn)定的邊坡形態(tài)也是產(chǎn)生滑坡的重要原因。

根據(jù)邊坡所處地質(zhì)環(huán)境條件并結(jié)合上述分析：造成邊坡失穩(wěn)而產(chǎn)生滑坡的因素較多，而產(chǎn)生滑坡的根本原因是邊坡巖土體物理力學(xué)性質(zhì)無法滿足自身穩(wěn)定的要求。降雨是改變巖土體物理力學(xué)性質(zhì)的最重要原因。因此，導(dǎo)致滑坡發(fā)生的最主要因素為降雨，尤其是連續(xù)性的強(qiáng)降雨。

4.破壞模式分析

滑坡體以淺層松散狀態(tài)人工填土及全—強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖為主?；麦w覆于與坡面坡向基本相同的結(jié)構(gòu)面之上。該結(jié)構(gòu)面平直、延展性良好，滑坡區(qū)均有出露。由于早期人工開挖削坡過度，中下部巖土體挖損嚴(yán)重，滑坡體前緣邊坡較陡，前緣土體下滑牽引后緣土體。因此，從整體上看滑坡屬牽引式順層滑坡。

根據(jù)上述分析結(jié)合“滑坡發(fā)生機(jī)理（黃潤秋）”，現(xiàn)階段強(qiáng)變形區(qū)內(nèi)各級臺階破壞模式屬于“滑移—拉裂—剪斷（三段）式”機(jī)理模式滑坡。該模式是指邊坡的變形破壞具有三段發(fā)育的特征，即下部沿近水平或坡外結(jié)構(gòu)面蠕滑、后緣拉裂、中部鎖固剪斷。這種滑坡機(jī)理往往具備如下地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征：①坡體由相對均質(zhì)的脆性巖體或半成巖體構(gòu)成；②坡腳發(fā)育緩傾、外傾結(jié)構(gòu)面；③以堅(jiān)硬巖土為主，但夾有相對較薄弱的軟弱夾層。而該滑坡恰好具備上述特征。坡面人工填土、全—強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖為半成巖土；整個(gè)區(qū)域發(fā)育有與滑坡基本同向的外傾結(jié)構(gòu)面；粉砂巖、石英砂巖屬堅(jiān)硬巖，且局部節(jié)理裂隙發(fā)育。這說明該滑坡具備“三段式”滑坡的結(jié)構(gòu)特征。

5.防治建議

目前，常用的礦山邊坡治理手段主要有削方整形、坡面防護(hù)、工程排水等措施。根據(jù)金龍后山邊坡特征、成因及破壞模式，建議采用削坡+錨索+格構(gòu)錨固的形式進(jìn)行防治，利用按一定角度加固于邊坡巖土體中的錨桿，使破碎的巖石提高粘聚力、承載力和抗剪強(qiáng)度，達(dá)到增加邊坡巖土體穩(wěn)定性的目的，通過對預(yù)應(yīng)力錨索的二次張拉，達(dá)到錨桿的永久錨固。同時(shí)，坡面格構(gòu)梁兼顧深層錨固和淺層穩(wěn)固的作用，提高后期維護(hù)效果較好。

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