甕福磷礦排土場(chǎng)北側(cè)邊坡穩(wěn)定性分析及控制措施

李再揚(yáng)

（甕福（集團(tuán))有限責(zé)任公司）

近年來(lái)，露天礦排土場(chǎng)邊坡失穩(wěn)、滑坡所引發(fā)的災(zāi)難性事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅著礦山企業(yè)安全生產(chǎn)和區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展［1］。排土場(chǎng)是露天礦山堆存廢石的必要場(chǎng)所，作為一項(xiàng)相對(duì)永久性的工程構(gòu)筑物，其穩(wěn)定性是礦山正常安全生產(chǎn)的關(guān)鍵因素［2］。對(duì)此，諸多學(xué)者和專(zhuān)家進(jìn)行了大量的研究，取到了許多有益的科研成果［3-4］。但是，露天礦山排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性影響因素復(fù)雜，每個(gè)排土場(chǎng)邊坡都具有其自身不同的特點(diǎn)和不可復(fù)制性。在進(jìn)行排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性分析和控制措施制定時(shí)應(yīng)具體情況具體分析［5-6］。本研究以甕福磷礦排土場(chǎng)北側(cè)邊坡為例，基于對(duì)該排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性影響因素的分析結(jié)果，采用邊坡穩(wěn)定性分析軟件和野外實(shí)測(cè)相結(jié)合的研究方法，對(duì)該邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并提出合理的控制措施。

1 工程概況

甕福磷礦排土場(chǎng)位于貴州省甕安縣境內(nèi)，西南距貴陽(yáng)市82.05 km，北距甕安縣城11.24 km，有村級(jí)公路、礦山公路和道新高速相通，交通條件便利。

該排土場(chǎng)于2008 年始建并投入使用，排土場(chǎng)為汽車(chē)運(yùn)輸—推土機(jī)排土方式，水平臺(tái)階排棄，臺(tái)階高度為30 m，排土場(chǎng)設(shè)計(jì)堆積廢石容量為1.9 億m3，截至目前，排土場(chǎng)北端坡面已形成+1 070～ +1 100 m、+1 100～1 130 m、+1 130～+1 160 m、+1 160～+1 190 m、+1 190～+1 220 m、+1 220～+1 250 m、+1 250～+1 280 m、1 280～+1 310 m 和+1 310～+1 340 m 共9 個(gè)排土臺(tái)階，其中+1 310～+1 340 m 臺(tái)階為目前主要排土區(qū)域，堆高達(dá)270 m，排土場(chǎng)現(xiàn)狀如圖1所示。

2 水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件

2.1 氣象及水文地質(zhì)條件

甕福磷礦排土場(chǎng)地處亞熱帶季風(fēng)氣候，平均降雨量為1 135.1 mm，最大年降雨量為1 375.4 mm，最大月降雨量為346.6 mm，最大連續(xù)降雨量為200.6 mm，最大日暴雨量為146 mm。每年4 月中旬至11 月為雨季，其中又以4—6月雨量最集中，占年降雨量的39.3%～53.8%，且多雷暴雨。

排土場(chǎng)所屬區(qū)域內(nèi)河流多屬烏江水系，場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水來(lái)源于大氣降水，溝谷為排泄基準(zhǔn)面，溝谷兩岸地表沖溝較發(fā)育，地下水主要賦存于覆蓋層至基巖強(qiáng)、弱風(fēng)化帶及節(jié)理裂隙中，主要靠大氣降水直接沿地表垂直分散補(bǔ)給。區(qū)域內(nèi)地下水主要補(bǔ)給水源為大氣降水滲透。各含水層承受降水的補(bǔ)給后，由于層間受隔水層的阻隔，互不發(fā)生水力聯(lián)系，各自由分水嶺地帶沿主要構(gòu)造軸線方向向地勢(shì)低洼的河谷地區(qū)移動(dòng)。地表無(wú)大的地表水體，僅有辣菜沖及南堡溝2條溪流對(duì)排土場(chǎng)充水有直接影響。

2.2 工程地質(zhì)條件

由排土場(chǎng)區(qū)域工程地質(zhì)調(diào)查資料和鉆探情況知，排土場(chǎng)出露地層（由老至新）為青白口系板溪群，南華系上統(tǒng)南沱組，震旦系下統(tǒng)洋水組和上統(tǒng)燈影組，寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組和明心寺組，第四系素填土和粉質(zhì)黏土。排土場(chǎng)區(qū)域地層巖性特征見(jiàn)表1。

3 排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性影響因素分析

排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性影響因素主要包括內(nèi)在因素和外在因素2個(gè)方面，其中內(nèi)在因素主要包括地質(zhì)因素和排棄物物料性質(zhì)等，外在因素主要包括水的影響和排棄工藝等［3-4］。

3.1 內(nèi)在因素

（1）地質(zhì)因素。排土場(chǎng)區(qū)內(nèi)基巖屬穩(wěn)定的巖石類(lèi)型，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，含水巖系白云巖巖溶發(fā)育較弱，溶洞充填率普遍較高。排土場(chǎng)區(qū)內(nèi)除F19、F15、F27、F28 和F51 共5 條斷層走向延長(zhǎng)大于1 000 m 外，一般小于200 m。排土場(chǎng)區(qū)斷層破碎帶系膠結(jié)良好的角礫巖，巖溶發(fā)育微弱。排土場(chǎng)區(qū)自然地質(zhì)條件總體穩(wěn)定。

（2）排棄物物料性質(zhì)。甕福磷礦排土場(chǎng)排棄物物料以白云巖廢石為主，在白云巖廢石層上有一層厚約5 m 的沖洪積和殘坡積層，該層為松散物物料堆積層，對(duì)排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定影響較大。但是，在排棄物物料重力和運(yùn)輸及推排設(shè)備碾壓雙重作用下，會(huì)出現(xiàn)一定程度的沉降和固結(jié)，且排棄物物料黏聚力得以部分恢復(fù)，排土場(chǎng)穩(wěn)定性在一定程度上得以提高［5］。

3.2 外在因素

（1）水的影響。排土場(chǎng)為溝谷型，原溝谷溪流方向設(shè)置涵洞，排土場(chǎng)溝內(nèi)積水在上游由排洪涵洞引走；排土場(chǎng)溝內(nèi)地下水主要為大氣降水滲流，排土場(chǎng)溝谷兩岸地表沖溝較為發(fā)育，地下水主要賦存于覆蓋層、基巖層風(fēng)化帶和節(jié)理裂隙中，補(bǔ)給方式為大氣降水沿地表垂直分散補(bǔ)給。

（2）排棄工藝。排土場(chǎng)為汽車(chē)運(yùn)輸—推土機(jī)排土方式，水平臺(tái)階排棄，臺(tái)階設(shè)計(jì)高度均為30 m，排土場(chǎng)設(shè)計(jì)堆積廢石容量為1.9 億m3，以1 070～1 100 m開(kāi)始為第一排棄階段，隨后按30 m段高向上起段。廢石排棄工作線設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為300 m，按照功能劃分為排棄區(qū)、平整區(qū)和準(zhǔn)備區(qū)3 個(gè)區(qū)段，排棄工作平臺(tái)設(shè)計(jì)寬度為54 m，臺(tái)階坡面角為37°。各臺(tái)階排棄末端需保留20 m 安全平臺(tái)，排土場(chǎng)總體邊坡角為25°～28°。

綜上所述，甕福磷礦排土場(chǎng)基巖較為穩(wěn)定，排土場(chǎng)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件較好，排棄物物料性質(zhì)松散，在排棄一定時(shí)間及車(chē)輛碾壓后會(huì)出現(xiàn)一定程度的沉降和固結(jié)，總體穩(wěn)定性良好。排土場(chǎng)內(nèi)水源補(bǔ)給分散，排水措施良好，排土場(chǎng)穩(wěn)定性受水的影響較小。因此，在維護(hù)排土場(chǎng)穩(wěn)定性時(shí)，只需對(duì)排土場(chǎng)內(nèi)部滑坡進(jìn)行預(yù)防即可。

3.3 排土場(chǎng)穩(wěn)定性計(jì)算

排土場(chǎng)邊坡角、安全平臺(tái)寬度和臺(tái)階高度是影響排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素［3-5］。為了分析甕福磷礦排土場(chǎng)北端坡面穩(wěn)定性，以北端坡面A-A剖面（圖2）為分析對(duì)象，按照排土場(chǎng)邊坡角為37°、安全平臺(tái)寬度為20 m和臺(tái)階高度為30 m的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際排土參數(shù)，采用邊坡穩(wěn)定性分析軟件（北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所研制）中內(nèi)置的條分法進(jìn)行穩(wěn)定性分析，分析結(jié)果表明，排土場(chǎng)北端A-A剖面的安全系數(shù)為1.42，滿足工程要求，但在+1 160 和+1190 m 這2 個(gè)臺(tái)階處存在潛在滑動(dòng)面。

圖2 排土場(chǎng)北段坡面A-A剖面

4 野外監(jiān)測(cè)及防治措施

4.1 野外監(jiān)測(cè)

為進(jìn)一步對(duì)該排土場(chǎng)北端坡面穩(wěn)定性進(jìn)行分析，在野外采用邊坡雷達(dá)和GPS 等監(jiān)測(cè)手段對(duì)排土場(chǎng)北端坡面進(jìn)行持續(xù)變形監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，排土場(chǎng)北端坡面中部+1 190 m 平臺(tái)的3 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變形量最大，累計(jì)變形量最大值達(dá)到326.15 mm；+1 160 m平臺(tái)的2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變形量次之，累計(jì)變形量最大值為276.32 mm；其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變形量均較小。

4.2 防治措施

通過(guò)對(duì)邊坡穩(wěn)定性分析軟件計(jì)算結(jié)果和野外監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析可知，排土場(chǎng)北端坡面的安全系數(shù)為1.42，邊坡整體穩(wěn)定性較好，但在+1 160 和+1 190 m這2 個(gè)臺(tái)階處易發(fā)生局部滑動(dòng)破壞，所以，在這2 個(gè)臺(tái)階末端保留安全平臺(tái)時(shí)需將寬度由20 m 增大至40 m，以增強(qiáng)排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性。

此外，為維護(hù)排土場(chǎng)邊坡長(zhǎng)期穩(wěn)定性，確保排土場(chǎng)邊坡安全，還需采取以下措施。

（1）嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施工，對(duì)可能存在的斷層或軟弱結(jié)構(gòu)面等做好標(biāo)識(shí)，實(shí)施繞行排土形成夾制作用。同時(shí)嚴(yán)格實(shí)施土巖分排，將風(fēng)化巖層盡可能堆存于中間，大塊石、滲透性好的巖石排放在表層。

（2）完善邊坡監(jiān)測(cè)網(wǎng)，監(jiān)測(cè)、控制排土場(chǎng)變形、位移情況；對(duì)排土場(chǎng)進(jìn)行蠕變監(jiān)測(cè)。對(duì)排棄末端形成的排土場(chǎng)邊坡進(jìn)行定期觀測(cè)，必要時(shí)采取一些邊坡加固措施，如擋土墻、錨桿等。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）根據(jù)甕福磷礦排土場(chǎng)北側(cè)邊坡實(shí)際工程情況，分析了邊坡穩(wěn)定性影響因素，確定了其潛在破壞類(lèi)型為內(nèi)部滑坡。

（2）采用邊坡穩(wěn)定性分析軟件和野外實(shí)測(cè)相結(jié)合的研究方法，確定該邊坡的安全系數(shù)為1.42，但在局部區(qū)域具有潛在的滑動(dòng)破壞。對(duì)潛在滑動(dòng)破壞區(qū)域平臺(tái)寬度擴(kuò)大至40 m，同時(shí)建議采取擋土墻、錨桿等加固措施。