北場-架崖山礦段露天采場北幫滑坡特征及防治方案研究

李平華

蘭坪縣北廠—架崖山礦段露天采場的開采歷史，始于1981年，初期以開采富鉛礦為主，之后歷經(jīng)上世紀(jì)80 年代初期的大規(guī)模群眾性開采，90 年代的國家和地方政府開采。2003 年7 月29日云南金鼎鋅業(yè)有限公司成立后，對礦山進(jìn)行了科學(xué)規(guī)劃、規(guī)范開采及現(xiàn)代化管理。

經(jīng)年累月的礦山開采造成礦山地質(zhì)環(huán)境條件較為復(fù)雜。經(jīng)多年采礦作業(yè)，北廠—架崖山礦段露天采場呈現(xiàn)反“C”形，且形成了一定規(guī)模的山坡露天采場。當(dāng)前露天采場主要集中在北廠礦段生產(chǎn)，分別由北幫、東幫、南幫及較為平緩的西幫組成，采場頂部位于北幫高程2740m，采場底部高程2552m，采深188m。架崖山礦段頂部高程2817m，采場底部高程2624m，采深193m。

2020 年5 月14 日9 時24 分露天采場北幫發(fā)生了滑坡地質(zhì)災(zāi)害，滑坡體直接威脅下方區(qū)域采礦人員及設(shè)備的安全?；麦w的防治工作緊急且尤為重要。正確地認(rèn)識滑坡地質(zhì)災(zāi)害，研究其基本特征與發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，科學(xué)地制定防治方案，并有效組織實施，能夠大大減少地質(zhì)災(zāi)害帶來的損失，同時有效扼制并消除地質(zhì)災(zāi)害帶來的威脅。

1 滑坡所在區(qū)域基本地質(zhì)概況

滑坡區(qū)域位于蘭坪縣北廠—架崖山礦段露天采場北幫頂部區(qū)域。礦區(qū)為一穹隆褶皺山地，核部被剝蝕成負(fù)地形，翼部則相對凸起。北廠—架崖山礦段屬穹隆北東翼，正地形，相對高差約600m，90%礦量在侵蝕基準(zhǔn)面以上。

滑坡區(qū)域自下向上揭露巖層為：礦體直接頂板侏羅系中統(tǒng)花開左組（J2h1）的紫紅色泥質(zhì)粉砂巖夾細(xì)砂巖；三疊系上統(tǒng)麥初箐組（T3m）的灰黑色粉砂巖；三疊系上統(tǒng)三合洞組（T3s）深灰色瀝青質(zhì)灰?guī)r。除三合洞組（T3s1-2）為堅硬巖層外，其余為軟弱巖層，以粉砂巖、細(xì)砂巖為主。其共同的特征是：力學(xué)強度低、含親水、片狀礦物；浸水崩解、泥化、軟化、風(fēng)化快，穩(wěn)定性差。

巖體結(jié)構(gòu)特征有散體結(jié)構(gòu)，分布于邊坡中上部；層狀結(jié)構(gòu)，分布于邊坡下部；碎裂結(jié)構(gòu)，邊坡上中下都有分布，所占區(qū)域較大。風(fēng)化程度從上至下依次為強風(fēng)化和中風(fēng)化。

礦段北東幫屬多層結(jié)構(gòu)的切層（或反向）坡；基本由外來系統(tǒng)地層組成；巖體結(jié)構(gòu)面具多期、多方向性特征；主要結(jié)構(gòu)體形式為碎塊狀、塊狀，塊度在0.02m ～0.5m 間，多為碎裂散體結(jié)構(gòu)軟、較軟-半堅硬巖巖體，巖體力學(xué)強度普遍較低。露采開挖，破壞了巖體原來的應(yīng)力狀態(tài)，引起應(yīng)力重分布，產(chǎn)生應(yīng)力不均勻釋放；由于坡體基座軟-較軟弱巖層較厚，易在坡腳形成應(yīng)力集中帶，造成塑流變形，向臨空區(qū)擠出；在坡頂一定范圍產(chǎn)生拉張松動變形，形成平行坡口線的卸荷張拉裂隙，產(chǎn)生中、小型崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的可能性大。

礦區(qū)屬亞熱帶高原型山地季風(fēng)氣候，受喜馬拉雅-西藏暖濕氣流影響，冬季低溫陰雨連綿，夏季雨水充沛。礦區(qū)屬溫帶氣候，氣溫最高31.4℃，最低9.7℃，年平均11.5℃。區(qū)內(nèi)雨量充沛，雨季多集中在6 月～9 月，占全年降雨量的72.11%；歷年平均降水量975.2mm，最大月降雨量376.9mm，最大日降雨量80.8mm。

2 滑坡地質(zhì)災(zāi)害基本特征

2.1 地形特征

滑坡位于露天采場北西側(cè)，地形較陡，坡度約50°～55°，坎高35m ～40m（見圖1）。

圖1 滑坡全貌遠(yuǎn)照

2.2 變形特征

滑坡體平面呈舌形，滑坡方向約121°，縱長約24m ～90m，橫寬約430m，滑體巖體松散，滑體表面坡度總體約50°～55°，滑坡體高度約35m ～40m，后壁高度13m，后壁坡度70°（見圖2）。

圖2 滑坡近照

2.3 滑坡形態(tài)及規(guī)模

滑坡整體沿陡坎呈線狀分布，后緣及前緣周界清晰?；潞缶墳槎缚采戏?，出現(xiàn)明顯開裂變形，前緣為坎腳，有明顯剪出口?；轮骰较驗?21°，縱長約24m ～90m，橫寬約430m，面積約21727m2，滑體厚度6m ～10m，平均厚度7m，方量約90000m3。

根椐《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T 0218-2006）規(guī)定，滑坡物質(zhì)組份、滑面最大埋深和力學(xué)性質(zhì)劃分，滑坡屬推移式中型淺層巖體滑坡。

2.4 滑坡結(jié)構(gòu)特征

（1）滑坡堆積：主要有三疊系上統(tǒng)麥初箐組（T3m）強風(fēng)化灰黑色粉砂巖、三疊系上統(tǒng)三合洞組（T3s）強風(fēng)化深灰色瀝青質(zhì)灰?guī)r，滑體厚度6m ～10m，平均厚度8.0m。

（2）滑帶（面）特征：滑動面屬于強風(fēng)化與中等風(fēng)化接觸面、三合洞組灰?guī)r與麥初箐組泥巖接觸面，呈折線型，埋深6m ～10m。

（3）滑床：滑床由中等風(fēng)化灰黑色粉砂巖、深灰色瀝青質(zhì)灰?guī)r組成。

2.5 滑坡成因

2.5.1 主控因素

該滑坡形成的主控因素包括地形條件、巖土條件、構(gòu)造條件，各因素對滑坡形成的影響主要表現(xiàn)為：

（1）地形條件：滑坡區(qū)地處北廠-架崖山露天采場斜坡上，受露天采場開挖的影響，斜坡整體分為多個平臺，平臺之間為陡坎，地形坡度較陡，大于60°，為滑坡提供臨空面。

（2）巖土條件：坡體上部為強風(fēng)化灰?guī)r及粉砂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，力學(xué)強度低，組成邊坡的三疊系上統(tǒng)麥初箐組（T3m）強風(fēng)化灰黑色泥質(zhì)粉砂巖屬于極軟巖，易風(fēng)化崩解，隨著不斷風(fēng)化崩解，邊坡臨空面變陡，極易誘發(fā)滑坡。

（3）構(gòu)造條件：根據(jù)《云南金鼎鋅業(yè)有限公司北廠-架崖山礦段露天采場邊坡結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化及穩(wěn)定性研究》報告，露天采場邊坡巖結(jié)構(gòu)面間距主要分布在0cm ～20cm 區(qū)間，節(jié)理較為發(fā)育；結(jié)構(gòu)面大部分屬于平直型；結(jié)構(gòu)面傾角主要集中在51°～90°，屬于陡傾結(jié)構(gòu)面；結(jié)構(gòu)面張開度類型中，以閉合節(jié)理為主；結(jié)構(gòu)面均為干燥結(jié)構(gòu)面。由于結(jié)構(gòu)面傾角較陡，雨季地表水滲入后容易使結(jié)構(gòu)面泥化和軟化，最終誘發(fā)滑坡。

（4）水文地質(zhì)條件：水是促使滑坡形成的主要因素。一方面，場區(qū)上覆土體以強風(fēng)化灰?guī)r和粉砂巖為主，具有一定的滲透性；另一方面，由于底部三疊系上統(tǒng)麥初箐組（T3m）強風(fēng)化灰黑色泥質(zhì)粉砂巖滲透性較差，容易接觸帶富水。地表水下滲，容易在滲透性有差異的土層間聚集、流動而形成軟弱帶（或軟弱夾層）；滑帶土長期在地下水的浸泡下軟化，隨著抗剪強度降低逐漸加劇土體蠕變。

2.5.2 誘發(fā)因素

（1）雨季強降雨。

（2）露天采場外圍未修建完善的排水設(shè)施，降雨直接排于坡體，使得滑坡周邊地表水不能及時排走，在滑坡低洼處形成積水。即長時間的降雨和地表水入滲，容易造成土體飽和，增加土體自重。

（3）滑坡后緣主要為露天采場邊緣強-中風(fēng)化層，露天開采對坡體的開挖，影響坡體穩(wěn)定性。

3 滑坡地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性分析

3.1 計算模型選取

根據(jù)收集資料及現(xiàn)場調(diào)查，邊坡主要由侏羅系中統(tǒng)花開左組（J2h1）的紫紅色泥質(zhì)粉砂巖夾細(xì)砂巖、三疊系上統(tǒng)麥初箐組（T3m）的灰黑色粉砂巖、三疊系上統(tǒng)三合洞組（T3s）深灰色瀝青質(zhì)灰?guī)r構(gòu)成。斜坡整體失穩(wěn)滑動面為強風(fēng)化與中等風(fēng)化界面，因此采用極限平衡理論計算斜坡穩(wěn)定性，滑面簡化成折線，穩(wěn)定性計算采用通用的傳遞系數(shù)法計算滑坡穩(wěn)定性及推力。

3.2 計算方法

滑動面近似折線型，按照《滑坡防治工程勘查規(guī)范》及《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)要求，對滑坡的穩(wěn)定性及推力進(jìn)行計算。將滑面視為折線型，簡化為二維問題進(jìn)行計算。

3.3 計算工況及荷載組合

3.3.1 計算工況

根據(jù)《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》（DZ/T 0219-2006）中表3 查得，滑坡防治工程等級為Ⅲ級。根據(jù)滑坡的實際情況，滑坡穩(wěn)定性分析計算工況如下：

工況一：滑體天然自重。

工況二：滑體天然自重＋暴雨作用。

工況三：滑體天然自重＋地震力作用。

3.3.2 荷載組合

（1）滑體自重：按不同工況組合，不同深度的土體分別采用天然和飽和重度分塊計算。

（2）暴雨及地下水：暴雨入滲深度范圍取飽和重度，入滲深度取滑面深度。

3.4 計算參數(shù)選取

根據(jù)《云南金鼎鋅業(yè)有限公司北廠-架崖山礦段露天采場邊坡結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化及穩(wěn)定性研究》報告，各巖土層參數(shù)見表1；水平地震系數(shù)（Kn）：滑坡處于抗震設(shè)防烈度Ⅶ度區(qū)，按規(guī)范規(guī)定，A 取0.15；量取滑動面長度（L）與傾角（α）、計算滑塊面積（A）與重量（G）在計算斷面上量取與計算；滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)（Fst）：工況一取1.20；工況二取1.05；工況三取1.05。

表1 巖土層的穩(wěn)定性驗算指標(biāo)建議值表

3.5 計算結(jié)果

滑坡在工況一條件下Fs=1.03，滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，工況二條件下Fs=0.93，滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)；工況三條件下Fs=1.01，滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

3.6 發(fā)展趨勢及危害

現(xiàn)狀滑坡穩(wěn)定性較差，目前處于滑動變形階段，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨飽和后處于不穩(wěn)定狀態(tài)，將產(chǎn)生滑動。北廠-架崖山露天采場西北頂部滑坡現(xiàn)狀直接威脅下方采礦人員及設(shè)備的安全，威脅人數(shù)約30 人，威脅資產(chǎn)約500 萬元，地質(zhì)災(zāi)害險情等級為中型。

4 滑坡地質(zhì)災(zāi)害防治方案研究

4.1 防治目的

采取技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的綜合防治體系?；路乐文繕?biāo)是消除地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的威脅和隱患，控制和減小滑坡災(zāi)害損失，確保地質(zhì)災(zāi)害危險區(qū)內(nèi)采礦作業(yè)人員生命和設(shè)備安全。

4.2 防治原則

堅持“以防為主，防治結(jié)合，運用科學(xué)方法，經(jīng)濟合理”的指導(dǎo)方針，按照以人為本，安全經(jīng)濟，因害設(shè)防、統(tǒng)籌兼顧、重點整治的工程防治，行政措施，植物措施三者并舉進(jìn)行防治的原則。

（1）以人為本原則：堅持以人為本，針對滑坡威脅對象進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害防治策略。

（2）設(shè)計安全可靠，經(jīng)濟合理的原則：滑坡地質(zhì)災(zāi)害防治工程應(yīng)以保護和美化環(huán)境為原則，密切配合露天采場總體發(fā)展規(guī)劃，合理布置，精心設(shè)計，力求工程治理措施可行、經(jīng)濟合理、安全可靠。

（3）因害設(shè)防、統(tǒng)籌兼顧、重點治理原則：針對滑坡威脅對象進(jìn)行重點工程治理，對坡面及周邊在自然和人為因素作用下可能誘發(fā)滑坡邊坡失穩(wěn)危害的地段采取工程或植物措施進(jìn)行防治，達(dá)到防治結(jié)合的目的。

（4）防治與管護相結(jié)合：工程治理、行政措施兩措并舉，除設(shè)置工程治理外，要提高防災(zāi)意識，加強對治災(zāi)設(shè)施的管護。

4.3 防治方案設(shè)計

地質(zhì)災(zāi)害防治方案的擬定，需要遵循前述地質(zhì)災(zāi)害防治原則，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害體的特征、地形地貌、地層巖性等情況確定。方案設(shè)計時主要考慮治理效果、投資、環(huán)境影響及施工難度等因素，以最優(yōu)者為推薦方案?？傮w方案為分臺放坡+地表排水的綜合治理措施。

4.4 防治工程布局和工程措施

4.4.1 分臺放坡

滑坡位于現(xiàn)狀露天采場坡頂，采用削坡降低坡比的方式護坡。以現(xiàn)狀露天采場2612m 平臺開始分臺放坡，具體參數(shù)為：分臺臺階高度12m，坡比為1：1.00，平臺寬度40m，臺階坡面角45°，最終邊坡角13°。分為2588m、2600m、2624m、2636m、2648m、2660m、2672m、2684m、2696m、2708m 共10 個平臺。

4.4.2 排水系統(tǒng)工程

露天采場為山坡露天，最低開采標(biāo)高位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面沘江河以上，地下水對采礦活動無太大的影響。露天采場內(nèi)積水主要為大氣降雨。露天采場內(nèi)采用分臺階截流的排水方案，在露天采場臺階內(nèi)側(cè)修建場內(nèi)排水溝，排除地表大氣降水和地表裂隙水。

4.4.3 廢石排放

為了避免削坡后產(chǎn)生的土石方對地質(zhì)環(huán)境的二次破壞，應(yīng)將削坡廢石排入現(xiàn)有排土場內(nèi)。

4.5 方案治理工程量

根據(jù)上述設(shè)計方案，根據(jù)現(xiàn)狀地形，本次共分10 個平臺，主要工程為分臺削坡、土方外運、排水溝開挖、征用土地，其工程量見表2。

表2 治理工程工程量表

4.6 效果評價

設(shè)計治理工程主要有：分臺削坡、土方外運、排水溝開挖、征用土地等。對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行清除，降低采場邊坡坡度，從根本上解除了地質(zhì)災(zāi)害對采礦工作人員及采礦設(shè)備的威脅?；轮卫碓O(shè)計科學(xué)合理，施工可操作性強，預(yù)期工程設(shè)計效果較好。

5 結(jié)論

（1）滑坡現(xiàn)狀處于欠穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨飽和條件下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，地震條件下處于欠穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）降雨、地表水入滲是滑坡形成主導(dǎo)誘因，地震加劇了滑坡體的變形。

（3）建議對滑坡重點地段采取清理及削坡措施，完善滑坡區(qū)范圍的截、排水設(shè)施。

（4）前期工作中，先對滑坡區(qū)修建完善的排水系統(tǒng)對維護場區(qū)穩(wěn)定是確切有效的，能夠盡早完成滑坡的施工治理工作。

（5）為保證滑坡治理措施的施工安全性，驗證治理效果尚應(yīng)進(jìn)行短期或長期監(jiān)測，并設(shè)立相應(yīng)的警示標(biāo)志及預(yù)警預(yù)報體系。