綠色環(huán)保背景下礦區(qū)排土場邊坡穩(wěn)定性評價及防治措施

張劍

（江西省地質(zhì)局水文地質(zhì)大隊，南昌 330095）

1 引言

礦區(qū)排土場是采礦排棄物集中堆放的場所，屬于巨型人工松散堆墊體，存在一定的安全隱患，如果排土場邊坡失穩(wěn)，引發(fā)滑坡、泥石流等災(zāi)害，不但會影響正常生產(chǎn)經(jīng)營活動，而且容易產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失和嚴重的生態(tài)破壞，不符合礦區(qū)工程綠色環(huán)保及健康可持續(xù)發(fā)展要求，必須加強邊坡穩(wěn)定性分析，采取相應(yīng)的防治措施，避免發(fā)生不可控事件。

2 工程概況

永平銅礦位于江西省上饒市，交通便利，地理環(huán)境優(yōu)越。永平銅礦現(xiàn)排土場頂標高約207~209 m，排土場底標高約126~130 m，現(xiàn)狀排土場邊坡坡長約130 m，邊坡高度約52.19~79.19 m，坡度約35°~40°，屬于填方邊坡。為了滿足永平銅礦排土場穩(wěn)定性評價的需要，防止發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)開展對該邊坡工程的工程地質(zhì)詳細勘察工作，查明勘察邊坡的工程地質(zhì)條件，評價邊坡穩(wěn)定性，為邊坡治理設(shè)計提供設(shè)計依據(jù)和參數(shù)。主要任務(wù)包括：對勘察場地及周邊進行工程地質(zhì)測繪，查明場地的地貌特征、地質(zhì)構(gòu)造、巖層產(chǎn)狀、不良地質(zhì)作用類型及分布范圍、危害程度；查明排土場剝離廢石堆料的成分、埋深，并測試其在自然狀態(tài)下的物理力學性質(zhì)；查明排土場下覆巖土類型、分布、深度、工程特性，及其巖土物理力學指標和地基承載力參數(shù)；查明場地水文地質(zhì)條件，并分析評價對其排土場穩(wěn)定性的影響；對場地的地震效應(yīng)進行評價；對場地、地基和邊坡的穩(wěn)定性進行分析，評價排土場的穩(wěn)定性，并提出相應(yīng)的工程防治措施。

3 綠色環(huán)保背景下礦區(qū)排土場邊坡穩(wěn)定性評價

3.1 邊坡場地穩(wěn)定性及適宜性評價

3.1.1 邊坡場地穩(wěn)定性

勘察場區(qū)內(nèi)，僅局部山坡存在小型沖溝，偶爾有掉塊現(xiàn)象，主要是由于邊坡形成臨空面后，未對其進行護面等措施，后因暴雨形成小型沖溝及偶有掉塊現(xiàn)象，但勘察場區(qū)未見其他較大的不良地質(zhì)作用。場地基巖為混合片麻巖，不存在巖溶問題；無人為的地下開采活動，沒有采空區(qū)；在地震作用方面，該區(qū)域歷史上無強震記錄，雖然受到鄰區(qū)地震影響，但鄰區(qū)最高抗震設(shè)防烈度均在6 度以下，不處在震中區(qū)。所以，從工程地質(zhì)條件和地震作用來看，邊坡場地具有良好的穩(wěn)定性。

3.1.2 場地適宜性

本次勘察結(jié)果表明，場地內(nèi)地形地貌中等復雜，未發(fā)現(xiàn)斷層、滑坡、泥石流、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象，但場地對抗震不利。地震動參數(shù)設(shè)計時，需要充分估計不利地段可能產(chǎn)生的放大作用，在選擇合適的支擋措施及良好的持力層后，一般不會出現(xiàn)工程邊坡失穩(wěn)，場地與地基均能保持穩(wěn)定，適宜進行工程建設(shè)。

3.2 地基穩(wěn)定性及均勻性評價

3.2.1 地基穩(wěn)定性

永平銅礦邊坡主要為剝離廢石堆積填料，無飽和砂土、液化土或軟弱震陷土層，作為支擋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)持力層的土層均為良好的黏性土層或基巖風化層，可滿足承載力要求，在采取相應(yīng)的工程措施后，可以確保地基的穩(wěn)定性。

3.2.2 地基均勻性

場區(qū)各土層在平面及空間分布上，地質(zhì)成因、巖性、狀態(tài)均具有一定的不均勻性，各土層層面起伏較大，各土層工程力學性質(zhì)在水平向和豎向上亦呈現(xiàn)不均勻性，在荷載作用下，易發(fā)生不均勻沉降，經(jīng)綜合分析，場地地基土屬不均勻地基[1]。

3.3 邊坡巖土體特性評價

根據(jù)邊坡形態(tài)分布，結(jié)合巖土力學性能、空間分布情況，將各巖土層的工程特性進行評價。剝離廢石堆積填料成分復雜且不均勻，已進行分層壓實處理，結(jié)構(gòu)較密實，硬質(zhì)含量不均，絕大多數(shù)硬質(zhì)含量約為65%，局部在30%~40%，承載力低，力學性能差。根據(jù)邊坡型式，結(jié)合類似工程實例，該地基土層為邊坡主要易滑土層，為后期邊坡重點支護地層。粉質(zhì)黏土以可塑狀為主，局部硬塑狀，力學性質(zhì)較好，具中低壓縮性，為邊坡臨空段主要地基土層。由于邊坡高度較高，該層地基土抗剪強度較好，自立穩(wěn)定性較好，并在坡腳標高以下仍有一定埋深，邊坡自該層滑移剪出破壞可能性小，可作為邊坡支護結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)持力層。全風化混合片麻巖為可塑狀，礦物成分除石英外已風化為土狀，夾有少量碎石，該層力學性質(zhì)較高，具中低壓縮性，但具有泡水易軟化、崩解的不良特性，自立穩(wěn)定性較好，埋深較深，邊坡自該層滑移剪出破壞可能性小，可作為邊坡支護結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)持力層。強風化混合片麻巖為軟巖，巖石風化裂隙強烈發(fā)育，局部風化不均一，風化裂隙發(fā)育，巖體破碎，多呈土塊狀、碎塊狀，但地基承載力高，力學性質(zhì)好，且具有一定的埋深，邊坡自該層滑移剪出破壞可能性小，可作為邊坡支護結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)持力層。中風化混合片麻巖為軟質(zhì)巖，巖體較破碎，多呈碎塊狀、短柱狀及少量柱狀，地基承載力高，力學性質(zhì)好，埋深較深，邊坡自該層滑移剪出破壞可能性小，可作為邊坡支護結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)持力層。

3.4 主要巖土參數(shù)取用

邊坡體抗剪強度力學指標的選用主要采用現(xiàn)場原位測試指標、室內(nèi)試驗指標和工程經(jīng)驗類比指標相結(jié)合的方法。擬定的計算指標介于室內(nèi)試驗指標和現(xiàn)場試驗指標之間，相對可靠。經(jīng)驗指標一般可以對擬定計算指標進行判斷、分析，尤其是在試驗指標和經(jīng)驗指標沖突時，需要將經(jīng)驗指標作為輔助，經(jīng)過綜合分析和判斷后，確定計算指標。因此，選擇與確定抗剪強度力學性質(zhì)指標的總體原則為：參考室內(nèi)試驗指標，結(jié)合工程經(jīng)驗類比指標，初步擬定抗剪強度指標，在此基礎(chǔ)上，開展參數(shù)的敏感性分析，擬定指標驗算，最終綜合確定抗剪強度參數(shù)指標。

3.5 邊坡穩(wěn)定性定性分析評價

3.5.1 潛在失穩(wěn)模式

永平銅礦排土場邊坡坡體主要為剝離廢石堆積填料，在堆填過程中，回填時經(jīng)碾壓處理，已固結(jié)，回填時間5~10 年不等，經(jīng)現(xiàn)場重型圓錐動力觸探試驗證明，現(xiàn)狀坡體堆填較密實，坡體基本穩(wěn)定。潛在的滑移面主要表現(xiàn)為：剝離廢石堆積填料層與粉質(zhì)黏土層分界處； 粉質(zhì)黏土與強風化混合片麻巖分界面處；土巖分界面處；總體上屬類土質(zhì)坡。在整體穩(wěn)定性方面，潛在失穩(wěn)模式是沿開挖坡腳或坡面剪出的圓弧形整體滑動；在局部穩(wěn)定性方面，潛在失穩(wěn)模式是坡面淺表層滑坡和坡面崩解破壞[2]。

3.5.2 邊坡穩(wěn)定性影響因素分析

影響邊坡穩(wěn)定性的因素有很多，主要包括自然環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境、社會環(huán)境等方面。其中，自然環(huán)境主要指的是氣候、地形地貌、水文條件等；地質(zhì)環(huán)境主要包括地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、地震作用等；社會環(huán)境主要指的是人類工程活動。在這些影響因素中，氣候變化、人類活動影響最大，不利的坡體巖性結(jié)構(gòu)、地形條件是邊坡失穩(wěn)的內(nèi)在誘因，而人類建設(shè)活動進一步降低了邊坡穩(wěn)定性，在強降雨、地震等作用下，最終導致了邊坡失穩(wěn)的發(fā)生。

3.5.3 坡率類比分析

根據(jù)周邊類似項目的工程經(jīng)驗，排土場邊坡在堆坡回填時，經(jīng)碾壓處理，已固結(jié)，且回填時間長達5~10 年不等，故剝離廢石堆積填料層放坡自穩(wěn)的坡率一般都緩于1∶1.4。結(jié)合本工程，坡體物質(zhì)成分以剝離廢石堆積填料層為主，類比于周邊類似工程項目，不加防護措施，坡體開挖應(yīng)最少保持有緩于1∶1.4 的坡度。顯然，該排土場邊坡基本滿足坡體自穩(wěn)的要求，但考慮到雨水等沖刷影響，尚需采取一定的防護措施。

4 綠色環(huán)保背景下礦區(qū)排土場邊坡防治工程措施

4.1 總體方案

根據(jù)邊坡工程地質(zhì)特征及穩(wěn)定性評價分析，該排土場邊坡在一般工況和地震工況條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)，僅在暴雨工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但在暴雨、久雨或長時間暴露風化等外界不利因素影響下，穩(wěn)定性大大降低，會引起坡面滑塌，對坡腳擬建物造成威脅，因此，建議制訂相應(yīng)護坡預案并加強監(jiān)護措施。原擬建邊坡各巖土體，遇水浸泡強度降低，抗剪強度下降，增大了邊坡的不穩(wěn)定性，邊坡設(shè)計應(yīng)做好坡頂和外圍的截排水措施，盡可能減少降雨地表積水入滲土體，造成土體軟化、變形。采取有效的地表排水和地下排水措施，建議分5~6 級放坡，每級邊坡高度12 m，放坡比率為1∶1.5，留臺寬3 m，并完善截排水系統(tǒng)?？稍谶吰缕马敽缶壨? m 處，沿邊坡長度方向設(shè)置環(huán)形截水溝，坡體上設(shè)分級排水溝，以有效攔截地表水。在邊坡坡體中應(yīng)設(shè)置泄水孔，泄水孔設(shè)置在裂隙發(fā)育的重點部位，有效緩解地表水的滲透作用。在邊坡底部設(shè)置排水溝，坡底排水溝應(yīng)結(jié)合整個場地的排水系統(tǒng)和綠化進行統(tǒng)一施工，也可與場地內(nèi)的排水系統(tǒng)共用，同時，對坡面采取鍍鋅三維網(wǎng)撒播草籽復綠進行支護。

4.2 注意事項

截、排水溝和泄水孔的布置應(yīng)滿足規(guī)范要求，斷面面積應(yīng)根據(jù)匯水面積、降雨量大小計算確定。治理邊坡時，應(yīng)該先施工坡頂排水系統(tǒng)。邊坡的開挖應(yīng)盡可能避開雨天施工，開挖后應(yīng)及時對坡面做好排水措施。坡面排水設(shè)計時，應(yīng)注意巖體節(jié)理裂隙等重點部位。在邊坡的施工期和使用期，著重控制不利于邊坡穩(wěn)定的因素，避免坡頂超載，不得隨意開挖坡腳，避免地表水及地下水大量滲入坡體。加強邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測工作，合理設(shè)置變形監(jiān)測點，監(jiān)測主要內(nèi)容為坡頂水平位移、 垂直位移、地表裂縫、支護結(jié)構(gòu)變形等；控制監(jiān)測頻率，邊坡施工期間宜每天監(jiān)測1 次，邊坡竣工后的監(jiān)測時間不宜少于2 年。根據(jù)施工現(xiàn)場觀測情況，及時調(diào)整設(shè)計方案，加強各項驗證工作及試驗，記錄、反饋施工信息，完善現(xiàn)場巡檢制度，定期檢查邊坡情況，特別是雨后及暴雨季節(jié)，調(diào)整監(jiān)測程序和頻率，及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

5 結(jié)語

綜上所述，影響礦區(qū)堆土場邊坡穩(wěn)定性的因素有很多，包括氣候、水文、地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地震、人類活動等，必須明確主要因素的影響程度，并采用先進的分析理論和計算方法，全面準確評價堆土場邊坡的穩(wěn)定性，科學設(shè)計邊坡防治工程，降低坡面滑移、變形破壞的可能性，同時，加強施工、竣工后的邊坡監(jiān)測管理，保證動態(tài)防治效果。