綠色環(huán)保背景下礦區(qū)排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及防治措施

張劍

（江西省地質(zhì)局水文地質(zhì)大隊(duì)，南昌 330095）

1 引言

礦區(qū)排土場(chǎng)是采礦排棄物集中堆放的場(chǎng)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(chǎng)邊坡失穩(wěn)，引發(fā)滑坡、泥石流等災(zāi)害，不但會(huì)影響正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，而且容易產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)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(qiáng)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(chǎng)頂標(biāo)高約207~209 m，排土場(chǎng)底標(biāo)高約126~130 m，現(xiàn)狀排土場(chǎng)邊坡坡長(zhǎng)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(chǎng)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的需要，防止發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)開(kāi)展對(duì)該邊坡工程的工程地質(zhì)詳細(xì)勘察工作，查明勘察邊坡的工程地質(zhì)條件，評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性，為邊坡治理設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)和參數(shù)。主要任務(wù)包括：對(duì)勘察場(chǎng)地及周邊進(jìn)行工程地質(zhì)測(cè)繪，查明場(chǎng)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(lèi)型及分布范圍、危害程度；查明排土場(chǎng)剝離廢石堆料的成分、埋深，并測(cè)試其在自然狀態(tài)下的物理力學(xué)性質(zhì)；查明排土場(chǎng)下覆巖土類(lèi)型、分布、深度、工程特性，及其巖土物理力學(xué)指標(biāo)和地基承載力參數(shù)；查明場(chǎng)地水文地質(zhì)條件，并分析評(píng)價(jià)對(duì)其排土場(chǎng)穩(wěn)定性的影響；對(duì)場(chǎng)地的地震效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)；對(duì)場(chǎng)地、地基和邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)排土場(chǎng)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(chǎng)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.1 邊坡場(chǎng)地穩(wěn)定性及適宜性評(píng)價(jià)

3.1.1 邊坡場(chǎng)地穩(wěn)定性

勘察場(chǎng)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(duì)其進(jìn)行護(hù)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(chǎng)區(qū)未見(jiàn)其他較大的不良地質(zhì)作用。場(chǎng)地基巖為混合片麻巖，不存在巖溶問(wèn)題；無(wú)人為的地下開(kāi)采活動(dòng)，沒(méi)有采空區(qū)；在地震作用方面，該區(qū)域歷史上無(wú)強(qiáng)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(lái)看，邊坡場(chǎng)地具有良好的穩(wěn)定性。

3.1.2 場(chǎng)地適宜性

本次勘察結(jié)果表明，場(chǎng)地內(nèi)地形地貌中等復(fù)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(chǎng)地對(duì)抗震不利。地震動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分估計(jì)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(huì)出現(xiàn)工程邊坡失穩(wěn)，場(chǎng)地與地基均能保持穩(wěn)定，適宜進(jìn)行工程建設(shè)。

3.2 地基穩(wěn)定性及均勻性評(píng)價(jià)

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(wú)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(fēng)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(chǎng)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(xué)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(chǎng)地地基土屬不均勻地基[1]。

3.3 邊坡巖土體特性評(píng)價(jià)

根據(jù)邊坡形態(tài)分布，結(jié)合巖土力學(xué)性能、空間分布情況，將各巖土層的工程特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。剝離廢石堆積填料成分復(fù)雜且不均勻，已進(jìn)行分層壓實(shí)處理，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，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(xué)性能差。根據(jù)邊坡型式，結(jié)合類(lèi)似工程實(shí)例，該地基土層為邊坡主要易滑土層，為后期邊坡重點(diǎn)支護(hù)地層。粉質(zhì)黏土以可塑狀為主，局部硬塑狀，力學(xué)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(qiáng)度較好，自立穩(wěn)定性較好，并在坡腳標(biāo)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(hù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)持力層。全風(fēng)化混合片麻巖為可塑狀，礦物成分除石英外已風(fēng)化為土狀，夾有少量碎石，該層力學(xué)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(hù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)持力層。強(qiáng)風(fēng)化混合片麻巖為軟巖，巖石風(fēng)化裂隙強(qiáng)烈發(fā)育，局部風(fēng)化不均一，風(fēng)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(xué)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(hù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)持力層。中風(fēng)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(xué)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(hù)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(qiáng)度力學(xué)指標(biāo)的選用主要采用現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試指標(biāo)、室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)和工程經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比指標(biāo)相結(jié)合的方法。擬定的計(jì)算指標(biāo)介于室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)指標(biāo)之間，相對(duì)可靠。經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)一般可以對(duì)擬定計(jì)算指標(biāo)進(jìn)行判斷、分析，尤其是在試驗(yàn)指標(biāo)和經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)沖突時(shí)，需要將經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)作為輔助，經(jīng)過(guò)綜合分析和判斷后，確定計(jì)算指標(biāo)。因此，選擇與確定抗剪強(qiáng)度力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的總體原則為：參考室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比指標(biāo)，初步擬定抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展參數(shù)的敏感性分析，擬定指標(biāo)驗(yàn)算，最終綜合確定抗剪強(qiáng)度參數(shù)指標(biāo)。

3.5 邊坡穩(wěn)定性定性分析評(píng)價(jià)

3.5.1 潛在失穩(wěn)模式

永平銅礦排土場(chǎng)邊坡坡體主要為剝離廢石堆積填料，在堆填過(guò)程中，回填時(shí)經(jīng)碾壓處理，已固結(jié)，回填時(shí)間5~10 年不等，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)證明，現(xiàn)狀坡體堆填較密實(shí)，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(qiáng)風(fēng)化混合片麻巖分界面處；土巖分界面處；總體上屬類(lèi)土質(zhì)坡。在整體穩(wěn)定性方面，潛在失穩(wěn)模式是沿開(kāi)挖坡腳或坡面剪出的圓弧形整體滑動(dòng)；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(huì)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(huì)環(huán)境主要指的是人類(lèi)工程活動(dòng)。在這些影響因素中，氣候變化、人類(lèi)活動(dòng)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(lèi)建設(shè)活動(dòng)進(jìn)一步降低了邊坡穩(wěn)定性，在強(qiáng)降雨、地震等作用下，最終導(dǎo)致了邊坡失穩(wěn)的發(fā)生。

3.5.3 坡率類(lèi)比分析

根據(jù)周邊類(lèi)似項(xiàng)目的工程經(jīng)驗(yàn)，排土場(chǎng)邊坡在堆坡回填時(shí)，經(jīng)碾壓處理，已固結(jié)，且回填時(shí)間長(zhǎng)達(dá)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(lèi)比于周邊類(lèi)似工程項(xiàng)目，不加防護(hù)措施，坡體開(kāi)挖應(yīng)最少保持有緩于1∶1.4 的坡度。顯然，該排土場(chǎng)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(hù)措施。

4 綠色環(huán)保背景下礦區(qū)排土場(chǎng)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(píng)價(jià)分析，該排土場(chǎng)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(zhǎng)時(shí)間暴露風(fēng)化等外界不利因素影響下，穩(wěn)定性大大降低，會(huì)引起坡面滑塌，對(duì)坡腳擬建物造成威脅，因此，建議制訂相應(yīng)護(hù)坡預(yù)案并加強(qiáng)監(jiān)護(hù)措施。原擬建邊坡各巖土體，遇水浸泡強(qiáng)度降低，抗剪強(qiáng)度下降，增大了邊坡的不穩(wěn)定性，邊坡設(shè)計(jì)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(jí)放坡，每級(jí)邊坡高度12 m，放坡比率為1∶1.5，留臺(tái)寬3 m，并完善截排水系統(tǒng)。可在邊坡坡頂后緣外1 m 處，沿邊坡長(zhǎng)度方向設(shè)置環(huán)形截水溝，坡體上設(shè)分級(jí)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(diǎn)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(gè)場(chǎng)地的排水系統(tǒng)和綠化進(jìn)行統(tǒng)一施工，也可與場(chǎng)地內(nèi)的排水系統(tǒng)共用，同時(shí)，對(duì)坡面采取鍍鋅三維網(wǎng)撒播草籽復(fù)綠進(jìn)行支護(hù)。

4.2 注意事項(xiàng)

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(jì)算確定。治理邊坡時(shí)，應(yīng)該先施工坡頂排水系統(tǒng)。邊坡的開(kāi)挖應(yīng)盡可能避開(kāi)雨天施工，開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)對(duì)坡面做好排水措施。坡面排水設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意巖體節(jié)理裂隙等重點(diǎn)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(kāi)挖坡腳，避免地表水及地下水大量滲入坡體。加強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)工作，合理設(shè)置變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容為坡頂水平位移、 垂直位移、地表裂縫、支護(hù)結(jié)構(gòu)變形等；控制監(jiān)測(cè)頻率，邊坡施工期間宜每天監(jiān)測(cè)1 次，邊坡竣工后的監(jiān)測(cè)時(shí)間不宜少于2 年。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)情況，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，加強(qiáng)各項(xiàng)驗(yàn)證工作及試驗(yàn)，記錄、反饋施工信息，完善現(xiàn)場(chǎng)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(cè)程序和頻率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，影響礦區(qū)堆土場(chǎng)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(lèi)活動(dòng)等，必須明確主要因素的影響程度，并采用先進(jìn)的分析理論和計(jì)算方法，全面準(zhǔn)確評(píng)價(jià)堆土場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定性，科學(xué)設(shè)計(jì)邊坡防治工程，降低坡面滑移、變形破壞的可能性，同時(shí)，加強(qiáng)施工、竣工后的邊坡監(jiān)測(cè)管理，保證動(dòng)態(tài)防治效果。