黑牛洞铜矿西侧滑坡分析及治理措施

丁勇 梁永胜 邓文

【摘 要】本文通过对九龙县雅砻江矿业有限责任公司黑牛洞铜矿1500T/D采选工业场地西侧边坡工程地质条件及稳定性的深入分析，阐明了该处地面开裂滑坡的主要原因；并根据地质补勘资料及地面开裂滑坡的主要特征、机理，因地制宜地采取了“抗滑桩+挡土板+预应力锚索+挡土墙+削方减载”相结合的综合治理应急方案，并取得了理想的治理效果。本文中提出的该应急治理方案对处理类似的地面滑坡问题具有一定的参考和借鉴作用。

【关键词】滑坡治理；成因分析；因地制宜；参考和借鉴

1 前言

九龙县雅砻江矿业有限责任公司隶属于四川里伍铜业股份有限公司，该公司拟建黑牛洞铜矿1500t/d采选工程场地位于九龙县魁多乡江郎村百草坡上。施工单位进场后受持续强降雨影响，黑牛洞铜矿西侧边坡产生变形裂缝，出现滑坡险情，此后，随着持续的降雨及人类工程活动的影响，裂缝宽度进一步扩大，裂缝长度不断延伸， 边坡变形不断加剧。经勘查发现，此滑坡带南北长约150～200m，东西宽约70m，属中型中层牵引式滑坡。滑坡一旦失稳，将危及整个场平工程的安全、生命财产的安全和矿山的顺利投产，对其进行应急治理十分必要。

图一：黑牛洞铜矿拟建场地一隅

2 工程地质条件及滑坡特征分析

2.1地形地貌

根据总平面布置图及地质资料显示：拟建黑牛洞铜矿选矿厂，位于百草坡斜坡场地的多个建筑平台上，属中高山构造剥蚀地貌和侵蚀堆积地貌[1]。本滑坡体位于拟建黑牛洞铜矿选矿厂西侧，地势南低北高，自然坡度约30°～45°，局部地形自然坡度为65°～75°。

2.2地质岩性

据地面调查和勘探揭露，滑坡区地层为第四系全新统填土层（Q4ml）及第四系下更新统崩坡积层（Q1col+dl）。潜在滑体物质组成为碎石土，潜在滑带主要为岩土接触带软弱夹层，潜在滑床为碎石土及块石土[1]。

2.3气象水文

（1）根据相关气象资料表明：矿区具明显的山区气候特点，即高山寒冷，河谷（雅砻江）较热，气温日差较大。干湿季节较分明，每年雨季主要集中在6～9月份，年降水量平均为1196.8mm。

（2）场地西侧有一条南北向冲沟，总长为2.1km。沟顶位于场地后侧的山顶上，沟口为磨坊沟，冲沟内地表水流随季节变化大，在6月至10月，场地及周边大气降水主要汇集在该冲沟中，在雨季时易形成洪流。

（3） 地下水受大氣降水影响大，根据勘察期间对孔内水位的测量，雨季时水位变化幅度为1～5m。第四系崩坡积层孔隙水主要在雨季时受大气降水渗透补给，赋存于崩坡积土层中，垂直渗透进入土体中，并向深部径流运移。雨季时地下水在边坡前缘有泉水出露现象。

（4） 根据2800m和3000m隧洞开挖情况，场地内的基岩裂隙水埋深大，隧洞内的水流部分涌水沿冲沟汇集到磨坊沟，部分涌水排泄到西侧场地内。

2.4滑坡边界及裂缝特征：

1. 滑坡边界：滑坡前缘至拟建选矿厂区域沿线各级平台（见图二），后缘至山脊裂缝，可见明显滑坡后壁；滑坡左侧至微地貌山脊，右侧至2#支挡平台。滑坡东西长约70m，东西宽约150～200m，滑坡区面积约1.40×104m2，主滑方向133°。根据钻孔揭示推测滑床埋深一般为4.2～16.0m，在滑坡中部较厚，平均深约10.0m。滑坡方量约14.0×104 m3，属中型中层牵引式滑坡。

2. 裂缝特征：其变形主要表现在后缘出现张拉裂缝，最宽处达10cm（见图三）。由于滑坡的滑动在滑坡体出现多处裂缝，滑坡典型裂缝特征见表2-1。

表2-1 滑坡典型裂缝特征表

裂缝类型 裂缝位置 裂缝编号 裂缝特征描述

张拉裂缝 滑坡上部后缘 L1 裂缝L1走向82°～85°，长12～20m，缝宽2～10cm，可见深0.2～0.5m（见照片6）。勘查期为枯季，裂缝已被少量粘土充填。

张拉裂缝 滑坡中部后缘 L2 裂缝L2走向75°～82°，长3～6m，缝宽0.5～2cm。可见深度0.1～0.2m， 勘查期为枯季，裂缝已被少量粘土充填。

图二： 滑坡前缘各级平台图三： 滑坡后缘张拉裂缝

3滑坡稳定性分析

3.1滑坡稳定性综合评价

斜坡的潜在滑面形态呈折线形，根据《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218—2006）的相关要求，采用极限平衡理论的传递系数法对该滑坡的稳定性进行定量分析计算[2].。 根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T0219-2006），该滑坡防治工程级别为Ⅱ级，以工况Ⅰ：自重为设计工况；以工况Ⅱ：自重+暴雨为校核工况；以工况Ⅲ：自重+地震为校核工况。工程设计安全系数均取1.15。经计算，将滑坡现状稳定性及各工况对应安全系数的推力计算成果列于表3-1和表3-2。

表3-1 滑坡整体稳定性及推力计算成果表

剖 面

编 号 计算工况 稳定系数（F） 稳定状态 安全系数Ks 剩余下滑力（kN/m）

2-2 工况Ⅰ 1.159 稳定 1.15 0

工况Ⅱ 1.02 欠稳定 1.15 3946.44

工况Ⅲ 1.042 欠稳定 1.10 1771.53

4-4 工况Ⅰ 1.233 稳定 1.15 0

工况Ⅱ 1.082 基本稳定 1.15 1733.55

工况Ⅲ 1.11 稳定 1.10 0

6-6 工况Ⅰ 1.228 稳定 1.15 0

工况Ⅱ 1.081 基本稳定 1.10 1239.71

工况Ⅲ 1.106 稳定 1.10 0

表3-2 滑坡局部稳定性及推力计算成果表

剖 面

编 号 计算工况 稳定系数（F） 稳定状态 安全系数Ks 剩余下滑力（kN/m）

2-2 工况Ⅰ 1.163 稳定 1.15 0

工况Ⅱ 1.023 欠稳定 1.15 1503.25

工况Ⅲ 1.049 欠稳定 1.10 598.55

6-6 工况Ⅰ 1.224 稳定 1.15 0

工况Ⅱ 1.006 欠稳定 1.15 1693.28

工况Ⅲ 1.104 稳定 1.10 0

3.2滑坡稳定性结果评述

根据《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2006）第12.4.6条，滑坡稳定状态应根据滑坡稳定性系数按下表确定：

表3-3滑坡稳定状态划分

滑坡稳定系数 F<1.00 1.00≤F<1.05 1.05≤F<1.15 F≥1.15

滑坡稳定状态 不稳定 欠稳定 基本稳定 稳定

注：F为滑坡稳定系数。

由表3-1、3-3可知，工况Ⅱ、Ⅲ条件下，滑坡稳定性系数低，表明滑坡在暴雨或地震时可能滑动加剧。

由表3-2、3-3可知，总体来看，各剖面中2～2、6～6剖面滑面的稳定性差，而剖面4～4滑面的稳定性基本稳定。

4 滑坡形成原因分析

综上所述，根据滑坡区域的地形地貌、岩性、地质构造、滑坡特征、水文地质条件和人为因素等特征分析研究可知[3]，灾害体的形成与发展受多种因素的影响和制约。其中：地质环境是滑坡形成的物质基础，降雨（地下水）是滑坡发生滑动的主要诱因，人类工程活动对滑坡的形成有一定的促进作用。

4.1 工程地质因素

（1）不稳定斜坡的形成与地形、地层关系最为密切。该滑坡区地层为第四系坡、崩积为主的松散堆积物，容易产生滑坡[3]；且滑坡体为凸形山坡地形，局部地形自然坡度倾角为65°～75°，地势陡峻、覆盖层厚、重心不平衡，在岩层倾向临空面时，可产生层面岩石滑坡；斜坡后缘崩塌块体在长期的风化剝蚀作用下，岩体变得破碎，结构面发育，裂隙中形成了砂砾、粘性土等充填物质，减弱了节理面的黏聚力。这些是滑坡形成的物质基础。

（2）从工程地质学的观点来看，滑坡体坡顶张拉裂隙的不断发育，易导致坡体崩塌[3]，这些是滑坡发育的必要条件。斜坡坡脚为冲沟，沟谷冲刷切割使斜坡前缘地形陡峻，为斜坡堆积物的失稳提供了广阔的变形空间。

4.2 气象水文因素

（1）暴雨或持续降雨时，地面雨水通过入渗转化为地下水浸入至滑床，加速了滑坡的形成。因此降雨是滑坡发生滑动的主要诱因。滑坡体所在区域地层结构以碎石土、碎块石土为主，透水性较好，降雨多在重力作用下入渗至坡体内，增加了坡体自重，软化了土体，破坏了坡体的稳定性。这就给滑坡体的失稳提供了充足的“润滑剂”。

（2）受季节性变化影响的裂隙水活动剧烈，产生较大的水压力，诱发滑坡发育。由于水的存在，产生与边坡压应力反向的水压力，使边坡有效应力减小，根据有效应力原理可知：

τ= c + （σ-μ）tanφ （1）

当孔隙水压力μ增大时，有效应力（σ-μ）相应的就会减小。这样岩、土体（尤其是土岩接触面）抗剪强度τ降低，直接影响到坡体的稳定。

（3）明显的山区气候特点，气温变化、冻融松动岩石，对坡体稳定有一些影响。

4.3不当的人类工程活动

（1）场平施工过程中，在西侧边坡下部切坡，各级平台抗滑桩全面开挖，雨季来临前未能及时完成浇筑回填，消弱了对滑坡体前缘的支挡作用。

（2）滑坡所在区域场平施工过程中，爆破、地震、雷击及人类机械活动等外力对滑坡体的扰动。对滑坡的形成有一定的促进作用。

（3）场平施工时破坏山坡地表覆盖层及植被，加速岩体风化，使大量地表水下渗，可引起滑坡。

5 应急治理措施

5.1 治理方案的选择

在选择治理措施方案时，首先考虑对灾害体稳定性影响较大的因素进行有针对性的防治；其次，要把灾后恢复重建规划及场地利用结合起来，根据不同的地质灾害程度及受力情况分段治理。我们本着技术可行、经济合理、施工方便的原则， 确定采用“抗滑桩+挡土板+预应力锚索+挡土墙+削方减载”的综合治理方案。

5.2 作用原理

（1） 抗滑桩的设置目的是保证滑坡带土体的稳定，防止不稳定斜坡土体受外力的牵引，从滑床面挤出，从而诱发地基与基础产生不均匀沉降变形，将来破坏厂房的结构安全和正常使用；同时阻止了坡体中后部土体产生向下滑力的传递，有利于坡体的整体稳定。根据稳定性分析和实际的地质调查，本次治理工程，首先对滑坡后缘张拉裂缝及时进行回填封闭，覆盖塑料薄膜，以防雨水浸湿渗透，设置裂缝变形监测点，随时掌握险情，以便及时疏散人员、财物，确保安全；然后在滑坡前缘适宜位置设置了32根抗滑桩和一段35M长浆砌抗滑挡土墙，并按推力验算结果进行分段设置。

（2） 为了支挡各抗滑桩之间滑坡体物质的下滑，在各抗滑桩之间设立钢筋砼挡土板，一方面可以对各抗滑桩起到整体的连接作用，另一方面可以相应节约一定的费用投资；在挡土板（或挡土墙）上每隔2M设置泄水孔，呈梅花形布置，妥善解决桩板墙（挡土墙）排水问题；桩顶下2M设置一束预应力锚索，锚索长40M，以满足抗倾覆需要；抗滑桩桩顶按1：1.75—1：2.60削方减载，避免滑坡体重心失稳；坡面种植草籽绿化，防止水土流失。

（3） 治理施工完毕后，在边（滑）坡外围稳定区设置基准点3个（JZ01-03），对支挡结构物设置监测点10个（JC01-10），对地面变形区设置监测点3个（JC11-13），专人定期负责变形监测，并及时做好记录。

6 结语

根據黑牛洞铜矿西侧滑坡稳定性及形成原因分析研究结果可知：灾害体的形成与发展受多种因素的影响和制约。其中：地质环境是滑坡形成的物质基础；降雨（地下水）是滑坡发生滑动的主要诱因；人类工程活动对滑坡的形成有一定的促进作用。地质水文等客观因素是人为不可改变的，但可以改造利用的；人类自身的工程活动是可以控制和规划的。因此，我们地质工作者和工程管理人员一定要针对灾害体变形的特点，科学设计、精心施工，抑制不利因素的发展，同时发展有利因素，达到预防为主，防治并举的目的，从而消除地质灾害隐患[4]。

参考文献：

[1] 四川省蜀通岩土工程公司.九龙县雅砻江矿业有限责任公司黑牛洞铜矿1500t/d采选工程西侧边坡应急勘查报告[R].2014

[2] 郑颖人.边坡与滑坡工程治理[M].北京：人民交通出版社，2007

[3] 胡厚田，白志勇.土木工程地质（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2009

[4] 饶运章，古德生.岩土边坡稳定性分析[M].长沙：中南大学出版社，2012

作者简介：

1.丁勇：（1968—），男，湖南常德人，雅砻江矿业有限责任公司工程部部长、主任工程师。主要从事矿山建设工程方案优化及设计变更管理、现场施工管理及投资控制管理相关工作