关于降雨量对排土场边坡渗流及稳定性的影响探讨

田 阳

（长春黄金设计院有限公司，吉林 长春 130000）

在近几十年中，矿山的开发规模以及开采速度在不断的加大加快，导致矿山的排土场容量不断增大，为了节约土地，减少占地和投资，排土场内废弃物的堆积高度也在增加。在暴雨季节，伴随着降雨量的不断增加，会极大的改变矿山排土场边坡内部的渗流。在这种情况下，极易引发矿山排土场的边坡失稳，造成滑坡以及泥石流等地质灾害。所以，深入的研究降雨量对矿山排土场边坡的渗流以及稳定性的影响具有非常重大的意义，本文主要以贵州省某金属矿山为例从以下四点简单分析探讨相关内容。

1 排土场工程的地质、条件

排土场属于丘陵地貌，具有侵蚀性，排土场的地形为：两条沟谷，呈南北走向，沟谷的上游比较狭窄，因此沟谷形态是V型，主沟下游则是两条山沟的聚集处，比较开阔，长度大约为1000m，宽度是450m。排土场厂区周围的边坡坡度是20°～30°，绿色植被发育较好。

通过分析排土场工程的设计资料、地质勘探报告和现场工程测绘调查看出，该排土场场地的岩土层，从上到下依次为：废土石-耕植土-中风化粉砂岩。根据地下水水利特征和赋存的条件，可以对排土场地下水进行分类，大体上划分成基岩中裂隙潜水、第四系松散层孔隙潜水。其中，裂隙潜水主要是赋予在风化的基岩中，而孔隙潜水则赋予在冲洪积层内。

2 矿山排土场工程边坡的稳定性分析

2.1 建立饱和以及非饱和的渗流理论控制微分方程

在暴雨季节降雨条件之下，对于矿山排土场的边坡渗流的稳定性进行分析，实际上也是饱和与非饱和的非稳定性的渗流分析，参照具体的定义以及相关的质量守恒定律，我们可以得出以下积分方程：

在控制偏微分的方程当中，代表的是在介质饱和的状态下渗透张量，kr(h)p则代表的是介质相对渗透的具体系数，饱和的内值为1，如果处于非饱和的状态下，则是在0—1之间。

2.2 确立降雨的界限

本文对于排土场的瞬间渗透进行详细的研究分析，在分析的过程中进行了以下假设。

第一：如果矿山的排土场边坡表面接受了一定的降水量，那么需要以降雨入渗当做边界；但是对于降雨量的边界来说，降雨的强度应远远小于排土场内土体的入渗能力，需要限定的边界是降雨强度要远远大于排土场内土体的入渗能力；在这时，如果假设超渗水出现径流以后需要进行快速的泄水，保证排土场内无积水，则需要水龙值大于地表的高度。

第二：以降水的饱和区作为边界，可以根据传统的地下水位值来确定。

第三：如果在矿山排土场内仅仅以水平的渗透为主，那么就不会出现不透水的边界。

目前，为了更好的研究矿山排土场的总降水量相等的条件下，不同降雨类型的安全值的变化，我们可以参照下文中的数据结论来构造出简单的降雨模型。降雨雨型如下所示。

图一 降雨雨型

现阶段，本文以四种不同的降雨类型举例说明，总的降水量是200mm，I雨型和II型雨型属于恒定降雨强度，在这其中，I雨型连续4d的降雨强度平均每日是50mm，随后4d没有降雨。II雨型的一天降雨强度是200mm，随后4d没有降雨，不过，II雨型存在着大暴雨现象。III雨型和IV雨型属于递增、递减的雨型，III雨型在第48h的情况下，降雨强度达到了200mm/d，随后4d没有降雨。IV初降雨的时候便达到了降雨强度的顶峰，然后在第48h的时候便开始递减，一直到雨停，再在停雨4d，对于上述4种类型的降雨雨型来讲，通常都是在降雨停止之后停雨4d，进而研究渗流的特征和稳定性。

2.3 计算参数的确定

边坡模型特征和渗透系数曲。在矿山的边坡模型当中，对于粉质黏土、废石土来说都属于非饱和土层，其中，粉质黏土的土体渗透系数参数主要可以通过试验得到。对于废土石的特征曲线来说，可以通过原有的工程材料可以获得相应的数据。

3 不同降雨条件下排土场稳定性研究

在矿产资源初期开发阶段，需要修建工业场地、道路等矿山附属建筑，将开采过程中排弃的废石、废土等堆积在矿山周围。基于废弃渣料堆积高度的增加,或者在外来因素的影响下,废石渣原有堆积高度的稳定状态可能会打破,若遇到外来水动力的激发,如强度较大的降雨、水库的溃坝等,则极容易发生矿山泥石流。目前,对于排土场自然状态下边坡稳定性石流的研究已取得较多成果。在本文中，主要分析了不同降雨条件下排土场的稳定性。

4 针对不同的降雨类型进行排土场的稳定性研究

（1）排土场失稳的模式。①在岩土基底下卧层的整体滑动，主要是因为所堆置的台阶数量增加以及滞水的影响所导致的，因此，这次整体的滑动排土场失稳的模式对于排土场来说危害是比较大的；但是所产生的危害发生的频率比较低。所以，不需要进行考虑。②对于整体上的圆弧滑动来说，主要在发生在废石土的内部。在排土场内，这种滑动失稳模式发生的概率也比较小，所以，不在考虑范围以内。③由于所堆积的台阶相对来说比较陡，所以在一定情况下，是极易发生不同平台边坡以及局部区域进行滑动，在矿山的排土场内，相比较其他整体滑动类型来说，这种滑动所造成的破坏比较大。所以，在这篇文章当中对其进行了详细的研究分析，经过对排土场内的各个边坡进行稳定时程的计算，获取准确的数据。

（2）综合性分析。如果发生降雨的现象，在排土场内所集中的水流也可以快速的将水流排泄到最低的台阶，并且不易被再次排泄，从而形成积水。除此之外，另外两个台阶是因为自身高程的问题。从上文论述中我们可以看出，如果再将565m平台堆积，那么排土场的稳定性极易被破坏。在相同的降雨量下，如果在短期内产生较大的暴雨，会极大的影响矿山排土场的稳定性，主要是由于矿山排土场渗透系数突然增大所致。另外，当降雨的强度变小时，入渗的能力是远远大于降雨强度的，所以降水会直接深入排土场内部，从而引起地下水位上升或者通过地表径流直接排泄，因此，只有遇到降雨量比较大的暴雨时，才会对于排土场的稳定性造成一定的危害。

5 分析降雨条件下排土场边坡渗流

由于矿山排土场的边坡渗透系数比较大，同时雨水进行入渗的方法又比较多，在这种条件下，如果持续进行降雨，不同台阶的表面土体的孔隙水的压力都在减小。在8小时以后，我们可以在排土场的边坡可以观察出，可以看出，已经出现了负孔隙水压力。在16个小时以后，在不同台阶的转折处，可以发现孔隙水的压力值恢复到正常，形成饱和区。造成这种情况的主要原因是由于转折处的积水作用，使得大量的雨水在转折处汇流。如果在粉质黏土处产生滞水，极易影响排土场的稳定性。

6 结语

总的来说，降雨量的增加在很大程度上会直接影响到排土场的边坡稳定性，同时，也会直接影响到排土场的内部渗流，从而直接破坏以及降低边坡上的阻力值，进而直接引发滑坡以及泥石流。如果能够对降雨的强度以及边坡的稳定性进行研究分析，就可以及时的采取相关措施进行防治，从而保障人民群众的财产安全以及矿山的生产运营稳定。