废弃矿坑坑壁岩质高边坡稳定性分析

2019-05-24王文军

中国金属通报 2019年3期

关键词：岩质矿坑岩溶

熊朋，王文军，仇明

（中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司，长沙 410000）

1 工程概况

成功采矿结束后随之而来的是大量的大型废弃矿坑，国土资源的紧缺和环保意识的提升，矿坑资源的利用是全社会重点关注的难点和研究方向。

长沙某矿坑项目是专为少年儿童打造的全室内、全天候、全季节世界顶级童话神话主题公园，各建筑物单体大部分在坑顶边线40m以外，坡顶规划道路标高为48～60m，，较现状地面堆土平均高约10m。

2 场地岩土工程与水文地质条件

2.1 原始地貌

本项目属于湘江Ⅲ～Ⅳ级阶地，上部为网纹状砂质黏土，部分砂质黏土被剥蚀，下部为砂、砂砾、砾卵石，阶地丘陵化较强烈，冲沟较发育，局部分布砾卵石层。2018年7月6日测得矿坑内积水水位标高为-6.20m，水深约57.50m。

2.2 地层岩性

场地内分布的上覆地层有人工填土层（Q4ml）、第四系新近冲积层（Q4al），第四系冲积层（Qal），第四系残积层（Qel），土层整体厚度不大。基岩为泥盆系灰岩及泥灰岩，较为单一，产状210°～290°∠45°～50°，岩体基本质量等级为Ⅲ～V级，局部存在溶蚀裂隙、溶沟溶槽、溶洞等岩溶充填物。场地东北侧存在开挖矿石所形成的采空区空洞，形态大小不一，底部多为泥浆沉淀，视厚度4.20～52.00m。

本文涉及的坑壁岩土体的物理力学参数详见表1。

2.3 水文地质条件

地表水主要为泉水、岩溶水、矿坑顶排水明渠、水塘和矿坑积水，与大气降水密切相关。与地表水无直接水力联系，仅矿坑内洞口通道处可见泉眼，为上升泉。矿坑周边场地地下水主要有上层滞水、潜水及基岩裂隙或岩溶裂隙水三种。

3 坑壁治理前稳定性分析

该矿坑现已废止，西北侧存在一岩质滑坡，2003年之前发生过一次大型楔形体破坏，后又经人工活动，坡底开采、修路，于2011年顺节理裂隙面形成滑坡，局部存在危岩及崩塌，岩溶及塌陷，采空区等不利因素。矿坑南侧岩层产状290°∠50°，开采边坡近于直立，临空侧应力释放，外加长期雨水侵蚀，形成较发育裂隙，呈“X”状，裂面有明显的擦痕，在岩层层面及节理裂隙的切割作用下，形成危岩体。坑壁岩体形成岩溶裂隙、沟槽及溶洞。

地下水也是一项重要影响因素，雨水、地表水或浅层土层中地下水沿缝隙渗入岩体，润滑或冲蚀结构面胶结物，降低结构面物理力学强度，加快边坡失稳速度。其次，风化和人类建设的影响也是主要因素，温差变化过大，爆破震动都会加快边坡破坏的进程。

拟建场地为大型游乐场所，使用年限长，人员流动密集，坑壁的稳定是保证坑顶人员和建筑物安全的前提，因此，需要进行坑壁治理。选取矿坑南侧典型断面进行分析。

采用理正岩土软件极限平衡法进行边坡现状折线滑动整体稳定性分析计算，计算结果安全系数为1.200，如图1。采用Midas Soilworks软件强度折减法计算现状边坡安全系数为1.263，边坡最大变形为48.0mm，如图2。均不满足规范整体稳定性要求。

图1 按折线滑动法现状边坡计算结果

图2 按强度折减法法现状边坡计算结果

4 坑壁治理后稳定性分

图3 按折线滑动法加固后边坡计算结果

图4 按强度折减法法加固后边坡计算结果

该方案根据勘察地质调查的主要裂隙结果，上部按1∶0.5坡比通过爆破切除卸荷裂隙形成的楔形体危岩，避免顶部裂隙进一步扩展，避免楔形体破坏和危岩崩塌；坡面设置系统锚杆和面板防护，加固表层岩体裂隙，并避免坑壁岩体风化和雨水侵蚀；再增设长预应力锚索和环梁对边坡深层进行锚固，已达到整体和局部均稳定。采用理正岩土进行加固后的边坡按折线滑动法整体稳定性分析计算，计算结果安全系数为1.422，如图3。采用Midas Soilworks软件强度折减法计算加固后的边坡安全系数为1.435，边坡最大变形为30.9mm。如图4。均满足整体稳定性要求。