尾矿库坝失稳区域地质灾害研究

黄 文

（中化地质矿山总局广西地质勘查院，广西 南宁 530000）

尾矿库坝的安全稳定不仅直接关系到矿山各个方面的利益，更重要的是如果发生地质灾害事故会造成巨大的经济损失。在各种自然因素如暴雨、大雪、大风以及在生产过程中人为因素的作用。产生了不利于尾矿坝体稳定性的因素，这些不利因素会严重威胁矿区周围人民的生命和财产的安全。地质灾害造成的损失是用金钱无法弥补的。所以保证尾矿坝的安全是矿企的首要责任，政府及相关责任部门对尾矿坝的安全监管更是责无旁贷。

1 尾矿库坝失稳的基本特征

1.1 尾矿库坝失稳区域Ⅰ

尾矿库坝失稳区域的坡向约90°，坡角30°～55°，局部陡坎可达到80°，分布高程255m ～320m，最大高差65m。

尾矿坝坝体上半部分较陡，坡角约为55°，局部可见岩土体下沉形成台坎，下沉约0.50m；下半部分较缓，坡底建有高2.50m ～3.00m 的浆砌石挡土墙，墙体未发现裂缝或下沉，局部墙顶覆盖有流土。尾矿库坝的岩土体主要为粉质粘土，黄褐色或浅黄色，结构松散，由于坝体裸露无支护,排水系统不完善，局部已经发生崩滑，崩积体呈扇形分布，崩滑平面面积约200m2，崩积层平均厚度约2.50m，总方量约500m3。坝体底部有小树被崩积体压倒，部分岩土体滑落在道路上，所幸危害范围不大，未出现人员伤亡及重大财产损失。尾矿坝体整体滑动迹象明显，已经发生变形，而且有进一步扩大的迹象，为了保证矿区周围群众的生命财产安全，需要对存在隐患的尾矿库坝体不稳定区域的地质灾害进行治理。

根据对尾矿库坝失稳区域进行详细地质测绘调查，针对整个区域的地形地貌、地层岩性组成结合坝体变形等特点分析。雨水沿着孔隙下渗，增大尾矿坝土体重量，土体饱水软化，降低其抗剪强度。在降雨作用下，坝体变形增大，将形成滑坡。滑坡前缘以坡脚挡土墙顶为界，后缘根据台坎确定，呈不规则形，主滑方向90°，纵向长约60m，横向宽约120m，平面分布面积5500m2，滑体平均厚度约4.50m，滑体总方量约2.48×104m3，属小型牵引式滑坡地质灾害。

1.2 尾矿库坝失稳区域Ⅱ

尾矿坝体不稳定区域横向宽约80m，高程232m ～249m，最大高差17m。经勘查发现局部挡土墙开裂，裂缝宽1cm ～2cm。发育L1 裂缝及尾矿周围地层沉降开裂L2 裂缝，仍然存在有持续扩大的迹象。尾矿坝岩土体主要为粉质粘土，结构松散，雨水经裂缝入渗引起坡面岩土体性质变差，降低其抗剪强度，造成坝体的失稳，形成滑坡。严重威胁周围过往行人、车辆和居民的生命及财产安全，需要对存在隐患的尾矿库坝多发地质灾害进行治理。

根据对整个尾矿坝体进行详细地质测绘调查，针对整个易发生地质灾害区域的地形地貌、地层岩性组成结合坝体变形等特点分析。在降雨作用下，坝体变形较大，将形成滑坡。滑坡前缘根据路堑墙底部确定，后缘边界根据L1 裂缝确定，呈长条形，主滑方向170°，纵向长约8m，横向宽约80m，平面分布面积480m2，滑体平均厚度约4.00m，滑体总方量约1920m3，属小型推移式滑坡。

2 尾矿库坝失稳区域的地质灾害

2.1 尾矿库坝失稳区域Ⅰ

（1）滑体。该尾矿坝体地质物质为第四系残坡积层粉质粘土和三叠系中统百逢组下段全风化泥质粉砂岩。岩土体较松散状，大气降雨渗透过滑体土层，使下层岩土体软化。

（2）潜在滑动面。根据地表勘查，局部崩滑揭露三叠系中统百逢组下段强风化泥质粉砂岩，在钻进过程中，三叠系中统百逢组下段全风化泥质粉砂岩与强风化泥质粉砂岩的接触面，钻进速度快，岩芯破碎，采取率低。岩层与岩层的接触面为地质软弱面，是构成滑动面的重要因素。潜在滑动面由岩层和岩层的接触面控制,滑坡前缘以坡脚挡土墙顶为界，后缘根据台坎确定，潜在滑动面形状呈折线形。

（3）滑床。该尾矿库坝易形成滑床的物质主要为三叠系中统百逢组下段强风化泥质粉砂岩，渗透性较差，为相对隔水层。单轴抗压强度为1.01Mpa ～7.05Mpa，标准值为1.87MPa，属于极软岩。强风化泥质粉砂岩地基承载力特征值为374kPa。

2.2 尾矿库坝失稳区域Ⅱ

（1）滑体。研究区滑体物质为人工填土和第四系残坡积层粉质粘土，区域发育有L1 和L2 裂缝，在降雨作用下，雨水沿着裂缝下渗，增大了尾矿坝土体重量，使土体饱水软化。大气降雨渗透过滑体土层，使下层岩土体岩性弱化，降低其抗剪强度。

（2）潜在滑动面。三叠系中统百逢组下段全风化泥质粉砂岩相对粉质粘土较为隔水，雨水沿着L1 和L2 裂缝下渗，汇集粉质粘土底部，并沿接触面渗出地表，粉质粘土底部为地质软弱面。根据地表勘查，L1 裂缝呈东西向发育，确定该处为滑坡后缘拉裂缝，即滑坡后缘入口位置，挡土墙底部发现有裂缝，确定挡土墙底部为滑坡前缘剪出口位置，潜在滑动面形状呈折线形。

（3）滑床。该尾矿库坝滑床物质为三叠系中统百逢组下段全～强风化泥质粉砂岩，该岩层渗透性较差，相对隔水层。全风化泥质粉砂岩地基承载力特征值为210kPa；强风化泥质粉砂岩单轴抗压强度为0.76MPa ～2.85MPa，标准值为1.28MPa，属于极软岩。强风化泥质粉砂岩地基承载力特征值为256kPa。

3 尾矿坝的变形特征

3.1 尾矿坝的局部失稳特征

经过现场咨询及勘查，尾矿坝局部失稳的变形特征主要表现为崩滑。因坝体没有做任何防护处理，其发生多次小崩滑。在雨水的冲刷作用下，坝体现有变形和崩滑属于浅层的局部失稳。崩滑主要表现为滑体沿着节理面和岩土层的接触面向坡下滑移，主崩方向90°，崩滑平面面积约200m2，崩积层平均厚度约2.50m，总方量约500m3。崩积物中强风化泥质粉砂岩块直径0.10m ～1.00m，最大的可达2.00m，崩积物落入坡底健身步道，可见小树被崩积物压倒。尾矿坝失稳区域的变形破坏机理主要为雨水沿着孔隙下渗，增大尾矿坝土体重量，土体饱水软化，降低其抗剪强度，前缘临空面较大，上覆岩土体沿着岩层的接触面（地质软弱面）向坡下滑移，形成滑坡。

3.2 尾矿库坝的裂缝

该尾矿库坝的变形特征主要表现为张性裂缝，现场勘查可见L1 裂缝呈东西向延伸，裂缝长约20m，宽1cm ～10cm。L2 裂缝宽1cm ～2cm。2018 年至今，连续降雨及强降雨影响，雨水渗透入土体，使其浸泡饱和变软，降低岩土层的抗剪强度，使得整个坝体处于不稳定的状态。尾矿坝采用库内高压旋喷桩+坝角挡土墙+管桩+碎石土反压的方法对尾矿坝进行加固。在加固过程中发现墙底和墙身均发育裂隙，墙高4-5m,裂缝长约3m，宽1cm ～2cm,如果进一步扩大将导致墙面倒塌。该尾矿坝失稳变形破坏机理主要为前缘挡土墙临空面较大，后缘L1 拉裂缝在降雨作用下，变形较大，形成滑坡。

4 尾矿库坝失稳区域的地质构造研究

4.1 尾矿库坝失稳区域的构成成因素分析

通过现场勘查，尾矿库坝失稳区域的形成是由地形地貌、地层岩性、地质构造、降雨、人类工程活动等因素共同作用所致：

（1）地形地貌：尾矿位于中低山地貌区。坝体失稳区域与地面的高差约65m，坡角30°～55°，在尾矿进作业活动时，由于切坡形成高陡临空面，局部发生崩滑现象，岩土体裸露，高陡临空面为失稳区域的形成提供有利条件。

（2）地层岩性：勘查区主要岩性为粉质粘土、全风化泥质粉砂岩和强风化泥质粉砂岩。部分全风化泥质粉砂岩呈土状，土体松散，遇持续降雨或强降雨等不利条件时，雨水直接渗入土体，土体遇水侵泡饱和后软化，抗剪强度降低，摩擦力降低，造成岩土体沿软弱面向临空面下滑。滑体为粉质粘土和全风化泥质粉砂岩，是形成滑坡的物质基础。

（3）地质构造：全～强风化泥质粉砂岩节理裂隙发育，成为雨水入渗通道。节理面可见泥质充填，为地质软弱面，是构成滑面的重要因素。

（4）人类工程活动：因尾矿区工程建设，切坡形成高陡临空面；人类的工程活动改变了尾矿库坝体的自然平衡状态，并且开挖后部分坡面无防护措施，岩土体裸露，极易受雨水冲刷，土体滑移。则人类的工程活动对尾矿库坝不稳定区域的形成起到了最主要的影响。

（5）降雨：降雨是导致滑坡发生的主要诱发因素。尤其是持续降雨或强降雨，入渗土体，易引起土体强度降低和土体重量增加，降雨易引起尾矿库坝土体沿下伏基岩面滑移而发生形变破坏。

4.2 尾矿库坝存在不稳定性的发展趋势预测

根据尾矿库坝不稳定区域的变形特征分析，目前总体上处于滑动前期的局部变形阶段，在天然条件下，处于基本稳定状态；在暴雨等不利条件作用下，处于不稳定状态。坝体稳定性较差，若不尽快展开治理，一旦遭遇持续降雨或强降雨，尾矿库坝的土体饱和，自重荷载加大，滑带土的抗剪强度指标降低，局部变形的滑体将再次发生变形破坏、变形范围扩大，并且极有可能发生整体失稳而下滑，形成滑坡。

5 地质灾害治理的必要性

根据现场勘查，目前此次研究的尾矿库坝体未做任何治理措施，因前缘临空面大，稳定性差，坝体出现崩滑、裂缝，土体松散，遭遇持续降雨或强降雨时因雨水的冲刷及渗透，随着尾矿坝的土体含水量增加，自重增加，孔隙水压力升高，抗剪强度降低，尾矿库坝的稳定性进一步降低，所以不稳定坝体在降雨等因素的影响下，可能进一步发生变形破坏，严重威胁矿区周围居民的生命及财产安全，一旦成灾后果不堪设想。

6 结语

尾矿库的安全稳定性越来越受到社会的关注，在尾矿库的建设过程中，保证它的稳定性以及安全运营对社会和矿企具有非常重要的作用。近些年来尾矿库地质灾害引发的事故屡有发生，不仅对环境造成了污染，而且给下游人民生命和财产的安全造成了严重的威胁。为此，本文针对尾矿库坝失稳区域地质情况进行深入研究，对失稳区域的地质灾害类型也有了一定了解，希望可以对尾矿库坝地质灾害治理工作提供一定参考。