基于某矿山不稳定边坡的防治方案研究

张 伟

（江西省地质矿产勘查开发局九一二大队，江西 鹰潭 335000）

1 地质灾害隐患体特征及稳定性

1.1 隐患体基本特征

隐患体边坡：最高处约57m，坡向325°，坡度40°～45°，切坡总长约105m，坡体岩性为强-中风化泥质粉砂质千枚岩，节理发育，地层产状232°∠45°，顺向裂隙L1:产状340°∠75°，延伸长0.3m，裂面粗糙；裂隙L2:产状73°∠52°，延伸长1 m，裂面粗糙。切坡面及坡顶出现零星临空体，在持续强降雨的影响下，边坡存在局部失稳的可能。据勘查资料数据，潜在滑坡方量约1500m3，潜在经济损失近1600 万元。边坡北东侧边坡下部简易干砌挡墙出现明显外倾变形，墙面出现张拉裂缝，主要诱因推测为未设置反滤层及泄水管造成土体孔隙水压力增大引起，该侧坡体坡高约30m，坡度约29°，整体滑动可能性较小。

1.2 成因机制分析

据现场勘查分析，区内不稳定边坡主要受以下几个因素影响。

（1）地层岩性因素。地层岩性是构成边坡的物质基础，岩性决定了岩土体的强度、抗风化能力、遇水软化度等性质，这些都会直接影响边坡的稳定性。勘查区边坡主要由泥质粉砂质千枚岩组成，夹第四系松散碎石土组成，岩石表层风化较强烈，基岩完整程度较差、节理裂隙较发育、多组裂隙切割形成不稳定楔形体；上覆残坡积层主要为碎石土，孔隙率较大，透水性好，不利于边坡的稳定性[1]。

（2）地形地貌因素。项目区属剥蚀岗地地貌，斜坡坡度20°～30°，局部达45°，局部坡度陡高差大，人类工程活动使坡脚地带形成陡坡，坡体前缘局部临空；坡面裸露，破坏了斜坡上原有植被和表层覆盖物的结构，微地貌破坏较严重，是影响边坡稳定的重要因素。

（3）大气降水因素。区内汛期雨量充沛，强降雨过程中大量地表水渗入土层及裂隙中，使下水位迅速抬升，孔隙水压力和浮托力骤然增大，与此同时，岩土界面、裂隙面和岩土体内部应力集中区的软弱界面在地下水的作用下，物理力学强度降低，从而大大降低了边坡的稳定性。因此，集中持续的强降雨是导致该区发生地质灾害的主控因素之一。

（4）采矿工程活动因素。当地企业在采矿过程中对坡体进行了切坡，切坡改变了原斜坡的平衡条件。

在上述因素的共同作用下，自重加暴雨使坡面岩土体层内部错动产生滑动，使岩体沿组合结构面组合形成的不稳定楔形体等产生崩滑，从而引发形成了地质灾害。

1.3 稳定性定性分析

（1）边坡特征。坡体总长105m，高约57m，坡向325°，坡度40°～45°，坡体岩性为强-中风化泥质粉砂质千枚岩，节理发育，地层产状232°∠45°，属逆向坡。边坡分为三级，一级坡高约15m，坡度38°，二级坡高约16m，坡度41°，三级坡高约14m，坡度44°，局部陡峭，坡面较粗糙。

（2）边坡结构面发育特征：节理裂隙发育，主要节理裂隙有三组：①J1 产状340°∠75°，延伸长度约0.3m，闭合状，裂面粗糙，无充填，线密度2～3 条/米；②J2 产状73°∠52°，延伸长度1m，闭合状，裂面粗糙，无充填，线密度1～2 条/米；③J3产状232°∠45°，延伸长度大于3m，闭合状，裂面粗糙，无充填，线密度2～3 条/米。

综上，根据《岩土工程勘察规范》，结构面发育2～3 组，间距0.5m～1m，主要结构面为裂隙和层面，结合程度好，坡体结构类型为块状结构，岩石属于较完整程度[2]。

（3）边坡失稳模式分析

图1 结构面赤平极射投影图

从赤平投影分析图1 可以看出，边坡为坡向320°的块状坡，发生整体滑动的可能性较小，但由于边坡高陡，内部存在由J1、J2 和J3 组成的楔形体，在暴雨和特大暴雨条件下，容易产生楔形滑移破坏形成崩塌，其中J1 和J2 为侧向割裂面，J3 为后缘割裂面及滑动面，失稳体单块规模较小。

综上所述，可以判定边坡存在小规模楔形破坏的可能，在不利工况下，边坡的局部稳定较差，易形成崩塌灾害。

2 防治工程方案设计

依据边坡稳定性分析结果，设计边坡采用“局部放坡+锚杆格构+截排水沟+坡面绿化”的综合治理措施进行治理。

2.1 放坡工程

根据施工需要对斜坡局部较陡峭段进行适当放坡，并进行坡面修整，采取三级放坡，根据边坡现状，设计一级切坡高约15m，坡比一般1:1.25，平台宽约2m；二级切坡高约16m，坡比一般1:1.25，平台宽约2m；三级切坡高14m，坡比一般1:1.25，其上与自然斜坡相接（部分坡段坡比略有调整，详见剖面图）。

2.2 格构锚杆

框架格构总面积约7200m2，对边坡采用矩形锚杆格构进行防护，放坡坡率1:1.25～1.15，格构网格内采用铺草皮治理，格梁截面尺寸统一采用400mm×400mm，格梁宽400mm，格构梁刻入边坡300mm，外露100mm。格构梁混凝土强度等级采用C30，在格梁的最下缘作一排水凸缘，使格梁兼作排水作用，排出坡面流水。格构骨架水平间距为3m，主骨架宽40cm，主骨架两侧各设宽5cm、高出坡面6cm 的C10 砼预制块形成泄水槽，拱顶下缘设高出坡面6cm 的C10 砼预制块形成汇水槽，格构内植草护坡。

锚杆采用HRB400 级钢筋，钢筋长度5m，锚固长度3m，自由端长度2m，锚固段位于强风化层，钢筋直径为32mm。锚杆杆体材料可使用普通钢材，灌浆材料使用普通硅酸盐水泥，外加剂使用量需根据试验确定，浆体材料28d 的无侧限抗压强度不应低于25MPa，锚具应采用钢材或塑料制作加工，并应具有补偿张拉和松弛的功能，套管、防腐材料使用应符合相应规范要求[3]。

2.3 护面墙

设计采用仰斜式重力挡土墙对边坡进行支护，挡墙材料采用M7.5 浆砌块（毛）石，块（毛）石强度不低于MU30。挡土墙长8m，墙高1.5m，以天然地基为基础，基础埋深0.5m，挡墙高度可根据地形作适当调整。墙体每5m 设一道变形伸缩缝，缝宽2cm；挡土墙设置泄水孔，水平间距为1m，竖向间距1m，梅花形布置，孔径100mm，墙后设厚30cm 反滤层，上下夯填30cm 的粘土封闭。

2.4 截排水沟

在平台内侧、坡脚及边坡外缘设置截排水沟，并将防治工程截排水工程与周边排水系统衔接，设计截排水沟总长度约610m。

2.4.1 坡面地表水流量计算

（1）产流分析：在设计确定坡面排水流量时，仅考虑少量的地表水下渗和蒸发。

（2）坡面地表排水流量的确定：本设计采用中国公路科学研究提出的经验公式计算确定截排水沟地表水汇流量，设计频率按50 年一遇选取。

流量经验公式为：

式中：Qp——设计频率地表水汇流量（m3/s）。φ——径流系数；本次设计取0.7。SP——设计降雨强度（mm/h），取50。F——汇水面积（Km2）。

截排水沟的设计参数见下表。

表1 截排水沟工程流量表

2.4.2 截排水沟水力计算

根据各段沟渠的沟底纵坡率及设计排水量，进行了水利计算和沟渠的水利设计。由于坡面坡降较大，沟渠水流均为急速，在进行渠道水力设计时，削能和跌水控制是首要考虑的因素。由于排水沟渠的修筑材料根据实际施工条件采用浆砌片石，而对于浆砌石渠道，其最大抗冲能力为3.0m/s，本设计中排水沟渠的流速设计标准取为3.0m/s。

采用匀速流公式计算各项水力要素：

根据以上水力计算结果，考虑最佳水力断面时的宽深比，可得出截排水沟断面设计指标（表2）。

表2 截排水沟水力计算结果及断面设计表

2.4.3 截排水沟结构设计

（1）沟渠的衬砌：水力计算的设计流速控制在3.0m/s 以内，沟渠采用现浇砼制作。

（2）沟渠分缝：为防止温差裂缝和沟渠基础不均匀沉陷造成的沟渠裂缝，所有衬砌设置伸缩缝，采用间距15m 设置一道伸缩缝。缝宽为2cm，缝内填塞沥青麻丝。

（3）沟渠开挖：为保障沟渠稳定，所有新建沟渠均座落于挖方之上，开挖深度应大于沟底厚度与侧墙高度之和。衬砌两侧进行回填和夯实、削坡处理。

2.5 绿化工程

采用草皮移植铺设法，裁剪草皮的草源应生长良好，密度高，草块切成30cm×30cm，厚2cm～3cm 方块体，可采用密铺或间铺，密铺应互相衔接不留缝隙，要求快速成坪，间铺草块要求草块间缝隙不得超过4cm，且草块必须占草坪总量的70%，同时间隙间回填草籽，草坪铺设完成厚应压实、浇水，密铺草皮无枯死，生长正常，覆盖率达到95%，铺设完成后，在规定时间内应进行施肥和养护，保证当年存活率＞80%。

3 结语

矿山边坡隐患体潜在危害巨大，在暴雨条件下，有可能局部失稳，有必要对边坡进行治理。设计方案采用削坡+锚杆+截排水沟结合坡面覆绿对边坡进行治理，治理工程费用具有较高的经济效益，经济上合理。对其进行治理，不仅能最大限度的减少损失，保证当地居民正常生产生活，且将地质灾害治理工程融入当地生态环境中，促进当地经济的可持续发展。