叶山矿区杉木王滑坡成因分析及防治对策

2020-06-27胡凌

世界有色金属 2020年6期

胡凌

（安徽省地质矿产勘查局321地质队，安徽铜陵 244000）

滑坡是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。而随着经济的发展，人类工程活动越来越多的成为引发滑坡的最主要的因素。叶山杉木王是一棵有500多年树龄的杉树，它已被列为铜陵县重点保护文物。其所处山体下方叶山铁矿的长期露天开采，致使边坡过陡，引发了滑坡地质灾害[1]。矿山开采及滑坡地质灾害使杉木王生存环境恶化，可能会造成“杉木王”倾倒、枯死。本文通过对杉木王滑坡地质环境问题进行综合分析和评价，提出了治理滑坡和保护杉木王的一些综合对策。

1 工程概况

叶山杉木王位于叶山铁矿采坑西侧。由于矿山长期露天开采，致使叶山铁矿南西侧露采边坡过陡。2009年4月上旬暴雨后，杉木王东侧附近发生滑坡，滑坡后缘离杉木王东侧小于10m，坡底与杉木王根部高差约60m，杉木王部分根须暴露在外，严重危及“杉木王”生存环境。2009年7月上旬，再次发生强降雨，滑坡规模进一步增大，滑坡后缘距杉木王最近距离约3m，“杉木王”生存环境进一步恶化（见图1）。为消除地质灾害隐患，当地政府委托了相关单位对该滑坡地质灾害进行了防治工程设计[2]。通过对该滑坡地质灾害的调查、稳定性分析，设计采用锚杆、抗滑桩以及截排水措施等综合措施的治理方案。

2 滑坡特征

2.1 灾害体的边界、规模、形态特征

滑坡体后缘及两侧主要以下错陡坎（后缘壁）为界，滑坡前缘剪出口位于原边坡平台。主滑方向35°。滑坡体长约35m，后缘宽约38m，前缘宽约30m，滑坡体厚度3m～4m，体积约3500m3，后缘陡坎高4m～5m，滑动距离约5m～8m，整体形态呈长舌状，后缘高程+102m～104m，剪出口高程+85～90m。

图1 杉木王滑坡全貌

2.2 滑体土特征

滑坡体物质主要由填土、粉质粘土和碎石土组成。土黄色、赭红色，以碎石土为主，结构松散～稍密，湿。碎石粒径一般2cm～5cm不等，最大约10cm，碎石含量约占50%～60%，随埋深增加含量逐渐增大。

2.3 滑床特征

滑床为碎石土，结构稍密，稍湿。碎石粒径一般2cm～5cm不等，最大约10cm,碎石含量约占60～70%。

2.4 滑动带特征

现场调查和钻探勘查结果表明，滑坡有明显的滑动带（面）存在，滑动带土处于饱和状态，结构松散。滑动带岩性与其上覆土层基本一致，主要为碎石土，为地下水沿边坡变形缝逐渐破坏而形成[3]。

2.5 滑坡破坏特征

滑坡的变形破坏现象主要表现在滑坡后缘的滑移下错变形。滑坡后缘地带土体失稳而产生明显的滑动和下错，整个滑坡发生整体的滑移变形。滑坡整体呈长舌状，滑坡主滑方向35°，后缘的滑移下错最大达5m，水平位移约5～8m。该滑坡为牵引式滑坡。滑坡前缘剪出口凌空，部分已滑入露采坑，并有地下水溢出，雨后地下水溢出量增大。

2.6 滑坡成因分析

（1）地层岩性。根据现场工程地质测绘与勘探成果资料，工程区内第四系土体主要为碎石土和残坡积的含砾石粉质粘土。碎石土与细颗粒及粘性土混杂，结构松散，孔隙率大，渗透性强，其物理力学性质差，属于易饱水的易滑土体，易发展成为滑坡体的（潜在）滑动带，导致坡体变形失稳。

（2）降雨。降雨强度较大且持续时间长是滑坡发生的一个主要诱发因素。4月中旬，滑坡发生前，本地区出现了一次持续中等强度降雨，6月28日、29日二天强降雨达183.4mm，大量降雨的入渗，提高了坡体地下水位，增加了土体自重，降低了土体的力学性能，特别是抗剪强度。同时由于坡体渗透系数较大，使得渗透力大大提高，诱使滑坡后缘拉张裂缝进一步发育并产生滑移下错，土体在重力和渗透动水压力作用下产生滑移变形。

（3）地下水条件。地下水是该滑坡形成的主要诱因之一。滑坡土体结构松散，后缘张拉裂缝比较发育，易受大气降水垂直入渗，提高了地下水动力（渗透压力）和滑坡土体重量，诱发斜坡土体产生变形滑动。

（4）人类工程活动。工程区内对地质环境有影响的人类工程活动主要为长期的叶山铁矿露天开采。采场东帮形成高约60m的高边坡和较陡立临空面，且无防护措施。切坡使坡体前缘具备极好的临空条件，使得土体易沿临空面剪出，形成滑坡。杉木王距矿山开采最近处约40m，频繁的爆破震动对边坡的稳定性也极为不利。人类工程活动是该滑坡形成的最主要的原因。

3 滑坡推力计算

3.1 计算参数的确定

滑坡体由填土、粉质粘土、碎石土组成，滑动面为碎石土裂隙面。计算参数根据取样室内土工试验成果、参数反演以及相似工程地区经验值综合确定。

3.2 计算模型与方法

作用在杉木王滑坡上的荷载有：坡体自重、地下水渗透压力、爆破震动力。

依据滑坡的水文地质、工程地质、岩土体结构特征（以含砾粉质粘土和碎石土为主）以及已出现的变形破坏迹象等具体条件，采用圆弧滑动法搜索最危险滑面，评价变形体的稳定性。根据滑坡（变形）体最后一道裂缝（滑坡后缘陡壁）位置给定圆弧滑移面的入口范围，根据地质剖面的可能出口范围和简易勘查控制的滑坡体厚度，采用计算分析软件，搜索最危险滑面和滑坡推力计算。

3.3 计算结果评价

根据滑坡推力计算结果，各滑坡体在暴雨工况下推力较大，在天然工况和爆破工况条件下推力较小。

4 滑坡防治工程设计

4.1 防治设计目标与原则

（1）针对不稳定的类型、物质组成进行专项设计，各类工程配合使用，确保20年设计基准期内不形成滑坡。

（2）治理设计应选用安全可靠、经济合理、施工简便的成熟技术，便于维护、管理。

（3）防治设计尽可能美化生态环境，与自然景观相协调。

（4）治理设计尽可能考虑有利于灾害体自身稳定，尽量避免扰动岩土体，导致内部应力变化。

（5）本设计要求采用信息化施工，地层结构、物理力学特征工作程度低，特别是矿体分布特征不详，在治理施工过程中应根据具体地质情况作相应调整，原则为按照典型地质断面的地层设计坡率而作变更。

4.2 设计指标

考虑到杉木王的重要性和地质环境保护要求，治理后控制边坡变形量小于50mm。

滑坡推力根据前述计算结果，采用暴雨（工况2）条件下计算的滑坡推力进行设计。为确保杉木王的安全，治理方案采用二级支护：滑坡段东侧无滑坡推力，利用矿山可能的终了开采边界剖面，取值主动土压力，第一级采用桩墙+截排水工程；滑坡段采用桩板墙+预应力锚索+回填+截排水工程，滑坡推力取设桩条处滑坡推力，不考虑滑坡体下部的阻滑作用；第二级采用低矮抗滑挡土墙支护，取值滑坡推力。