某铁矿高陡边坡治理

陈光俊，杨德源，唐加祥

（玉溪大红山矿业有限公司，云南 玉溪 653405）

1 矿山边坡概述

玉溪大红山矿业有限公司400 万t/a 二期采矿工程废石箕斗竖井设置1200m 标高，主要承担二期采矿工程废石的运输任务，边坡位于场地东侧，场地位于南部废石场东侧山麓上，原始地形为东高西低，坡度约20°，为满足建设需求对场地进行了整平，整平标高为1200m。整平后场地东部形成一长约118m，高约10～22m 的人工边坡。边坡顶部以上约70m 为一消防水池。坡脚整平场地为箕斗竖井以及机房等建筑，距离坡脚约15m。该边坡初始设计下部采用高3m 的毛石挡墙进行支档，上部采用1:0.5 放坡后喷砼的支护方式进行支档。

运营后于2019 年1 月出现边坡局部坍塌，坍塌部位长约35m，周围发现明显裂痕，坡脚有渗水现象。边坡顶部以上约25m 处有裂缝，裂缝最大宽度约40 ～70mm，且未破坏喷砼坡面以及挡墙也发育具有不同程度裂缝，结合监测数据，判断上部边坡仍然处于蠕滑阶段，该滑坡为浅层牵引式滑坡，局部已发生滑动破坏。严重威胁矿场及工作人员的生产生活和生命财产安全。

2 工程地质及水文地质条件

2.1 地层岩性

根据现场工程地质调查以及附近勘察报告揭露，场区拟建场地内分布的地层主要为：第四系覆盖层，下伏三叠系上统干海子组（T3g）石英砂岩及大红山群肥味河组凝灰质熔岩。根据其地质年代、成因及物理力学性质，按工程力学的观点划分工程地质单元层及单元亚层，并将其自上而下叙述如下：

2.1.1 第四系人工堆积（QmL）

人工填土①：褐黄色、棕黄色、灰色，主要由公分石夹风化碎石及粉质粘土、粉土组成，干～稍湿，结构松散，不均匀，为场平时填筑而成。

2.1.2 第四系坡洪积（Qdl+pl）

含碎石粉质粘土②：褐红色、棕褐色，稍湿，硬可塑状态，切面粗糙，含约20～30 风化碎块石头，干强度及韧性中等，无光泽，无摇振反应。

2.1.3 三叠系上统干海子组（T3g）

泥质粉砂岩③：黄褐色、棕黄色、褐黄色，细～中粒结构，薄～中厚层状构造，强风化，节理裂隙极发育，岩体极破碎。

2.1.4 元古界大红山群肥味河组（Ptdf）

凝灰质熔岩④：深灰色、灰色，气孔状、杏仁状结构，块状构造，强风化局部全风化，节理裂隙极发育，岩体极破碎。

（注：以上资料根据现场调查和搜集资料获取。）

2.2 地震动参数

据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）划分，评估区地震基本烈度为VII 度，地震动反应谱特征周期为0.45s ；地震动峰值加速度为0.15g。

2.3 水文地质条件

2.3.1 地表水

拟建场地位于南部废石场东北侧一山脊上。主要接受大气降水补给，场地为区域上的径流区，地表径流经山脊两侧沟槽排泄。

2.3.2 地下水

场地地下水的赋存方式以孔隙、裂隙赋存方式为主，地下水类型为：松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。

（1）松散岩类孔隙水：第四系松散岩类孔隙水含水层分布于坡麓等地段，岩性主要为第四系人工堆积人工填土、第四系坡洪积含碎石粉质粘土及浅部基岩强风化层中，属中等～弱透水性地层，孔隙水赋存量相对较小，受气候影响大，雨季饱水，并易形成随岸坡地形向沟谷方向的排泄径流和沿裂隙下渗补给深部基岩裂隙水；旱季时，由于蒸发作用，排泄、下渗量减少，水量很小。

（2）基岩裂隙水：基岩裂隙水，赋存于基岩风化裂隙之中，主要受大气降雨和浅部松散岩类孔隙水下渗补给，其富水性受岩层风化程度、厚度和节理裂隙控制。场地内表部基岩以三叠系上统干海子组（T3g）泥质粉砂岩强风化层为主，受风化作用影响节理裂隙极发育～发育，与上覆第四系土层水力联系紧密，由于该区风化裂隙多属半张开状态，上部裂隙相对较宽，但多数延展性和贯通性均较差，故富水性一般较弱。

2.3.3 地下水补、径、排条件

场区地下水主要受大气降水下渗及地表水补给。根据各不同透水性岩土层的分布和地形特点及补给条件等，综合分析场地内地下水大致流向和地形地貌一致，具体表现为，地下水由山脊斜坡向沟槽中汇集，再随沟槽向下游排泄。场地为区域上地下水的径流区。

3 边（滑）坡变形破坏成因分析

3.1 边（滑）坡变形成因

结合现场地表调查以及收集附近资料的基础上综合分析其成因如下：

3.1.1 工程地质条件

边坡岩土体成分为第四系坡积含碎石粉质粘土，具有水稳定性差的特点。含水量的增加会降低粉质粘土的强度指标；含水量的变化对粘聚力c 值的影响很大，而且粘聚力和含水量的关系为非线性关系，粘聚力c 值含水量大于最优含水量后，随含水量的增加而逐渐减小；粉质粘土的内摩擦角φ 值也随着含水量的增加而减小。因此该边坡岩土体工程地质条件较差。

3.1.2 水文地质条件

边坡岩土体在干湿作用下，坡面及地表易形成裂缝，雨水等沿裂缝下渗，裂缝发育形成软弱面，边坡易沿裂缝产生滑移；同时岩土体在长期雨水作用下，处于饱和状态，重度增大，强度降低，从而增大边坡下滑力，抗滑力降低，从而易导致边坡失稳。

边坡泄水孔随着运营时间的增加，在水带着黏土长期作用下，易堵塞排水孔，排水孔存在失效的可能，从而导致该高边坡排水不畅。由于深层排水措施淤堵等原因导致边坡排水不通畅，地表水不断渗入边坡，岩土体长期处于饱和状态，在雨水下渗作用下，挡墙后土体发生变形，挡墙后压力增加，导致挡墙破坏。

3.1.3 人类活动

由于该边坡主要为人工开挖形成，开挖高度大，放坡较陡（1:0.5），边坡在特殊工况下稳定性系数储备不足；在边坡顶部还建有一蓄水池，边坡上方敷设有较多小水管且接头较多，水池和水管都容易渗漏，使得水不断渗入边坡土体，从而易导致边坡失稳。挡墙修筑时可能由于天气、场地等客观限制，局部质量较差，当墙后压力增大，局部易发生破坏。

综合分析造成边（滑）坡变形的因素很多，此处的主导因素为边坡含水量增加，排水不畅，土体处于饱和状态，边坡破坏处也有渗水现象。

3.2 边坡现状潜在危害评价

在边坡发生变形破坏后，及时采取了削坡卸载，反压坡脚，临时截排水的应急处理措施，现场坡率约为1:1.8。

采取临时措施处理以后。典型剖面见图1。

图1 边坡变形后剖面图

采用理正岩土计算结果见图2，稳定性系数为1.39，在削坡减载、反压坡脚后边坡处于稳定状态。

图2 理正岩土计算示意图

4 边坡治理方案设计

4.1 边坡安全等级

由于滑坡范围影响重要建构筑物，主要影响坡脚机房以及箕斗竖井，破坏后果严重，故该边坡按永久性边坡考虑，设计安全等级为一级。

4.2 设计工况

在进行边坡工程稳定性验算时，采用瑞典条分法进行计算，边坡设计采用以下设计工况：

工况Ⅰ（自重）：Ks ≥1.35。

工况Ⅱ（饱和重度+ 地震力）：Ks ≥1.15。

综合考虑，确定工况I 为设计工况，工况II 为校核工况。

4.3 支护工程总体设计

4.3.1 边坡治理位置与治理区域周边建筑合理衔接原则

边坡治理位置的确定：根据建设方提供场区平面布置图，依据现状边坡及地形，结合用地红线进行设计。

4.3.2 支护工程总体设计

（1）边坡支护工程总长度约为77.5m, 最大高度为22.8m，主要的支护措施：分台放坡+ 预应力锚索/ 锚杆+ 框格梁；

（2）截排水系统：截、排水沟、泄水孔。

4.4 支护工程分项设计

本次治理方案根据现场踏勘及勘察报告提供的地质环境条件及稳定状况，本着保证边坡体下方生产场地及员工的生命财产安全，又要兼顾经济可行，同时要尽量减少对周边环境的影响。根据边坡支护高度、工程地质与环境地质情况等，把本边坡分不同的剖面段进行治理, 具体支护措施如下：

边坡支护措施：总长为77.5m，边坡最大高度为22.8m，分台放坡，按现状削坡情况分台，碎落台宽2.2m ；在坡体下部设置了3Φ15.2 预应力锚索，锚索的长度在19-25m 之间，锚索的竖向间距为3.0m，水平间距为3.5m ；锚索间设置了500×500mm 的C25钢筋混凝土框格梁；坡体上部设置了1C25 钢筋锚杆，锚杆的长度6m，锚杆的竖向间距为3.0m，水平间距为3.5m，锚杆间设置了500×500mm 的C25 钢筋混凝土框格梁；在框格梁中间C20 细石砼，喷射厚120mm，采用φ8@250×250 双向钢筋网片。

截排水措施：在边坡的周边、平台、坡脚设置400×400mm矩形砖砌的排水沟，坡顶设置梯形C20砼截水沟，与原有沟渠相连接；框格梁间设置Φ75泄水盲沟管，长度5m ，间距7m，纵坡5%。

5 结论

（1）该高边坡发生变形破坏，主要由于长期在降雨作用下，雨水入渗，岩土体软化、饱和，导致重度增大，强度降低，从而增大边坡下滑力，抗滑力降低；同时边坡排水不畅，从而易导致边坡发生变形破坏。

（2）该边坡发生变形破坏，影响箕斗竖井及其他设施运行。

（3）本工程采用“分台放坡+ 预应力锚索/ 锚杆+ 框格梁+截排水系统”的治理方案，有效的控制或消除地质灾害隐患，达到了预期的治理效果。此高陡边坡的成功治理，为类似矿山高陡边坡治理提供参考。