宣城市隆泰矿业北侧边坡变形特征研究

张 君

(安徽省核工业勘查技术总院,安徽 芜湖 241000)

0 引言

矿区边坡稳定性的影响矿区开采的重要因素之一,随着矿区边坡开挖,边坡稳定性发生变化,一旦破坏可能极为严重的后果,对矿区作业人员的安全、矿区生产设施带来毁灭性的破坏[1-3]。因此,针对矿区边坡稳定性的研究受到了较多的专家、学者的重视。在矿山边坡的研究中,现场调查成果是非常重要的,对地质构造、岩土体类型、变形特征进行分析,可为边坡治理工程方案选择提供参考[4-6]。目前的研究成果表明,有大量的滑坡发生于降水后[7-9]。宣城市隆泰矿业北侧边坡高差大,破坏后危险性大,某次降水后边坡发生了较大的变形,为了分析边坡的稳定性,采取治理措施降低边坡滑坡破坏风险,基于现场监测数据和极限平衡分析确定边坡的变形特征和稳定性情况。

1 矿区北侧边坡概况

北侧边坡长约560 m,高100～120 m,边坡坡向160°～180°,自然山坡坡度15°～26°,边坡坡度45°～55°。边坡上部岩性为含粉砂质粘土夹砾石,厚度2～20 m,局部可达25 m,较松散,下伏泥盆系五通组石英砂岩、粉砂岩及石炭系上统黄龙组微晶～细晶灰岩、白云岩、白云质灰岩等,岩层产状175°∠51°,岩石节理较发育,主要发育两组节理:①50°∠47°,②327°∠63°。断层F1平行于北侧边坡从边坡中上部穿过,断层宽约1 m,由于断层处边坡已开挖,滑坡处边坡基岩裸露,无残破积层,断层对该段边坡上部的滑坡隐患基本无影响。根据现场调查现场多发生沿土、岩结构面滑动的浅层破坏。

调查共发现4处滑坡,局部边坡后缘出现拉张裂缝现象,各滑坡特征分述如下:

1#滑坡位于北侧边坡顶部矿权外西端,为一牵引式浅层小型土质滑坡,宽24 m,长约20 m,滑坡堆积体厚2～4 m,方量约1 500 m3,滑坡体为粉质黏土夹碎石,后缘未见拉张裂缝。滑动面为残坡积层与下部基岩的接触面,边坡坡度较陡,前端切坡形成剪出口,在连续降雨的影响下,易发生滑坡地质灾害,稳定性较差。

图1 北侧边坡全貌

2#滑坡位于北侧边坡顶部矿权外边坡中部,为一牵引式浅层小型土质滑坡,宽25 m,长约32 m,滑坡厚3～5 m,方量约3 000 m3,滑坡体为粉质黏土夹碎石,后缘未见拉张裂缝。滑动面为残坡积层与下部基岩的接触面,边坡坡度较陡,前端切坡形成剪出口,在连续降雨的影响下,稳定性较差。

图2 滑坡现状

3#滑坡位于北侧边坡顶部矿权外边坡中部,为一牵引式浅层小型土质滑坡,宽约27 m,长约23 m,厚1～3 m,距边缘10 m处,见一条拉张裂缝,长15 m,下错1～2 m,裂缝宽约20～50 cm,大部分被土体充填,深度1～2 m。滑坡体为粉质黏土夹碎石,滑动面为残坡积层与下部基岩的接触面,边坡坡度较陡,前端切坡形成剪出口,在连续降雨的影响下,稳定性较差。

4#滑坡位于北侧边坡顶部矿权外边坡中部,为一牵引式浅层小型土质滑坡,为老滑坡复活,老滑坡位于冲沟内,宽50 m,长25 m,厚1～4 m,滑坡堆积体已被清理。受雨水冲刷影响,后缘出现一环状拉张裂缝,下错0.5～2 m,缝宽0.1～0.5 m。滑坡整体宽约140 m,长约60 m,目前滑坡处于蠕动状态,潜在滑坡方量约20 000 m3。滑坡体为粉质黏土夹碎石,滑动面为残坡积层与下部基岩的接触面,边坡坡度较陡,前端切坡形成剪出口,在连续降雨的影响下,雨水下渗,土体自重增加,浸润后抗剪强度降低,动水压力增大,岩土体失衡产生滑动,易发生滑坡地质灾害,稳定性较差。

2 北侧边坡变形监测数据分析

由于1#、2#、3#滑坡岩土体组成及滑坡规模较为接近,边坡变形特征基本一致,4#滑坡为老滑坡的再次滑动,因此本次主要分析3#、4#滑坡的变形破坏特征。其中3#滑坡的变形监测点为JC17～JC19,4#滑坡监测点为JC13～16。

变形观测数据只要是降水前后10 d的监测成果,根据监测数据成果可以得知,在降水后3#、4#滑坡均发生了较大规模的变形滑动迹象,4#滑坡的累积最大变形量超过200 mm,最大变形部位位于边坡坡脚区域。3#边坡整体变形量较小,在坡脚处出现最大变形,变形量小于100 mm。3#、4#滑坡变形量的差异主要原因是4#滑坡为老滑坡“复活”产生的,已经发生滑坡破坏的岩土体的残余强度较峰值强度有较为显著的下降,因此,4#滑坡变形量较大。

图3 滑坡位移监测数据

3 滑坡稳定性分析

3.1 降水的影响

4处滑坡降水后的平均位移数据如下表1所示,从表1中可以看出,4#边坡的变形量和变形速率远超过1#、2#、3#边坡。其主要原因是,4#滑坡为老滑坡“复活”形成的,在前期4#滑坡曾发生过滑动变形迹象,导致滑体力学参数下降,抗剪强度参数较1#～3#滑坡低。水是诱发滑坡地质灾害的一个主要因素,降水对滑坡稳定性的影响主要在增大下滑力,减少抗滑力。发生过滑动变形的4#滑坡岩体结构破坏严重,有利于降水入渗,因此,在降水作用下,4#滑坡的变形速率、变形量较1#～3#滑坡大。

表1 不同工况下滑坡各区的平均位移 mm

3.2 滑坡稳定性分析

滑带土力学参数对滑坡稳定性分析成果的可靠性影响较大,为了更好的反应滑坡的实际情况,采用室内试验与参数反演相比较的方法确定滑带土力学参数,根据分析计算滑坡滑体岩土参数如下表2所示。

表2 岩土参数取值

根据以上数据建立的模型及土性质参数,采用极限平衡法进行计算滑坡稳定性,最终计算结果见表3。

表3 滑坡稳定性计算结果

推断4#滑坡在目前状态下暂时处于基本稳定状态,但由于安全储备不足,遇强降雨及持续降雨等因素将会产生滑坡,需要采取工程措施进行提高。

4 结语

通过分析滑坡现场监测数据可知,降水后滑坡的变形量和变形速率显著提高,主要原因是降水入渗增大了土体的重度,导致滑坡下滑力提高,同时降水入渗将导致土体力学参数劣化减少了边坡的抗滑力。4#边坡的变形量和变形速率均较其他3处滑坡大,主要原因是4#滑坡曾发生滑动,岩土体残余强度较低。根据计算,现状边坡稳定性基本,满足要求,但安全储备较低,需采取措施降低滑坡安全风险,提高滑坡的稳定性。