露天矿冰碛土堆积体巨型古滑坡稳定性分析

吕淑宁 张 默

（1.重钢西昌矿业有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.非煤露天矿山灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室；5.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司）

冰碛土是冰碛地貌的一种，是由冰蚀作用产生的岩屑、漂石等松散堆积物在冰川搬运作用下，沉积形成的漂（砾）石和粉质黏土类岩土层，在中国主要分布于西南山区［1］。冰碛土的主要工程特征：①颗粒大小混杂，无分选性；②碎屑磨圆度较好，多呈卵石结构，无定向分布；③形成的冰碛土从密实到松散状态，主要分布在山地坡谷间，呈坡积-冲积-堆积状态；④冰碛土含粉土成份较多，孔隙度和压塑性较小，一般为隔水层［2］。因上述特点，冰碛土堆积形式多样化，堆积部位不同，土的粒度成份、工程地质性质差别很大，呈现出较多的岩土工程难题［3］，在边坡工程中，容易引发边坡崩塌和失稳问题。本文以露天矿边坡开采过程中揭露的约1 200万m3的巨型冰碛土堆积体古滑坡为例，详细分析了该古滑坡的工程特征和稳定状态，并探索合适的工程治理方案。

1 古滑坡的工程特征

1.1 古滑坡形态特征

在攀枝花—西昌地区的某露天矿山开采过程中，揭露了一个冰碛土堆积层古滑坡。滑坡发育于露天采场南帮斜坡中部，滑坡平面近似呈半圆形，最大纵向长约495 m，平均横宽约654 m，平均厚度37 m，方量约1 200万m3，为巨型古滑坡。滑坡区后缘裂缝基本贯穿呈圈椅状，前缘剪出口明显，并延伸至采区东侧平台。在没有开采作业形成临空面时，主滑动方向北偏东55°；因采矿挖方，滑坡前缘被削方，整个滑坡方向呈三维变形特征，在沿原主动方向的基础上，发生向北侧采区变形，最终在滑坡东西2 个区域出现了2 个主滑动方向，滑动方向分别为北偏东39°和18°，滑动剪出口至滑坡后缘裂缝垂直平均高差145.0 m，如图1所示。

1.2 古滑坡地质特征

滑坡体主要由全新统坡积层（Q4dl），冲洪积（Q4al+pl）、冰水堆积层（Q1-2fgl）和湖积层（Q1-2l）组成，统称为冰碛土层，厚度23～51 m。

滑带位于上部冰碛土和下部辉绿岩或辉长岩基覆界面处，主要为含角砾粉质黏土，呈黄褐色、灰绿色，含水率较高，透水性较差，形成相对隔水层，厚度为0.3～0.7 m。

滑床主要为全风化辉绿岩、中风化辉长岩和微风化辉长岩，出露于整个冰碛土层下部。强风化辉绿岩节理裂隙发育，呈碎块状结构，中风化辉长岩节理裂隙较发育，呈块状结构，微风化辉长岩岩体结构较完整。

1.3 古滑坡变形特征

通过调查与资料收集分析，随着矿区边坡开挖，最早在2021 年1 月揭露出古滑面位于采场临空面侧向。随着边坡开挖的持续进行，原古滑坡堆积体应力平衡逐步失衡，至2021 年12 月，沿古滑面陆续显现滑移迹象。截至2022 年5 月，滑坡区西侧、南侧、东侧后缘已形成贯通的后缘圈椅状裂缝，滑坡初步形成，滑动方向直指采场临空面滑移的趋势显现。与此同时，滑坡区中部多处出现裂缝，边坡临空面揭露的古滑面随着坡体滑移变形的持续，上盘呈现明显外错，具备剪出特征。滑体裂缝如图2所示。

据现场调查和地质测绘，滑坡区宏观变形迹象明显，边界特征清晰，勘察期间发现多处裂缝变形不断加剧。滑坡区主要变形特征有滑体前缘剪出垮塌、溜滑，滑体中部坡表出现拉裂缝与滑体后缘、两侧边界羽状剪切裂缝贯通。

自发现古滑坡起，在滑体范围内布设了14 个地表在线GNSS 位移监测点及4 个深部位移测点，具体位置如图3 所示。根据变形较大的9 个地表监测点的位移-时间曲线和速率-时间曲线发现，地表位移变化平稳，无异常加速的情况发生。

在7月份雨季勘察期间，B-ZK3深部位移监测确定滑带位置为54 m。B-ZK4于16.6～18.5 m 出现卡钻情况，深部位移监测确定滑带位置为18.5 m。C-ZK3根据钻探及后期深部位移监测数据，确定深部滑移面位于35 m 处。C-ZK4 深部位移监测最初测得滑面位于基覆界面附近深度61.5 m，钻探过程中在61～62 m 处存在卡钻、漏浆情况。深部位移监测期间，该孔于42 m 处再次错断，出现次级滑面。滑带岩土组成为粉质黏土角砾夹杂泥化状辉绿岩，滑面为土岩交界基覆界面处。

地表位移监测期间，在旱季时，变化速率约为3 mm/d，在雨季时，变化速率约为10 mm/d，并与降雨密切相关。滑坡范围之外的地表位移监测点较平稳，基本无位移。根据监测数据可以确定滑坡目前处于蠕动—滑移变形阶段。

2 古滑坡成因机制分析

古滑坡复活形成滑坡的主要原因如下：

（1）地质结构。从地形地貌及边坡开挖揭露情况分析，滑坡区地质体原为古滑坡堆积体，本身具有古滑面软弱面，其稳定状态相对原始斜坡偏低。

（2）矿区开采。滑坡体前缘被开挖成台阶状，形成很大的临空面，改变了原应力平衡状态，为古滑坡复活提供了必要条件。

（3）地下水及降雨。滑坡变形期间测得滑坡区地下水较高，增大了滑体的重度，并且降低了滑体的物理力学参数。滑体后缘形成贯穿的垂直裂缝，降雨补给增加了滑体后缘的静水压力，并且沿滑面下渗，软化滑带，降低滑带土的抗剪强度。

（4）爆破振动。采矿开采的频繁爆破振动，破坏了原有土体的完整性和密实性，并且爆破振动力亦增加了下滑力。

3 古滑坡地质力学参数及稳定性定性分析

3.1 滑坡地质力学参数确定

首先根据勘探取样进行室内外土工试验，根据试验数据，统计分析其标准值；对于明确的滑带，在土工试验的基础上，根据滑坡的稳定状态，进行反演分析滑带的力学参数［4］。本次滑坡的力学参数取值主要结合勘察结果和滑动反演结果为主，详见表1。

3.2 古滑坡稳定性分析

根据古滑坡结构特征、变形情况、地质条件、岩土层组成分析，滑坡主要变形破坏模式为在古滑面的土岩交界处破坏模式为折线型。

根据滑坡规模，该古滑坡安全防治等级为一级。荷载组合和各工况的允许安全系数按照《滑坡防治设计规范》（GB/T 38509—2020）和《冶金矿山采矿设计规范》（GB 50830—2013）采用。各工况荷载组合和允许安全系数见表2。降雨荷载按照后缘裂缝充水形成的静水压力考虑，滑面为饱和参数；地震荷载取当地设防烈度对应的地震加速度0.3g考虑，按照拟静力法计算。

按照滑坡的破坏模式，对于折线破坏滑坡稳定性计算采用隐式求解法的余推力法。滑坡的稳定状态按照《滑坡防治工程勘查规范》（GB/T 32864—2016）进行划分，详见表3。

根据滑坡勘探和监测滑动方向，分别选取2个典型剖面H1—H1和H2—H2及采场滑动方向B—B和C—C共4 个代表剖面进行现状稳定性分析和剩余下滑力计算，稳定性计算代表剖面位置见图3，地质剖面见图4、图5。安全稳定性系数计算结果见表4，剩余下滑力计算结果见表5。

3.3 古滑坡变形发展趋势及危害

根据监测和稳定性分析结果：在工况Ⅰ和工况Ⅱ作用下，滑坡在2个主滑动方向的稳定状态处于欠稳定—不稳定状态；在B、C滑动方向的稳定状态处于稳定—基本稳定状态；在工况Ⅲ和工况Ⅳ作用下，滑坡处于不稳定状态。

根据地质资料，导致边坡失稳的内、外因素是客观存在的，从滑坡的稳定性分析可知，目前滑坡的应力平衡非常脆弱，在内、外因素持续作用下，极有可能发生更大规模的滑坡，致灾的可能性非常大，如发生大滑坡灾害，将严重影响矿山下部的正常采矿活动，因此，对该滑坡进行治理是非常必要和迫切的。

4 古滑坡治理方案

由于该古滑坡方量很大，滑面埋深较深，治理前处于蠕动—滑移变形阶段，整体稳定性不足。在滑坡治理方案中，主要有削坡减载、抗滑桩或锚索等联合的加固措施。在满足安全稳定性要求下，每延米的剩余下滑力高达2.56×104～3.66×104kN，综合比较加固方案和削坡减载方案。

（1）按照滑坡后缘裂缝往下放坡开挖卸荷，并且满足卸荷以上部分斜坡的稳定性基础上，开始设置抗滑桩，计算分析2个主滑动方向代表剖面范围内的矩形抗滑桩最小尺寸为3 m×6.5 m，净距2 m，桩长50 m。

（2）在满足滑坡稳定性基础上，从滑坡后缘裂缝以外斜坡开始卸荷，能够达到滑坡治理的要求。

（3）通过滑体部分削坡卸载+抗滑桩和滑坡后缘裂缝以外斜坡削坡卸荷的方案对比，单一的削坡卸荷方案工艺简单，可操作性强。因此该古滑坡以削坡减载的治理方案更为恰当，同时辅以防排水和坡面防护等措施。

5 结论

（1）因露天矿边坡开采，揭露了约1 200 万m3的巨型古滑坡，导致古滑坡前缘出现了很大的临空面，使古滑坡稳定状态失衡，古滑坡被复活。

（2）在古滑坡变形监测的基础上，可以判定古滑坡处于蠕动—滑移变形阶段。根据变形阶段，反演了滑带土滑面的力学参数，并计算了古滑坡的每延米剩余下滑力高达2.56×104～3.66×104kN。

（3）因滑坡剩余下滑力很大，通过削坡减载和抗滑桩加固方案对比分析，以削坡减载的治理方案更为恰当。