绿色环保背景下矿区排土场边坡稳定性评价及防治措施

张剑

（江西省地质局水文地质大队，南昌 330095）

1 引言

矿区排土场是采矿排弃物集中堆放的场所，属于巨型人工松散堆垫体，存在一定的安全隐患，如果排土场边坡失稳，引发滑坡、泥石流等灾害，不但会影响正常生产经营活动，而且容易产生巨大的经济损失和严重的生态破坏，不符合矿区工程绿色环保及健康可持续发展要求，必须加强边坡稳定性分析，采取相应的防治措施，避免发生不可控事件。

2 工程概况

永平铜矿位于江西省上饶市，交通便利，地理环境优越。永平铜矿现排土场顶标高约207~209 m，排土场底标高约126~130 m，现状排土场边坡坡长约130 m，边坡高度约52.19~79.19 m，坡度约35°~40°，属于填方边坡。为了满足永平铜矿排土场稳定性评价的需要，防止发生地质灾害，应开展对该边坡工程的工程地质详细勘察工作，查明勘察边坡的工程地质条件，评价边坡稳定性，为边坡治理设计提供设计依据和参数。主要任务包括：对勘察场地及周边进行工程地质测绘，查明场地的地貌特征、地质构造、岩层产状、不良地质作用类型及分布范围、危害程度；查明排土场剥离废石堆料的成分、埋深，并测试其在自然状态下的物理力学性质；查明排土场下覆岩土类型、分布、深度、工程特性，及其岩土物理力学指标和地基承载力参数；查明场地水文地质条件，并分析评价对其排土场稳定性的影响；对场地的地震效应进行评价；对场地、地基和边坡的稳定性进行分析，评价排土场的稳定性，并提出相应的工程防治措施。

3 绿色环保背景下矿区排土场边坡稳定性评价

3.1 边坡场地稳定性及适宜性评价

3.1.1 边坡场地稳定性

勘察场区内，仅局部山坡存在小型冲沟，偶尔有掉块现象，主要是由于边坡形成临空面后，未对其进行护面等措施，后因暴雨形成小型冲沟及偶有掉块现象，但勘察场区未见其他较大的不良地质作用。场地基岩为混合片麻岩，不存在岩溶问题；无人为的地下开采活动，没有采空区；在地震作用方面，该区域历史上无强震记录，虽然受到邻区地震影响，但邻区最高抗震设防烈度均在6 度以下，不处在震中区。所以，从工程地质条件和地震作用来看，边坡场地具有良好的稳定性。

3.1.2 场地适宜性

本次勘察结果表明，场地内地形地貌中等复杂，未发现断层、滑坡、泥石流、崩塌等不良地质现象，但场地对抗震不利。地震动参数设计时，需要充分估计不利地段可能产生的放大作用，在选择合适的支挡措施及良好的持力层后，一般不会出现工程边坡失稳，场地与地基均能保持稳定，适宜进行工程建设。

3.2 地基稳定性及均匀性评价

3.2.1 地基稳定性

永平铜矿边坡主要为剥离废石堆积填料，无饱和砂土、液化土或软弱震陷土层，作为支挡结构基础持力层的土层均为良好的黏性土层或基岩风化层，可满足承载力要求，在采取相应的工程措施后，可以确保地基的稳定性。

3.2.2 地基均匀性

场区各土层在平面及空间分布上，地质成因、岩性、状态均具有一定的不均匀性，各土层层面起伏较大，各土层工程力学性质在水平向和竖向上亦呈现不均匀性，在荷载作用下，易发生不均匀沉降，经综合分析，场地地基土属不均匀地基[1]。

3.3 边坡岩土体特性评价

根据边坡形态分布，结合岩土力学性能、空间分布情况，将各岩土层的工程特性进行评价。剥离废石堆积填料成分复杂且不均匀，已进行分层压实处理，结构较密实，硬质含量不均，绝大多数硬质含量约为65%，局部在30%~40%，承载力低，力学性能差。根据边坡型式，结合类似工程实例，该地基土层为边坡主要易滑土层，为后期边坡重点支护地层。粉质黏土以可塑状为主，局部硬塑状，力学性质较好，具中低压缩性，为边坡临空段主要地基土层。由于边坡高度较高，该层地基土抗剪强度较好，自立稳定性较好，并在坡脚标高以下仍有一定埋深，边坡自该层滑移剪出破坏可能性小，可作为边坡支护结构基础持力层。全风化混合片麻岩为可塑状，矿物成分除石英外已风化为土状，夹有少量碎石，该层力学性质较高，具中低压缩性，但具有泡水易软化、崩解的不良特性，自立稳定性较好，埋深较深，边坡自该层滑移剪出破坏可能性小，可作为边坡支护结构基础持力层。强风化混合片麻岩为软岩，岩石风化裂隙强烈发育，局部风化不均一，风化裂隙发育，岩体破碎，多呈土块状、碎块状，但地基承载力高，力学性质好，且具有一定的埋深，边坡自该层滑移剪出破坏可能性小，可作为边坡支护结构基础持力层。中风化混合片麻岩为软质岩，岩体较破碎，多呈碎块状、短柱状及少量柱状，地基承载力高，力学性质好，埋深较深，边坡自该层滑移剪出破坏可能性小，可作为边坡支护结构基础持力层。

3.4 主要岩土参数取用

边坡体抗剪强度力学指标的选用主要采用现场原位测试指标、室内试验指标和工程经验类比指标相结合的方法。拟定的计算指标介于室内试验指标和现场试验指标之间，相对可靠。经验指标一般可以对拟定计算指标进行判断、分析，尤其是在试验指标和经验指标冲突时，需要将经验指标作为辅助，经过综合分析和判断后，确定计算指标。因此，选择与确定抗剪强度力学性质指标的总体原则为：参考室内试验指标，结合工程经验类比指标，初步拟定抗剪强度指标，在此基础上，开展参数的敏感性分析，拟定指标验算，最终综合确定抗剪强度参数指标。

3.5 边坡稳定性定性分析评价

3.5.1 潜在失稳模式

永平铜矿排土场边坡坡体主要为剥离废石堆积填料，在堆填过程中，回填时经碾压处理，已固结，回填时间5~10 年不等，经现场重型圆锥动力触探试验证明，现状坡体堆填较密实，坡体基本稳定。潜在的滑移面主要表现为：剥离废石堆积填料层与粉质黏土层分界处； 粉质黏土与强风化混合片麻岩分界面处；土岩分界面处；总体上属类土质坡。在整体稳定性方面，潜在失稳模式是沿开挖坡脚或坡面剪出的圆弧形整体滑动；在局部稳定性方面，潜在失稳模式是坡面浅表层滑坡和坡面崩解破坏[2]。

3.5.2 边坡稳定性影响因素分析

影响边坡稳定性的因素有很多，主要包括自然环境、地质环境、社会环境等方面。其中，自然环境主要指的是气候、地形地貌、水文条件等；地质环境主要包括地质构造、地层岩性、地震作用等；社会环境主要指的是人类工程活动。在这些影响因素中，气候变化、人类活动影响最大，不利的坡体岩性结构、地形条件是边坡失稳的内在诱因，而人类建设活动进一步降低了边坡稳定性，在强降雨、地震等作用下，最终导致了边坡失稳的发生。

3.5.3 坡率类比分析

根据周边类似项目的工程经验，排土场边坡在堆坡回填时，经碾压处理，已固结，且回填时间长达5~10 年不等，故剥离废石堆积填料层放坡自稳的坡率一般都缓于1∶1.4。结合本工程，坡体物质成分以剥离废石堆积填料层为主，类比于周边类似工程项目，不加防护措施，坡体开挖应最少保持有缓于1∶1.4 的坡度。显然，该排土场边坡基本满足坡体自稳的要求，但考虑到雨水等冲刷影响，尚需采取一定的防护措施。

4 绿色环保背景下矿区排土场边坡防治工程措施

4.1 总体方案

根据边坡工程地质特征及稳定性评价分析，该排土场边坡在一般工况和地震工况条件下处于稳定状态，仅在暴雨工况下处于基本稳定状态，但在暴雨、久雨或长时间暴露风化等外界不利因素影响下，稳定性大大降低，会引起坡面滑塌，对坡脚拟建物造成威胁，因此，建议制订相应护坡预案并加强监护措施。原拟建边坡各岩土体，遇水浸泡强度降低，抗剪强度下降，增大了边坡的不稳定性，边坡设计应做好坡顶和外围的截排水措施，尽可能减少降雨地表积水入渗土体，造成土体软化、变形。采取有效的地表排水和地下排水措施，建议分5~6 级放坡，每级边坡高度12 m，放坡比率为1∶1.5，留台宽3 m，并完善截排水系统。可在边坡坡顶后缘外1 m 处，沿边坡长度方向设置环形截水沟，坡体上设分级排水沟，以有效拦截地表水。在边坡坡体中应设置泄水孔，泄水孔设置在裂隙发育的重点部位，有效缓解地表水的渗透作用。在边坡底部设置排水沟，坡底排水沟应结合整个场地的排水系统和绿化进行统一施工，也可与场地内的排水系统共用，同时，对坡面采取镀锌三维网撒播草籽复绿进行支护。

4.2 注意事项

截、排水沟和泄水孔的布置应满足规范要求，断面面积应根据汇水面积、降雨量大小计算确定。治理边坡时，应该先施工坡顶排水系统。边坡的开挖应尽可能避开雨天施工，开挖后应及时对坡面做好排水措施。坡面排水设计时，应注意岩体节理裂隙等重点部位。在边坡的施工期和使用期，着重控制不利于边坡稳定的因素，避免坡顶超载，不得随意开挖坡脚，避免地表水及地下水大量渗入坡体。加强边坡稳定性监测工作，合理设置变形监测点，监测主要内容为坡顶水平位移、 垂直位移、地表裂缝、支护结构变形等；控制监测频率，边坡施工期间宜每天监测1 次，边坡竣工后的监测时间不宜少于2 年。根据施工现场观测情况，及时调整设计方案，加强各项验证工作及试验，记录、反馈施工信息，完善现场巡检制度，定期检查边坡情况，特别是雨后及暴雨季节，调整监测程序和频率，及时发现问题、解决问题。

5 结语

综上所述，影响矿区堆土场边坡稳定性的因素有很多，包括气候、水文、地形地貌、地层岩性、地质构造、地震、人类活动等，必须明确主要因素的影响程度，并采用先进的分析理论和计算方法，全面准确评价堆土场边坡的稳定性，科学设计边坡防治工程，降低坡面滑移、变形破坏的可能性，同时，加强施工、竣工后的边坡监测管理，保证动态防治效果。