矿业论文发表青山河侧滑坡成因分析及工程处理建议

　　摘要：姑山矿露天采场青山河侧发生滑坡的原因是多方面的，既有地形、地质、水文条件等客观原因，也与坡度较陡及坡面保护遭受破坏等人为因素有关。

　　本文通过现场调查和勘探取样试验，从工程地质角度综合分析了滑坡发生的物质基础、主要原因和诱发因素，为滑坡治理提供了翔实的工程地质和水文地质资料，并提出了工程处理建议和抗剪强度指标的选用原则。

　　关键词：滑坡,抗剪强度,土体强度,软化

　　1前言

　　马钢集团姑山矿露天采场位于芜当联圩55+200～55+600堤段，流经矿区东侧的青山河经姑溪河与长江相通。姑山矿露天采场东北角即靠近青山河侧为第四系土质边坡，原始边坡较陡，平均为1：1.5～1：2.5，主要地层为粉质壤土夹砂壤土薄层，结构松散，呈弱～中等透水性。姑山矿露天采场青山河侧滑体南北向长约120m，东西向宽约25m，整个滑体约8万m3,主要为第四系的粉质壤土夹砂壤土、细砂。受坍塌体的挤压，向前滑移最大位移40～50m，散落到-13～-15m高程的稳定土层出露面上，滑体堆积高度10～12m，塌陷的滑体凹陷处多处积水，使滑体前缘部分的土体软化，强度降低，在水的作用下不断移动，使上部裂隙范围不断扩大，局部堤段提防边坡出现裂缝。

　　滑坡段平面位置见图1。

　　2区域地质概况

　　姑山矿采场外围地形起伏较大，微地貌发育，地面标高6.0～7.0m。南侧矿渣及碎石堆场，高20～25m，北侧为农田、村落及沟塘，西侧为正在开采的矿坑，东侧为芜当联圩青山河段提防。

　　青山河姑山段河岸顺直、河道宽阔，为不对称“U”型河谷，河床下切最深处高程-2.45m，河滩宽度60～80m。

　　工区地层以第四系松散沉积层为主，大都具备二元结构，地下水主要为其中的孔隙水，根据地下水的储存、运动和排泄特点，可将其分为孔隙潜水和地表相对隔水带上的上层滞水。

　　孔隙潜水赋存于上部的砂壤土、粉质壤土夹砂壤土层中，埋藏较浅，主要受大气降水和地表水补给，地下水位不稳定，与附近沟塘等地表水体的水力联系密切。

　　3场地各土层及其物理力学性质

　　勘察堤段揭露主要为第四系全新统河流相冲积地层（Q4al），堤基上部主要为粉质壤土夹砂壤土、细砂薄层，局部钻孔揭露砂壤土与粉质壤土；下部以砂壤土为主，夹薄层粘性土，滑坡体前缘钻孔和堤顶深孔揭露上更新统冲积层（Q３al）粘土～粉质粘土、细砂及上更新统坡积层（Q３dl），下伏铁矿石岩组。

　　在勘探深度范围内，主要地层7层：

　　0层人工填土，主要成分为粉质壤土夹矿渣、砾石，局部以矿渣、块石为主，块石最大单边长度超过1.0m。

　　①1层砂壤土，夹薄层粘性土（Q4al），灰黄、黄色，很湿～湿，为中等压缩性土层。

　　①2层重粉质壤土，夹中～轻粉质壤土（Q4al），青灰夹黄色，湿，可塑，为中等压缩性土层。

　　①层仅局部地段分布。

　　②层为中～重粉质壤土夹薄层砂壤土及细砂（Q4al），按土性细分三个亚层。

　　②1层粉质粘土，夹中～轻粉质壤土（Q4al），局部近淤泥质，夹极薄层砂壤土，青灰色，湿～很湿，可塑～软塑。滑体靠近前沿部分ZK04、ZK09、ZH13孔揭露该层，层厚6.0～8.4m，层底高程-13.45～-11.91m。

　　②2层粉质壤土夹薄层砂壤土、细砂，局部以砂壤土为主（Q4al），夹腐殖质，青灰色，很湿～饱和，软塑～稍密，为工程区和滑坡体最主要层次。粘性土局部为淤泥质，单层厚度5～20mm，砂壤土单层厚度2～10mm。天然含水率30.7～46.0%，孔隙比0.95～1.319，压缩系数0.23～0.68MPa-1，压缩模量3.13～8.68MPa，固结快剪试验凝聚力平均值17.6kPa，内摩擦角平均值19.7°。由于滑坡切割作用，层厚与层位差异较大。层厚3.0～10.6m，层底高程-16.95～-2.89m。

　　②3层中～重粉质壤土，局部夹薄层砂壤土（Q4al），夹腐殖质，青灰色，很湿～饱和，软塑。部分钻孔揭露，层厚5.1～16.9m，层底高程-24.01～-12.36m。

　　③层砂壤土，局部夹薄层粘性土或细砂（Q4al），偶夹小砾石，灰色，上部松散～稍密，下部中密。本次勘探未钻穿该层，揭露最大厚度超过10.0m。

　　④层粉质粘土、粘土（Q3al），灰绿、棕黄夹灰色，湿，上部可塑，下部硬塑，为中等压缩性土层。滑坡体前缘部分钻孔揭露厚度1.5～3.1m。

　　⑤层细砂（Q3al）、⑥层坡积层（Q3dl）、⑦层铁矿石岩层（Fe）埋深较大，对工程影响甚微。

　　滑动轴附近地质剖面见图2。

　　4水文地质条件

　　4.1地下水的类型和运动特征

　　本区雨量充沛，年平均降水量1200mm，青山河由南向北流经本区，是矿区最大的补给体。矿区及周边地表水系发育，渠塘密布。周边的矿渣堆场，结构松散，是地下水有效载体，距滑坡体北侧60～80m的农田地面高程6.0～7.0m，附近沟塘水位4.5～5.0m，是矿区地表水的丰富来源。

　　工程区在钻孔揭露深度内为第四系松散沉积层，地下水主要类型为孔隙潜水。主要赋存于①1、③层的砂壤土和②2层的粉质壤土夹砂壤土、细砂薄层中，分布广，其富水程度受土性变化而有所区别，主要受大气降水和地表水补给，即使在秋冬枯水期，青山河水位也在2.5～3.0m之间，远远高于开采场，常年补给采场。

　　4.2土（岩）体的透水性

　　最大勘探深度内揭露主要为松散堆积层，岩性为粉质粘土、壤土、砂壤土、粉土及细砂等，各土层透水性差异较大。

　　根据室内外渗透试验，类比有关工程经验，将区内松散堆积层的透水性分为以下几个级别：

　　弱～中等透水层：①1、③层砂壤土和②2层粉质壤土与砂壤土、细砂互层，渗透系数为1.00×10-4～5.00×10-4cm/s。

　　弱透水层：①2层粉质壤土、②1层粉质粘土夹粉质壤土、②3层中～重粉质壤土，渗透系数为1.00×10-6～5.00×10-5cm/s。

　　5滑坡特征及发生原因分析

　　5.1滑坡特征

　　姑山矿露天采场青山河侧滑坡是沿着②2层粉质壤土与砂壤土、细砂互层中的粘性土软弱结构面中发生的，为推移式顺层滑坡，整个滑体约8万m3,为大型滑坡。滑坡体呈圈椅状，后壁较陡，呈70～80°，局部近直立状，高度8～10m。前缘为缓倾角，在3～8°之间，滑面呈波状起伏，沿滑动轴方向，滑坡体堆积物散落至40～60m外，前缘隆起部分最高达10～12m。南侧坡面起伏较大，北侧相对较缓。

　　据当地村民介绍，滑坡发生迅速、剧烈，地面抖动厉害，声音巨大，传至几公里之外。在清理堤顶附近土体时发现，过水斗门在滑体巨大推力下已经折断塌落。

　　多处平台上大量积水，形成滞泉湿地，部分砂壤土与粉质壤土呈饱和状态，使土体湿溶重增加，强度进一步降低，致使上部出现多道裂隙，并且范围逐步扩大，在边坡附近形成不稳定区域。在堤顶顺堤方向以及在滑坡形成的陡坎边沿，发育较多次生裂隙，在边坡一定范围内形成变形破坏区，坡体逐渐塌落，在未充分实施治理前破坏范围逐步扩大，以至使北侧的防渗墙可能已局部破坏。

　　5.2滑坡发生原因分析

　　姑山矿露天采场青山河侧发生滑坡的原因是多方面的，既有地形、地质、水文条件等客观原因，也与坡度较陡及坡面保护遭受破坏等人为因素有关。从工程地质角度分析主要原因如下：

　　一、构成边坡的主要地层为粉质壤土夹薄层砂壤土、细砂，层状结构明显、呈软塑状的粉质壤土强度低，而砂壤土、细砂则透水性比较强，这是滑坡发生的物质基础。

　　二、边坡过峻，平均边坡1：1.5～1：2.5，最陡处边坡比为1：0.22，在矿石开采过程中，实际边坡角度往往大于开挖允许坡度，这是滑坡发生的最重要原因。

　　三、地表水与地下水的强烈作用是滑坡发生的直接原因。矿坑及坡面远远低于周边的河道、沟渠，地表水、地下水和矿坑边坡中的上层滞水共同作用于坡面和坡体，工程区地下水情况十分复杂。

　　矿坑周边坡面几乎无任何护坡措施，在干湿交替影响下，边坡土体不仅产生裂隙，而且沿裂隙和细砂、砂壤土薄层渗透浸泡，使土体强度衰减，边坡安全稳定性降低；北侧有丰富的水源，向坡体长期渗透，形成渗透压力，又有大于允许边坡的先决条件，无疑会促使滑坡的发生。

　　现场施工过程中发现，在1.5m、-1.3m、-10.0m、-12.0m及-18.0m的高程附近出现几处较大的出水点，大致位置见滑坡段平面位置图（图1）。S1渗水点出水量在5升/分钟，后被施工掩埋；S2渗水点实际是一组管涌群，顺堤线分布，渗水量约10升/分钟；S3渗水点出露最高，出水在15～20升/分钟，浸湿了60～80m2的坡面，出水量始终不减；S4在S3南侧10~15m高程偏下一些位置，最初出水量2~3升/分钟，后期已无明显渗水；S5渗水点是集中了坡体的大部分渗水，出水量20~30升/分钟。

　　S3渗水点出露最高，出水量大且始终不减，在滑坡体其他相当高度部位未有这种现象，分析其原因可能是防渗墙在由北向西折拐部位没能很好连接或发生损坏，北侧农田、沟塘以及矿渣堆场中的水通过损坏处渗入滑坡体。所以沿坡面东侧的防渗墙的防渗效果也值得分析。

　　以上渗水在滑坡体低洼处积聚，形成滞泉湿地，部分砂壤土与粉质壤土呈饱和状态，使土体湿溶重增加，强度进一步降低，滑体仍然处于不稳定状态。致使上部出现多道裂隙，并且范围逐步扩大，在边坡附近形成不稳定区域。

　　根据滑坡形态、规模以及工程、水文地质条件分析，大致推演滑坡发生过程如下：

　　最初的小规模滑坡发生在北侧，主要原因是坡度过陡、上部堆载压力大、土性松软等。这种小规模滑坡发生后，没有及时处理，在地表水冲刷以及地下水入渗作用下，土体强度降低，不停地蠕变、滑移，使滑坡规模逐步扩大，这从北侧坡面相对较平缓，喜水植物茂盛可以得到证实。

　　本次发生的滑坡段，同样存在着是坡度过陡、上部堆载压力大、土性松软等问题，以至在堤坡附近形成顺堤向裂隙，最初这些裂隙可能不大且不相互贯通，但抗渗性能已大大降低。

　　北侧的滑坡带，极可能破坏了老截渗墙，使地下水不停入渗，形成了渗流通道，以至在1.5～2.0m高程上出露。地下水南浸，沿原先已形成的裂隙面渗入坡体，使裂隙面相互贯通，构成软弱结构面，同时土体湿溶重增加，强度降低，渗透压力增大，使极限平衡状态被破坏，在上部荷载、开矿放炮等因素诱发下，发生大规模坍塌、滑坡。

　　6工程处理建议及抗剪强度指标选取

　　削坡减载、清除滑体前沿扰动土层回填粉质粘土夹砾石镇脚，是目前处治滑坡最有效的方法。由于场地地下水丰富，对岸坡土体影响甚大，因此堤前截渗和堤后疏水尤其重要。

　　②2层粉质壤土夹砂壤土、细砂渗透性在垂直方向远小于大水平方向，而青山河在姑山段河滩宽度达60～80m，可以部分消减地下水位势，对抗渗有利。为消除老截渗墙对工程可能造成的不利影响，建议在堤前设置新截渗墙。因④层粉质粘土埋深较大，截渗墙没必要非深入该层不可，因此建议采取悬挂式截渗墙。

　　滑坡体主要岩性为②2层粉质壤土夹砂壤土，呈互层状，透水性较强，滑坡发生后，排水固结速度快，静力触探比贯入阻力值与滑动状态相比偏大许多，无明显低值和界限。粉质壤土夹砂壤土、细砂互层在工程地质特性上界于粘性土与砂壤土之间，在渗透性、承载力及抗剪强度等力学指标的选用上应根据不同阶段分别对待。可用扰动样残余强度、饱和快剪强度进行滑坡前的稳定复核与施工期稳定验算，用原状样的固结快剪强度或扰动样固结慢剪强度进行运行期稳定复核。

　　各主要土层指标推荐值见表1。排水反复直接剪切试验成果汇总表见表2。

　　姑山矿露天采场青山河侧滑坡发生后，马钢集团姑山矿业有限责任公司迅速组织人员进行应急抢险工作，清除滑体和修复坡面。2004年12月下旬，姑山矿采场边坡滑坡治理工程经安徽省水利厅批准，除险修复工作于2005年元月开始实施，2005年3月底完成土石方工程，主体工程施工期为四个月，2005年6月全部工程施工结束。工程施工结束后，通过了水利厅专家组的检验验收。目前，姑山矿露天采场青山河段堤防运行一直良好。

　　参考采用的主要规程规范和技术标准：

　　①《堤防工程地质勘察规程》SL/T188-96

　　②《水利水电工程地质勘察规范》GB50287—99

　　③《水利水电工程钻探规程》DL5013-92

　　④《土工试验规程》SL/T237-1999

　　⑤《注水试验规程》YBJ14--89

　　⑥《水利水电工程制图标准》（勘测图）SL73.3-95

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