劉炳鋒，耿向萬

(會理縣財通鐵鈦有限責任公司，四川 涼山 615100)

0 引 言

2019年3月中旬以來，秀水河礦山開采區(qū)西側發(fā)生山體開裂變形——三級臺階前后緣，產生多條貫通裂縫，并有逐漸變寬變長的趨勢，局部巖體已明顯下沉，如圖1、2所示。

目前已形成滑坡體，隨著變形的進一步發(fā)展，以及進入雨季，情況會更加嚴重，邊坡安全隱患(滑坡體)嚴重威脅到下方采場生產作業(yè)人員及設備安全，給采場正常生產帶來了極大影響[1-2]。同時，采場已進入中深部開采，作業(yè)空間逐步變窄，如不及時處理該邊坡安全隱患，其下部留設安全距離造成的空間受限及壓礦將嚴重制約采場正常生產。

1 工程概況

礦區(qū)氣候屬亞熱帶半干旱氣候，雨季和旱季分明，年降雨量800～1 200 mm，日降雨量最大達 50 mm 以上，雨季多在6—9月份，相當于全年降雨量的80%。1—4月為風季，一般風力3～5級，最大可達8級。年平均氣溫14～16℃，最高氣溫35℃，最低氣溫-5℃。冬季有短期霜凍積雪，年平均濕度65%～67%。

圖1 邊坡安全隱患(滑坡)全貌

區(qū)內地表水系不發(fā)育，多為季節(jié)性沖溝，匯水面積小,地表水自然排泄條件良好，雨季大氣降水多以地表水形式迅速排出，礦區(qū)中部僅有一條沖溝，長年有水流，且流量小。

礦區(qū)地處中山區(qū)，礦體出露標高為 2 310～2 664 m，相對高差 354 m；礦區(qū)總體地勢為北高南低的單斜山坡。目前由于采礦活動，地表形態(tài)變化較大，形成多級平臺(階高10～12 m)。礦區(qū)內巖漿巖主要為海西早期層狀含釩鈦磁鐵礦基性-超基性巖體，海西晚期細晶輝長巖及印支期花崗巖。巖體分帶不明顯，僅在局部粒度有變化、礦物組合上有差異；一般巖體邊緣粒度變細，角閃石增多，黑云母減少，時見文象花崗巖、花崗斑巖及細晶花崗巖。區(qū)內未見沉積地層出露。

本次研究范圍內有3條斷裂帶：1)F1：屬逆斷層，走向45°～87°，斷裂面產狀135°∠65°，帶寬40～70 m，帶內巖體破碎，多呈碎裂狀，沿斷裂帶多形成負地形，順向巖脈發(fā)育，多為應力作用后期形成的蝕變礦物，在開挖面多形成深大光滑平面，傾向坡外。2)F2：屬逆斷層，沿礦區(qū)主溝發(fā)育，走向145°～170°，斷裂面產狀70°∠65°，帶寬60～70 m，帶內巖體破碎，多呈碎裂狀，沿斷裂帶形成負地形，坡頂滑坡主要形成于該斷裂帶上盤內。3)F3：屬逆斷層，主要發(fā)育于花崗巖體內，由3條平直的小斷裂組成，走向56°，斷裂面產狀146°∠68°，總帶寬達 80 m，帶內巖體破碎，多呈泥質角礫或碎裂狀。

礦區(qū)位于川滇南北向石棉-元謀地震帶中段，區(qū)域構造活動頻繁。礦區(qū)劃屬攀枝花-米易次穩(wěn)定區(qū)。區(qū)內地震基本烈度為7度，設計基本地震加速度為 0.15 g，設計地震分組為二組。

2 滑坡穩(wěn)定性分析

2.1 計算模型

據(jù)各勘查剖面，滑面形態(tài)呈折線形，根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(GB/T32864—2016)的相關要求并結合該滑坡災害的特點，采用傳遞系數(shù)法進行穩(wěn)定性計算[3～9]。

(1)

(2)

式(1)(2)中：ψj為第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數(shù)(j=i)，ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tgφi+1;Wi為第i條塊的重量， kN/m；Ci為第i條塊內聚力， kPa；φi為第i條塊內摩擦角(°)；Li為第i條塊滑帶長度， m；αi為第i條塊滑帶傾角(°)；βi為第i條塊地下水線與滑帶的夾角(°)；A為地震加速度(重力加速度)， g；Kj為穩(wěn)定系數(shù)。

圖3 滑坡坡面布置示意圖

2.2 計算工況及參數(shù)選取

根據(jù)該滑坡的實際情況，目前作用在坡體上的荷載主要為坡體自重，本次選定如下3種計算工況計算評價滑坡穩(wěn)定性：1)天然狀態(tài)；2)暴雨狀態(tài)；3)地震狀態(tài)。

根據(jù)滑坡的實際情況及勘查工作的布置剖面情況如圖3所示，由于篇幅所限，只選取D—D’、E—E’、F—F’3個剖面進行穩(wěn)定性計算。

根據(jù)試驗值，結合經(jīng)驗值，并參照礦區(qū)其他滑坡穩(wěn)定計算參數(shù)，綜合采用滑體天然重度γ=22.5 kN/m3，飽和重度γw=23.5 kN/m3。

對滑坡點進行取樣和室內巖石力學試驗分析，根據(jù)滑坡目前的變形情況，根據(jù)D—D’和E—E’剖面，確定其穩(wěn)定性系數(shù)，以此進行滑帶土的抗剪強度參數(shù)反演。反演過程中穩(wěn)定性系數(shù)取值如下：天然工況下穩(wěn)定性系數(shù)為1.0；暴雨工況下的穩(wěn)定性系數(shù)剖面取值為0.95。綜合確定滑坡穩(wěn)定性計算抗剪強度參數(shù)取值見表1。

表1 H2滑坡滑帶土抗剪強度取值表

2.3 穩(wěn)定性綜合評價及變形趨勢分析

依據(jù)上述計算方法與參數(shù)，可計算出滑坡各計算剖面的穩(wěn)定性，如表2所示。根據(jù)H2滑坡各剖面穩(wěn)定性計算成果對滑坡的穩(wěn)定性進行綜合評價(對主要剖面)，H2滑坡在天然狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)，在強降雨或持續(xù)降雨等不利條件作用下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在地震工況下處于基本穩(wěn)定-不穩(wěn)定狀態(tài);且該滑坡持續(xù)發(fā)生變形滑塌，變形跡象明顯，坡體下錯，裂縫發(fā)育，土體溜滑，初步判斷滑坡處于蠕動變形階段，在強降雨或連續(xù)降雨或強地震作用的影響下易處于欠穩(wěn)定-不穩(wěn)定狀態(tài)，從而導致整體失穩(wěn)，對其進行治理是十分必要和緊迫的。

表2 滑坡穩(wěn)定性與推力計算結果表

3 滑坡形成機制分析

3.1 滑坡影響因素分析

1)地形地貌因素?；虑熬壐叨概R空，為滑坡變形剪出破壞提供了良好的臨空條件，滑坡體位于 2 397～2 045 m 平臺高度，主滑面D-D＇處形成四級開挖臺階，單層臺階高 12 m，階面坡角39°～52°，總體坡面角33°37′12″，地形陡峻，形成傾向溝谷的臨空面，地形因素是形成滑坡的必要條件。

2)地層巖性因素。H2滑坡滑體主要為含礦巖體，以含礦角閃輝石巖、礦輝長巖、礦橄欖巖為主，厚度達27～115 m，呈強-中風化，巖體完整性差， RQD多為差-極差；多組裂隙將巖體切割為碎裂結構，滑體及附近測得較發(fā)育的結構面主要有4組，裂隙多呈微張-張開狀，部分裂隙間有泥質充填?；轮骰较驗?6°，不利結構面主要為108°∠69°，頻次3條/m，傾角陡于坡角，易在陡傾階面處形成不穩(wěn)定塊體，剝落或滑塌。

3)構造作用。區(qū)內斷裂發(fā)育，滑坡體恰好處于3條主斷裂交叉地段，尤其以F1、F2斷裂較明顯為共軛斷裂，均為壓扭性質，形成多組平行斷裂面，并呈“X”型斜交，降低了巖體的完整性及穩(wěn)定性。此外，滑坡附近發(fā)育多條小型斷裂，縱橫交錯，寬0.2～0.5 m，帶內巖石多呈角礫夾泥狀。

4)降雨因素。大氣降水的下滲加大了坡體土重度，并對滑動面土體進行浸潤和軟化，土體抗剪強度降低，加劇和誘發(fā)坡體的變形失穩(wěn)。H2滑坡發(fā)生于3月中旬，區(qū)內主要處于枯水期，幾無降雨;但進入6月后暴雨頻發(fā)，進入豐水期后降雨則會加劇滑坡變形，一直持續(xù)到10月。

5)人類工程活動。區(qū)內礦山露天坑采活動主要為邊坡開挖、放炮及機械、車輛作用，較易形成滑坡的誘發(fā)因素。礦山主要采用穿爆開采方式，中深孔穿爆工作達990班/年，爆破震動客觀上對圍巖巖體完整性及坡體穩(wěn)定性具一定影響，也是滑坡形成因素之一(目前礦山開采作業(yè)平臺主要在 2 385 m～2 397 m 平臺)。

3.2 滑坡形成機制分析

通過上述分析，H2滑坡屬牽引式巖質滑坡：前緣臨空，坡面陡峻，滑坡體處于斷裂帶發(fā)育交匯地段，工程地質條件差，裂隙發(fā)育，巖石基本質量分級為IV級，在邊坡開挖后應力釋放，部分巖體產生蠕變變形，人類工程活動等各種因素影響下，前緣巖體首先失穩(wěn)滑塌，并同時牽引后方巖體下坡體下方位移，造成連續(xù)變形下錯，滑坡災害隨之形成。變形趨勢預測為天然狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)，在強降雨或持續(xù)降雨等不利條件作用下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在地震工況下處于基本穩(wěn)定-不穩(wěn)定狀態(tài)。

滑坡主要直接威脅對象為滑坡體下方 2 385～2 397 m 平臺的施工機械及人員，潛在威脅對象為選廠內生產工人及后勤人員約210人;其它機械、設備及原礦料場、選廠內的生產、生活區(qū)等，潛在經(jīng)濟損失約1億元，根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(GB/T32864—2016)，滑坡防治工程等級為一級。

4 滑坡防治方案

H2滑坡位于2JHJ采場，滑坡部分位于可采礦層內。為消除滑坡隱患，對滑坡進行清方削坡處理，為后期開采及礦山整體規(guī)劃設計提供保障，不考慮對H2滑坡進行支擋、錨固等其它措施。

根據(jù)礦山實際生產情況，清方削坡擬采用臺階放坡開挖方式，挖除全部滑坡體。選用斗容 1.6 m3的液壓挖掘機，汽車噸位為 40 t，2JHJ采場臺階高度為 12 m，開采終了階段坡面角為45°，最終邊坡角≤53°，安全平臺寬度≥6 m。選用ZL-50前裝機作為臺階清掃設備，寬度≥6 m 的安全平臺可兼作清掃平臺。

4.1 H2滑坡清方方案

4.1.1 開挖線設計及開挖量估算

H2滑坡清方階段放坡參照礦山設計，在 2 397～2 469 m 平臺采用12m高臺階放坡，以 2 397 m 平臺為清除滑坡體底界平臺，按2個安全平臺間隔一個清掃平臺放坡，安全平臺寬 6 m，清掃平臺寬 8 m,盡量降低爆破震動影響。各階面坡角按65°進行，同時考慮與礦山總體設計相一致，保證臺階連通性與車輛、機械等通行性。具體放坡及臺階設置如圖4所示,清方總量計算結果為115.23×104m3。

圖4 放坡及臺階設置E—E′剖面圖

4.1.2 清方后穩(wěn)定性分析

結合現(xiàn)場取樣試驗結果，參考類似礦山工程經(jīng)驗，綜合選取本次邊坡穩(wěn)定性計算的力學指標取值如表3所示。選取主剖面E—E′作為清方開挖后計算剖面(圖 3)，計算3種工況下邊坡的穩(wěn)定性：工況1，天然狀態(tài)，穩(wěn)定性系數(shù)為1.435；工況2，暴雨狀態(tài)，穩(wěn)定性系數(shù)為1.157；工況3，地震狀態(tài)，穩(wěn)定性系數(shù)為1.367。邊坡在3種工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

表3 H2滑坡清方量計算表

4.1.3 坡腳反壓

為防止H2滑坡剪出口變形加劇，增加滑坡穩(wěn)定性，建議在滑坡坡腳 2 397 m 平臺坡腳一線采取增載反壓，反壓材料可利用滑坡上部清方碎塊石進行回填，總鋪設寬度8～12 m，總高 4 m，內側貼坡腳，外側放坡坡度1∶1，分層壓實，分層鋪設厚度可取0.4～0.5 m，總反壓石方量 6 881.16m3(壓實后方量)。

4.2 施工組織及施工安全管理措施

礦山采用自上而下臺階式開采，施工可分2期進行，同時在 2 397 m 平臺坡腳處反壓施工。按照設計開挖界線逐步調整正在生產的作業(yè)水平，臺階開采過程中可根據(jù)生產需求，適時進行下一個臺階開溝和開挖工作，穿孔設備以IR750潛孔鉆為主，銨油炸藥爆破，1.6 m3液壓挖掘機裝 40 t 自卸式汽車，鏟裝采用 2.0 m3液壓挖掘機。挖掘、穿孔設備主要利用現(xiàn)有運輸?shù)缆坊蛟诒扑缮Ⅲw上做施工便道進入作業(yè)部位。礦石運至選廠進行選礦處理，擴幫巖石采用汽車運至老凸山排土場在設計排土境界內按設計堆置工藝排棄，汽車運距 3.0 km。根據(jù)滑體清理礦巖量、裝運設備能力及擴幫部位地形條件，選用2.0 m3液壓挖掘機裝汽車，鏟裝能力按120～150萬t/臺·a考慮，工期 90 d，考慮配備6～8臺液壓挖掘機。

針對施工組織的同時，制定相應的施工“五道安全防線”的安全管理措施:一是建立施工流程中的整體及各環(huán)節(jié)應急救援預案體系；二是健全和落實安全生產責任制及安全生產管理制度；三是定期進行人員培訓，設置專職及兼職安全員，加強對操作工人安全技術知識教育；四是建立設備維護檢修制度，確保完好、可靠運行；五是建立安全生產記錄檔案，準確分析安全生產中的危險因素并作出安全管理決策。

5 結 論

1)本文以秀水河礦山為工程背景，將已形成的H2滑坡體作為研究對象，采用傳遞系數(shù)法對H2滑坡在3種狀態(tài)下(天然狀態(tài)、暴雨狀態(tài)、地震狀態(tài))進行穩(wěn)定性評價，并對其滑坡機制進行分析。

2)針對礦山實際情況制定了滑坡防治方案，清方削坡擬采用臺階放坡開挖方式，挖除全部滑坡體，清方總量為115.23×104m3。為防止H2滑坡剪出口變形加劇，在滑坡坡腳 2 397 m 平臺坡腳一線采取坡腳增載反壓。

3)通過合理的施工組織設計指導工程實踐，礦山消除了安全隱患，取得了良好的效果。