目前,國內(nèi)外大部分露天礦山高陡邊坡均存在邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象,特別在雨量充沛的地區(qū),外部雨水加劇了邊坡隱患的惡化,造成巨大安全隱患,迫使礦山不得不停工停產(chǎn),嚴(yán)重影響礦山企業(yè)的生存發(fā)展,邊坡隱患治理成為露天礦山的首要任務(wù)之一。但是,不同類型的礦山邊坡有不同的治理措施,在實(shí)施治理前，治理措施的選擇至關(guān)重要,縱觀國內(nèi)外露天邊坡治理措施,均圍繞削坡減荷、壓腳抗滑﹑抗滑樁抗滑、錨索錨桿錨固、框格梁加固,恢復(fù)植被等措施治理。但對于一些特殊礦山,常規(guī)措施無法實(shí)現(xiàn)邊坡穩(wěn)固,為此，根據(jù)礦山實(shí)際情況探索其他更為合適的治理措施。以某礦山具體情況為例,提出了采用防水土工膜覆蓋隔離防排水治理邊坡隱患的措施,通過實(shí)際應(yīng)用,礦山滑坡體得以穩(wěn)固,徹底解決了邊坡失穩(wěn)問題。1某礦山概況
某礦山礦區(qū)面積3.5 km2 ,開采年限15 a,年采礦量約200萬t,開采區(qū)匯水面積1.8 km2,礦區(qū)總體地勢南高北低,地形起伏大,植被發(fā)育,竹木茂密,山高坡陡,屬于以構(gòu)造作用為主,具有強(qiáng)烈的侵蝕及冰川刨蝕作用的中高山地貌1。礦區(qū)現(xiàn)狀東、西、南三面高,三面環(huán)山,中北部低,形成一個(gè)大凹槽,最低點(diǎn)位于Ⅰ號采坑一帶,高程約3 076 m,最高點(diǎn)位于南側(cè)分水嶺一帶,高程約3 535 m,高差約459 m;兩岸形成25°~40°邊坡,邊坡總高度246 ~368 m,分成10 ~20個(gè)臺階,臺階高10 ~ 30 m。邊坡出露地層巖性中上部主要為全—強(qiáng)風(fēng)化砂板巖﹑角巖等,中部主要為強(qiáng)—中等風(fēng)化碎裂結(jié)構(gòu)砂板巖﹑角巖及大理巖等,中下部主要為微風(fēng)化～新鮮矽卡巖﹑礦石及砂板巖、角巖等。
區(qū)內(nèi)5~10月為雨季,雨量充沛,基本無晴天,平均氣溫約10℃,該區(qū)年降雨量約3 500 mm ; 11月至次年4月為旱季,多屬冰凍期,氣溫多在5℃以下。冰雪覆蓋期間,運(yùn)輸十分艱難,生產(chǎn)、生活較為困難。
礦區(qū)大地構(gòu)造處于岡底斯—念青唐古拉褶皺系的伯舒拉嶺–高黎貢山褶皺帶南段,區(qū)域上可根據(jù)地層、巖漿活動、變形變質(zhì)等方面的不同,分為東西兩區(qū),東部為高黎貢山隆斷區(qū)(屬于瀘水—隴川褶皺束),主要表現(xiàn)為近于平行的密集的較大的南北向斷裂;西部為東河坳褶區(qū)(屬于古永—盞西褶皺束),主要表現(xiàn)為稀疏的規(guī)模相對較小的褶皺和斷裂。由于礦區(qū)所處位置氣候條件較差,地質(zhì)構(gòu)造較差,每年雨季邊坡均出現(xiàn)大規(guī)模開裂、局部坍塌,位移形變等安全隱患[2,導(dǎo)致礦山不得不停工停產(chǎn),嚴(yán)重影響開采作業(yè)。礦山在2017年對開裂較為嚴(yán)重的東南邊坡進(jìn)行框格梁＋錨索加固處理,但在2018年6月,經(jīng)過4d 的連續(xù)強(qiáng)降雨,造成框格梁大量沉降開裂,部分錨頭被拉脫落,情況十分危急,礦山被迫停產(chǎn),不得不重新論證治理措施。根據(jù)實(shí)際情況2018年12月提出了采用防水土工膜覆蓋防水的治理措施,至2019年4月正式施工,5月30日竣工,經(jīng)過6—10月雨季的考驗(yàn),邊坡未發(fā)生明顯變化,處于穩(wěn)定狀態(tài),證實(shí)采用防水土工膜治理該類礦山邊坡隱患的成功。
2以往治理方案分析
( 1)i削坡減載法。原來提出將滑坡體上部土石方削除。該方法在理論和實(shí)踐上均可行,但該滑坡體上緣原始地面已經(jīng)比較平緩( 25°~29° ),自身可處以較穩(wěn)定狀態(tài)。若削坡后臺階坡度反而變大,按相關(guān)設(shè)計(jì)達(dá)40°左右,重量雖減輕,但坡度變大后會造成上部邊坡更不穩(wěn)定,而上部邊坡離國境線已非常接近。若削坡后上部邊坡不穩(wěn)定造成滑坡,勢必威脅國境線,反而造成新的隱患,違背保護(hù)國境線的目的,此法較不合理。
(2)采用錨索.錨桿工程]。在其他邊坡治理上此法的確可用,但該礦山滑坡體所處位置降雨量較大,滑坡體量較大,只采用單純的錨索.錨桿工程,只能承載部分內(nèi)部應(yīng)力5],完全承受不了外部雨水帶來的壓力,特別是錨索.錨桿工程打不到硬質(zhì)巖層時(shí)，無法達(dá)到抗滑效果。該礦山滑坡體內(nèi)部應(yīng)力影響下滑的可能性較小,關(guān)鍵是外部雨水影響產(chǎn)生下滑的可能性較大,故錨索.錨桿工程°治標(biāo)不治本。
(3)采用鉆孔滲水防排水。該法主要在邊坡.臺階上每隔一定距離打一排縱向.橫向鉆孔,將臺階.邊坡上的雨水從鉆孔內(nèi)集中滲出,使用漿砌石排水溝排出。
(4)滑坡體中部部分削坡減載。滑坡體中部臺階凌亂,部分凸起。這部分邊坡、臺階最終邊坡角達(dá)到34°,對于原生風(fēng)化碎石層來說,其自然安息角是37°,34°已經(jīng)緩于37°,若無外力,其本身下滑的可能性較小。若對該部分臺階邊坡再進(jìn)行削坡,一方面挖機(jī)震動力將影響滑坡內(nèi)部應(yīng)力平衡,另一方面挖機(jī)挖不動時(shí),將采取爆破方法處理,這也會影響已趨于平衡的滑坡內(nèi)部應(yīng)力變化,反而造成新的滑動,若采用靜態(tài)爆破,施工效率較低,故該方案不宜采用。
3某礦山滑坡體分析
滑坡體治理的方向、方法.措施等必須根據(jù)滑坡體形成的內(nèi)因、外因、激發(fā)因素來確定滑坡體的發(fā)生、
發(fā)展變化規(guī)律,對其內(nèi)在的及外在的影響因素充分認(rèn)知及評估,才能采取切合實(shí)際的治理措施。
3.1礦山滑坡體的成因
(1)巖體風(fēng)化強(qiáng)烈,斷層較多,節(jié)理裂隙發(fā)育。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告,受F。斷層影響造成滑坡體右側(cè)斷層帶巖土體破碎,工程力學(xué)性差,在坡體中部形成了一個(gè)較大的軟弱結(jié)構(gòu)帶;滑坡體所處邊坡發(fā)育有4 ~5條特征明顯的斜切節(jié)理(寬8 ~20 cm)貫穿邊坡,大體與F。斷層平行或斜交,充填有薄層狀黏性物質(zhì),為邊坡巖體中的軟弱結(jié)構(gòu)層,破壞了坡面巖體的整體性,其中有2條節(jié)理即形成滑坡體的側(cè)緣,形成了滑坡體的內(nèi)因。
(2)礦山采礦剝離削坡引發(fā)連續(xù)卸荷效應(yīng)”]。礦山露采邊坡是一動態(tài)穩(wěn)定邊坡,2010—2017年對滑坡體所在邊坡進(jìn)行清方削坡,整體坡度32°~36°,分臺開挖,臺高7~12 m,在邊坡高程3 325~3 350 m段,局部坡體削坡角度達(dá)45° ~50*,單臺坡高近21m,局部臨空面過大;部分地段坡體分臺設(shè)置不合理,坡體呈“凸形坡",構(gòu)成向下推移之勢;現(xiàn)采坑底部已達(dá)3130m左右,與邊坡頂部高差達(dá)390m,降階速度太快,卸荷作用太過強(qiáng)烈，卸荷裂隙發(fā)育,持續(xù)降階卸荷對滑坡前緣形成過度牽引，形成滑坡體的外因。
(3)爆破振動。礦山目前采用常規(guī)燦破方法,一次起爆藥量高達(dá)4t以上,持續(xù)的爆破振動對邊坡巖體造成持續(xù)性損傷,加劇裂隙的發(fā)育;同時(shí),爆破振動形成的地震動峰值加速度與邊坡巖土體的共同作用轉(zhuǎn)化成滑坡的下滑力,并隨著高差的增大,振動作用的放大效應(yīng)越發(fā)明顯,這是滑坡體變化的誘因(外因),若本身及下游不再采剝爆破,該因素可排除。
(4)連續(xù)降雨影響。2018 年6月9日-14日連續(xù)強(qiáng)降雨，由于邊坡巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育,有利于雨水下滲,軟化巖土,特別是邊坡中存在的幾條軟弱結(jié)構(gòu)面,更是在雨水滲人下軟化,力學(xué)強(qiáng)度降低，抗剪力減弱,使原已基本達(dá)極限平衡的邊坡穩(wěn)定性被打破,再次激發(fā)原滑坡有所活動,是滑坡體變化最直接的激發(fā)因素。
3.2滑坡體成因總結(jié)
綜上分析,H1滑坡處于露采高邊坡中上部,局部邊坡開挖坡比及分臺高度不合理,為滑坡的產(chǎn)生提供了較大的臨空條件;邊坡巖體構(gòu)造節(jié)理、風(fēng)化裂隙和人工卸荷裂隙發(fā)育,將巖體結(jié)構(gòu)弱化為碎裂結(jié)構(gòu)(F。附近達(dá)到散體結(jié)構(gòu)),破壞了巖體的完整性,降低了邊坡的穩(wěn)定性,同時(shí)有利于雨水下滲;坡體中存在F。斷層和其他幾條大型軟弱結(jié)構(gòu)面,或局部矽卡巖化的板巖,為相對隔水層,在雨水下滲作用下軟化,抗剪強(qiáng)度降低,為滑坡產(chǎn)生提供了滑帶條件;連續(xù)降雨及短期內(nèi)的強(qiáng)降雨是滑坡活動的主要激發(fā)因素[8]。從近年實(shí)際情況看,干季滑坡體基本沒有較大變化,一到雨季,特別是強(qiáng)降雨后,滑坡體立即開始變化。說明該滑坡體在沒有較大外力影響的干季是穩(wěn)定的,內(nèi)部應(yīng)力對其影響很小,幾乎達(dá)到自身平衡，雨
季雨水施加外力后,使已穩(wěn)定的滑坡體打破自身平衡,從而產(chǎn)生變化。據(jù)統(tǒng)計(jì),滑坡區(qū)年降雨量大于3 500 mm(相當(dāng)于在整個(gè)雨季,每平方米面積上要增加3.5 t雨水重力,按滑坡體表面積6萬m2計(jì)算,施加在滑坡體上的雨水總量超過21萬t),滑坡體上部由于滲水性較強(qiáng),所降雨水一部分 自身滲透飽和, 一部分沿滑體內(nèi)部裂隙滲至中下部,而中下部除吸收自身表面雨水外,還承擔(dān)上部的滲水壓力及土巖壓力,故中下部受力遠(yuǎn)大于上部,中下部也有部分裂隙可滲水或從表面流走，只有自身飽和后才能從表面流走。
所以,降雨后滑坡體自身飽和造成壓力增大,脆弱的滑坡體無法抗拒憑空增加的巨大壓力,打破自身平衡,產(chǎn)生下滑變化。
4滑坡體治理方案
(1)采取澆筑混凝土保護(hù)層的方法防排水。該方法主要是在邊坡、臺階上澆筑一層混凝土保護(hù)層隔離雨水,在臺階上修筑排水溝,將匯水集中外排，也是高速公路護(hù)坡常用的方法。其優(yōu)點(diǎn)為耐風(fēng)吹;缺點(diǎn)為易開裂,防水性能差,施工前需將邊坡臺階整平,施工困難,壽命短(3~5 a),施工造價(jià)高達(dá)90元/m2。
(2)采用塑料布覆蓋。在邊坡臺階外表采用塑料布進(jìn)行覆蓋防排水的方法優(yōu)點(diǎn)為防水性能好;缺點(diǎn)為因塑料布本身較輕,易被風(fēng)吹,長時(shí)間暴露在地表易老化(1 ~2a) ,易被尖銳物刺穿,施工困難(需大量覆蓋)，造價(jià)約20元/m2。
(3)采用彩鋼瓦鋪蓋防排水。在邊坡臺階外表采用彩鋼瓦進(jìn)行覆蓋防排水的方法優(yōu)點(diǎn)為自重重,不.易被風(fēng)吹走,壽命可達(dá)10 a之久;缺點(diǎn)為造價(jià)高(材料價(jià)50元/m2) ,安裝困難,施工工期長。
(4)采用防水土工膜鋪蓋防排水。采用最新防水材料防水土工膜防排水。采用兩布一膜型PE復(fù)合防水土工膜,規(guī)格為300 g/0. 4 mm/300 g,幅寬為4.mx50 m。防水土工膜采用人工鋪設(shè),土工膜之間連接采用熱熔焊接工藝。土工膜自坡頂鋪設(shè)至坡腳,嵌進(jìn)排水溝。鋪膜后會遮蓋坡面上的變形裂縫,不易發(fā)現(xiàn)坡體變形跡象,在有裂縫區(qū)多設(shè)幾個(gè)觀察坡體變形的“窗口”，“窗口”采用活動膜覆蓋,便于觀察。土工膜在平臺上采用袋裝土壓膜，袋裝土分布范圍間距為2.5 mx2.5 m。其優(yōu)點(diǎn)為防水性能好,施工簡單,下雨后自重加重不易被風(fēng)吹,耐寒冷( -30 C)不易老化,顏色多(黑、淺灰、白、綠),易更換,壽命長(長期暴露可達(dá)10~20a,全覆蓋可達(dá)50a),施工時(shí)只需將土工布鋪在邊坡、臺階表面,邊坡上采用部分鋼筋樁錨固,臺階上可適當(dāng)蓋上部分碎石、泥土袋,強(qiáng)度好,不易刺穿,造價(jià)低(30元/m2),非專業(yè)技術(shù)人員均可施工。
綜上所述,建議采用防水性能好，施工方便,壽命長，造價(jià)低的防水土工膜作為防水材料。
5結(jié)語
通過對某礦山采用防水土工膜覆蓋隔離防排水治理措施，徹底解決了礦山滑坡體隱患,即使在雨季期間,仍然可進(jìn)行采礦作業(yè),礦山生產(chǎn)得以保障。該措施投資小、施工工藝簡單、工期短、防水效果好、使用壽命長,是高海拔、雨量充沛一類露天礦山邊坡隱患治理較為理想的治理措施。目前，在線監(jiān)測系統(tǒng)在很多高陡邊坡礦山也大量應(yīng)用，如該礦山再增加在線監(jiān)測系統(tǒng),則可做到實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)警,可完全預(yù)防安全事故的發(fā)生,建議該礦山下一步增加在線檢測系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)
[1] 孫玉科,姚寶魅.我國巖質(zhì)邊坡變形破壞的主要地質(zhì)模式[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),1983,2(1) :67-76.
[2] 皋穎人，陳租煌,王恭先,等邊坡與滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版杜,2010.
[3]王秒,李海波,劉亞群,等.順層巖質(zhì)邊坡預(yù)應(yīng) 力錨索抗震加固機(jī)制研究[J].巖土力學(xué),2013 ,34( 12)1555-3960.
[4] 王發(fā)玲,劉才華,龔 哲.順層巖質(zhì)邊坡錨桿支護(hù)機(jī)制研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2014,33( 7) :1465 -1470.
[5] 何滿潮工程地質(zhì)力學(xué)的挑戰(zhàn)與未來[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2014,22(4) :54-556.[6] 何滿潮,王 炯,孫曉明,等.負(fù)泊松比效應(yīng)錨索的力學(xué)特性及
其在沖擊地壓防治中的應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào),2014,39(2):214.221.
[7] 李安洪,周德培,馬 君,等.順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析與支擋防護(hù)設(shè)計(jì)[M].北京:人民交通出版社,2011.
[8] 付國龍,王長軍,陶志剛.順層巖質(zhì)邊坡開挖致滑的滑動力監(jiān)測[J].金屬礦山,2012(9) :154-157. .
