關于降雨量對排土場邊坡滲流及穩(wěn)定性的影響探討

田 陽

（長春黃金設計院有限公司，吉林 長春 130000）

在近幾十年中，礦山的開發(fā)規(guī)模以及開采速度在不斷的加大加快，導致礦山的排土場容量不斷增大，為了節(jié)約土地，減少占地和投資，排土場內廢棄物的堆積高度也在增加。在暴雨季節(jié)，伴隨著降雨量的不斷增加，會極大的改變礦山排土場邊坡內部的滲流。在這種情況下，極易引發(fā)礦山排土場的邊坡失穩(wěn)，造成滑坡以及泥石流等地質災害。所以，深入的研究降雨量對礦山排土場邊坡的滲流以及穩(wěn)定性的影響具有非常重大的意義，本文主要以貴州省某金屬礦山為例從以下四點簡單分析探討相關內容。

1 排土場工程的地質、條件

排土場屬于丘陵地貌，具有侵蝕性，排土場的地形為：兩條溝谷，呈南北走向，溝谷的上游比較狹窄，因此溝谷形態(tài)是V型，主溝下游則是兩條山溝的聚集處，比較開闊，長度大約為1000m，寬度是450m。排土場廠區(qū)周圍的邊坡坡度是20°～30°，綠色植被發(fā)育較好。

通過分析排土場工程的設計資料、地質勘探報告和現(xiàn)場工程測繪調查看出，該排土場場地的巖土層，從上到下依次為：廢土石～耕植土～中風化粉砂巖。根據(jù)地下水水利特征和賦存的條件，可以對排土場地下水進行分類，大體上劃分成基巖中裂隙潛水、第四系松散層孔隙潛水。其中，裂隙潛水主要是賦予在風化的基巖中，而孔隙潛水則賦予在沖洪積層內。

2 礦山排土場工程邊坡的穩(wěn)定性分析

2.1 建立飽和以及非飽和的滲流理論控制微分方程

在暴雨季節(jié)降雨條件之下，對于礦山排土場的邊坡滲流的穩(wěn)定性進行分析，實際上也是飽和與非飽和的非穩(wěn)定性的滲流分析，參照具體的定義以及相關的質量守恒定律，我們可以得出以下積分方程：

在控制偏微分的方程當中，Ril代表的是在介質飽和的狀態(tài)下滲透張量，kr(h)p則代表的是介質相對滲透的具體系數(shù)，飽和的內值為1，如果處于非飽和的狀態(tài)下，則是在0～1之間。

2.2 確立降雨的界限

本文對于排土場的瞬間滲透進行詳細的研究分析，在分析的過程中進行了以下假設：

第一：如果礦山的排土場邊坡表面接受了一定的降水量，那么需要以降雨入滲當作邊界；但是對于降雨量的邊界來說，降雨的強度應遠遠小于排土場內土體的入滲能力，需要限定的邊界是降雨強度要遠遠大于排土場內土體的入滲能力；在這時，如果假設超滲水出現(xiàn)徑流以后需要進行快速的泄水，保證排土場內無積水，則需要水龍值大于地表的高度。

第二：以降水的飽和區(qū)作為邊界，可以根據(jù)傳統(tǒng)的地下水位值來確定。

第三：如果在礦山排土場內僅僅以水平的滲透為主，那么就不會出現(xiàn)不透水的邊界。

目前，為了更好的研究礦山排土場的總降水量相等的條件下，不同降雨類型的安全值的變化，我們可以參照下文中的數(shù)據(jù)結論來構造出簡單的降雨模型。降雨雨型如下圖所示。

現(xiàn)階段，本文以四種不同的降雨類型舉例說明，總的降水量是200mm，I雨型和II型雨型屬于恒定降雨強度，在這其中，I雨型連續(xù)4d的降雨強度平均每日是50mm，隨后4d沒有降雨。II雨型的一天降雨強度是200mm，隨后4d沒有降雨，不過，II雨型存在著大暴雨現(xiàn)象。III雨型和IV雨型屬于遞增、遞減的雨型，III雨型在第48h的情況下，降雨強度達到了200mm/d，隨后4d沒有降雨。IV初降雨的時候便達到了降雨強度的頂峰，然后在第48h的時候便開始遞減，一直到雨停，再在停雨4d，對于上述4種類型的降雨雨型來講，通常都是在降雨停止之后停雨4d，進而研究滲流的特征和穩(wěn)定性。

圖1 降雨雨型

2.3 計算參數(shù)的確定

邊坡模型特征和滲透系數(shù)曲。在礦山的邊坡模型當中，對于粉質黏土、廢石土來說都屬于非飽和土層，其中，粉質黏土的土體滲透系數(shù)參數(shù)主要可以通過試驗得到。對于廢土石的特征曲線來說，可以通過原有的工程材料可以獲得相應的數(shù)據(jù)。

3 不同降雨條件下排土場穩(wěn)定性研究

在礦產(chǎn)資源初期開發(fā)階段，需要修建工業(yè)場地、道路等礦山附屬建筑，將開采過程中排棄的廢石、廢土等堆積在礦山周圍。基于廢棄渣料堆積高度的增加，或者在外來因素的影響下，廢石渣原有堆積高度的穩(wěn)定狀態(tài)可能會打破，若遇到外來水動力的激發(fā)，如強度較大的降雨、水庫的潰壩等，則極容易發(fā)生礦山泥石流。目前，對于排土場自然狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定性石流的研究已取得較多成果。在本文中，主要分析了不同降雨條件下排土場的穩(wěn)定性。

4 針對不同的降雨類型進行排土場的穩(wěn)定性研究

4.1 排土場失穩(wěn)的模式

（1）在巖土基底下臥層的整體滑動，主要是因為所堆置的臺階數(shù)量增加以及滯水的影響所導致的，因此，這次整體的滑動排土場失穩(wěn)的模式對于排土場來說危害是比較大的；但是所產(chǎn)生的危害發(fā)生的頻率比較低。所以，不需要進行考慮。

（2）對于整體上的圓弧滑動來說，主要在發(fā)生在廢石土的內部。在排土場內，這種滑動失穩(wěn)模式發(fā)生的概率也比較小，所以，不在考慮范圍以內。

（3）由于所堆積的臺階相對來說比較陡，所以在一定情況下，是極易發(fā)生不同平臺邊坡以及局部區(qū)域進行滑動，在礦山的排土場內，相比較其他整體滑動類型來說，這種滑動所造成的破壞比較大。所以，在這篇文章當中對其進行了詳細的研究分析，經(jīng)過對排土場內的各個邊坡進行穩(wěn)定時程的計算，獲取準確的數(shù)據(jù)。

4.2 綜合性分析

如果發(fā)生降雨的現(xiàn)象，在排土場內所集中的水流也可以快速的將水流排泄到最低的臺階，并且不易被再次排泄，從而形成積水。除此之外，另外兩個臺階是因為自身高程的問題。從上文論述中我們可以看出，如果再將565m平臺堆積，那么排土場的穩(wěn)定性極易被破壞。在相同的降雨量下，如果在短期內產(chǎn)生較大的暴雨，會極大的影響礦山排土場的穩(wěn)定性，主要是由于礦山排土場滲透系數(shù)突然增大所致。另外，當降雨的強度變小時，入滲的能力是遠遠大于降雨強度的，所以降水會直接深入排土場內部，從而引起地下水位上升或者通過地表徑流直接排泄，因此，只有遇到降雨量比較大的暴雨時，才會對于排土場的穩(wěn)定性造成一定的危害。

5 分析降雨條件下排土場邊坡滲流

由于礦山排土場的邊坡滲透系數(shù)比較大，同時雨水進行入滲的方法又比較多，在這種條件下，如果持續(xù)進行降雨，不同臺階的表面土體的孔隙水的壓力都在減小。在8小時以后，我們可以在排土場的邊坡可以觀察出，可以看出，已經(jīng)出現(xiàn)了負孔隙水壓力。在16個小時以后，在不同臺階的轉折處，可以發(fā)現(xiàn)孔隙水的壓力值恢復到正常，形成飽和區(qū)。造成這種情況的主要原因是由于轉折處的積水作用，使得大量的雨水在轉折處匯流。如果在粉質黏土處產(chǎn)生滯水，極易影響排土場的穩(wěn)定性。

6 結語

總的來說，降雨量的增加在很大程度上會直接影響到排土場的邊坡穩(wěn)定性，同時，也會直接影響到排土場的內部滲流，從而直接破壞以及降低邊坡上的阻力值，進而直接引發(fā)滑坡以及泥石流。

如果能夠對降雨的強度以及邊坡的穩(wěn)定性進行研究分析，就可以及時的采取相關措施進行防治，從而保障人民群眾的財產(chǎn)安全以及礦山的生產(chǎn)運營穩(wěn)定。