基于桐源鄉(xiāng)某礦山邊坡地質(zhì)環(huán)境治理的研究

房永健

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一二大隊，江西 鷹潭 335000）

1 坡體現(xiàn)狀

桐源鄉(xiāng)某礦山邊坡屬于人工邊坡，是采礦活動所遺留，隨著時間的推移以及自然條件的作用，該邊坡產(chǎn)生了滑坡災(zāi)害，對礦山安全生產(chǎn)造成了較大的影響。該邊坡為坡向234°的切向坡，長約100m，開挖面坡頂標(biāo)高約28m，坡底標(biāo)高約24m，坡高3m ～4m，坡度60°～70°，其上部自然邊坡坡度約40°。邊坡區(qū)上覆粉質(zhì)粘土，下伏基巖為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和砂巖，粉質(zhì)粘土厚0.3m ～2.4m；強(qiáng)風(fēng)化層巖體厚約3.0m ～5.0m，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，結(jié)構(gòu)面結(jié)合差，巖體類型為Ⅴ類；強(qiáng)風(fēng)化層內(nèi)軟弱夾層受雨水下滲侵蝕軟化后物理力學(xué)參數(shù)降低，若不利結(jié)構(gòu)面臨空，邊坡易發(fā)生失穩(wěn)[1]。

2 穩(wěn)定性定量分析

2.1 計算方法及公式

（1）穩(wěn)定性計算方法及公式：工區(qū)邊坡主要為土質(zhì)邊坡，根據(jù)勘探剖面，HP1 滑坡滑面為折線型，因此本次穩(wěn)定性計算按照《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）中的有關(guān)規(guī)定，采用傳遞系數(shù)法對滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性計算與分析，采用平面滑動法對邊坡進(jìn)行計算，具體公式如下：

其中：

Ψj=cos(αi?αi+1)?sin(αi?αi+1)tanφi+1（楔形體和平面滑移計算取φj=1）

式中：K f—穩(wěn)定性系數(shù)；W i—第i計算條塊自重與建筑等地面荷載之和（kN/m）；C i—第i條塊內(nèi)聚力（kPa）；iφ—第i條塊內(nèi)摩擦角（°）；L i—第i條塊滑動面長度（m）；iα—第i條塊滑面傾角（°），反傾時取負(fù)值；iβ—第i條塊地下水流向，一般情況下取浸潤線傾角與滑面傾角平均值（°），反傾時取負(fù)值；A—地震加速度（單位：重力加速度g）；ψj—第塊段剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數(shù)條塊地下水滲透壓力產(chǎn)生的垂直滑面分力（kN/m）；—第i條塊地下水滲透壓力產(chǎn)生的平行滑面分力（kN/m）；γw—水的容重（kN/m3）；γU—孔隙壓力比[2]。

（2）滑坡推力計算公式：

2.2 計算工況

根據(jù)場區(qū)的工程地質(zhì)條件，計算工況為：工況Ⅰ：自然工況。工況Ⅱ：自然+暴雨工況。

2.3 計算剖面

綜合考慮邊坡巖土構(gòu)成、高度及周邊環(huán)境等因素，結(jié)合擬考慮設(shè)計方案，以A-A’為典型剖面進(jìn)行穩(wěn)定性分析[3]。

2.4 參數(shù)選取

根據(jù)勘查報告建議取值如下：

（1）粉質(zhì)黏土重度：r=18.7kN/m3，rsat=19.3kN/m3，強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖重度：r=23.4kN/m3，rsat=24.4 kN/m3，塊碎石土重度按土石比1：3 取加權(quán)平均值。

（2）強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖的物理力學(xué)參數(shù)取值為：c=18.5kPa、φ=16.5°，飽和狀態(tài)下為：c=16.4kPa、φ=13.4°。

2.5 穩(wěn)定性計算及綜合評價

計算選用采用折線型傳遞系數(shù)法（直線型滑面選傳遞系數(shù)為1），穩(wěn)定系數(shù)見下表。

表1 穩(wěn)定性系數(shù)計算結(jié)果

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（GB/T 32864-2016）表12，結(jié)合穩(wěn)定性計算結(jié)果分析：

工況Ⅰ：A-A’剖面穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.07，基本穩(wěn)定；B-B’剖面穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.03，欠穩(wěn)定；但均未達(dá)到二級邊坡的安全要求（安全系數(shù)1.3），說明邊坡在工況Ⅰ時欠穩(wěn)定，局部基本穩(wěn)定，但未達(dá)到二級邊坡安全系數(shù)為1.3 的要求。

工況Ⅱ：A-A’剖面穩(wěn)定系數(shù)Fs=0.99 ＜1.0，不穩(wěn)定；B-B’剖面穩(wěn)定系數(shù)Fs=0.95 ＜1.0，不穩(wěn)定；說明在暴雨工況下，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3 防治工程設(shè)計

3.1 設(shè)計工況和設(shè)計參數(shù)

（1）設(shè)計工況。治理工程設(shè)計按“自重+暴雨”工況下安全系數(shù)1.3考慮。（2）降雨強(qiáng)度。設(shè)計暴雨強(qiáng)度為50年一遇暴雨，校核暴雨強(qiáng)度為100年一遇暴雨。（3）設(shè)計參數(shù)。根據(jù)勘查報告的建議值，設(shè)計參數(shù)取值如下：①粉質(zhì)黏土重度：r=18.7kN/m3，rsat=19.3kN/m3，強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖重度：r=23.4kN/m3，rsat=24.4kN/m3，塊碎石土重度按土石比1：3取加權(quán)平均值。②強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖的物理力學(xué)參數(shù)取值為：c=18.5kPa、φ=16.5°，飽和狀態(tài)下為：c=16.4kPa、φ=13.4°。③建議強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖地基承載力取值為0.35MPa。

3.2 治理工程總體設(shè)計

C25 混凝土擋墻+放坡+回填+截排水+綠化：邊坡采用1：1.5 坡比放坡（清理滑塌體）、C25 混凝土擋土墻攔擋、擋墻后土方回填、截排水系統(tǒng)和坡面綠化的綜合治理措施。

3.3 治理工程分項設(shè)計

（1）放坡及回填。該段邊坡下部為滑坡堆積體，設(shè)計按坡比1：1.5、坡高8m分級放坡，邊坡共分2級，每級坡間設(shè)2m寬平臺；并對全部滑塌體進(jìn)行清理，防止修筑擋墻施工過程出現(xiàn)二次滑塌災(zāi)害。修筑完擋墻后，對擋墻后方進(jìn)行回填，擋墻后設(shè)2m 寬平臺，其上按坡比1：1.5 進(jìn)行續(xù)坡，與上部放坡部分順滑銜接。放坡及回填后的最終邊坡為2 級邊坡，坡比1：1.5、坡高8m，每級坡間為2m 寬平臺。據(jù)統(tǒng)計該段邊坡放坡及清除滑坡土方合計開挖方量約8325m3，墻背回填方量為1413m3。

（2）擋土墻。在該段邊坡坡腳處設(shè)長100m 的擋土墻，其中滑坡HP1 范圍處擋土墻高5.00m，頂寬1.20m，底寬2.84m，基礎(chǔ)埋深1.20m，墻底位于高程22.52m 處；滑坡HP1 范圍外擋土墻高4.00m，頂寬1.00m，底寬2.00m，基礎(chǔ)埋深1.00m，墻底位于高程22.52m 處；連接處按實際情況過渡銜接，擋墻按10m 間距設(shè)置2cm 寬的伸縮縫，縫內(nèi)充填瀝青麻絮；墻體按梅花形設(shè)置泄水孔，泄水孔采用Φ110PVC 管按橫向間距2m，豎向間距1m設(shè)置，要求底排泄水孔離地面小于50cm；墻后設(shè)30cm 卵石透水層，透水層下方夯填30cm 后的粘土層隔水封閉；墻體采用C25 混凝土。選取具有代表性剖面計算，削坡之后，在工況二下剩余下滑力為115.046KN/m，對擋土墻驗算，滑移驗算滿足：Kc=1.569＞1.30，傾覆驗算滿足：K0=3.032＞1.50，地基承載力驗算滿足：最大壓應(yīng)力=147.221 ≤160（kPa），結(jié)果均滿足要求。

（3）截、排水溝。從勘查資料可知，區(qū)內(nèi)地表水主要的補(bǔ)給來源為大氣降水和山體沖溝中的基巖裂隙水。山體斜坡的一般徑流方式為片流、面流→紋流、細(xì)沖溝→沖溝→匯入山前河流，場地?fù)鯄ο虏繑M設(shè)排水渠排除場地內(nèi)地表水，在開挖坡口線外圍、側(cè)緣、放坡平臺內(nèi)側(cè)及擋墻內(nèi)側(cè)設(shè)置截水溝。

①排水溝設(shè)計計算。該區(qū)最大日降雨量為320mm，本次設(shè)計取最大小時降雨量為70mm，設(shè)計流量下的安全超高為0.1m。

按《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2006）2016 年版中的相關(guān)規(guī)定，取徑流系數(shù)φ=0.5。根據(jù)勘查報告確定匯水面積F=0.005km2，按下式計算設(shè)計頻率地表水匯流量：

式中：Q F—設(shè)計頻率地表水匯流量（m3/s）；S F—設(shè)計降雨雨強(qiáng)（mm/h）；φ—徑流系數(shù)；F—匯水面積（km2）

求得頻率地表水匯流量：Q p=0.175m3/s。

最佳水力要素計算公式如下：

式中：0h—水力最佳斷面水深（m）；N—渠床粗糙率；Q p—渠道設(shè)計流量（m3/s）；m—渠道內(nèi)邊坡系數(shù)；i—渠底比降；0b—水力最佳斷面底寬（m）；0A—水力最佳斷面過水面積（m2）；X0—水力最佳斷面濕周（m）；R0—水力最佳斷面的水力半徑（m）；0V—水力最佳斷面流速（m/s）。

求得：h0=356mm，b0=375mm，V0=0.43m/s。

②截、排水溝總體和結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計：根據(jù)《排水與灌溉工程設(shè)計規(guī)范》（GB50288-2018）中的規(guī)定，排水溝設(shè)計水位應(yīng)低于溝口0.1m 以上。在考慮了足夠的安全儲備后，分別在坡口線外圍、側(cè)緣設(shè)置梯形截水溝，在平臺內(nèi)側(cè)設(shè)置方形排水溝，截水溝的結(jié)構(gòu)尺寸為頂口寬300mm，底口寬300mm，深300mm，溝底厚200mm，側(cè)壁厚150mm；排水溝上下同寬，為500mm，深500mm，溝底厚250mm，側(cè)壁厚200mm，截、排水溝均采用M7.5漿砌塊石修筑，過水面勾縫采用M10 水泥砂漿。

排水溝橫向比降取1%，縱向比降取自然坡比（自然坡比小于1%時取1%），溝內(nèi)截面面積A=0.25m2，濕周x=0.5m，水力半徑R=0.3m，渠內(nèi)平均流速0.43m/s（大于最小不沖走流速0.3m/s），滿足要求。

排水溝設(shè)計過流量按下式計算：

求得Q=0.24m3/s，大于頻率地表水匯流量Qp=0.175m3/s，滿足設(shè)計要求。

坡口線外圍及平臺截水溝。坡口線外圍及平臺內(nèi)側(cè)設(shè)置截水溝，過水?dāng)嗝鎸?00mm、高300mm，用漿砌礫石砌筑。

擋墻底排水溝。在坡腳高程22.52m 處沿?fù)鯄ζ鲋潘疁希瑢⑺饕翀龅匾酝?，過水?dāng)嗝鎸?00mm、深500mm，用漿砌塊石砌筑。布設(shè)排水溝128m。

（4）綠化。在開挖及回填最終邊坡及平臺上鋪設(shè)草皮復(fù)綠。鋪設(shè)草皮面積2911m2。

4 結(jié)語

通過綜合治理，可以最大限度保護(hù)礦山生態(tài)環(huán)境，減少地質(zhì)災(zāi)害對礦山安全生產(chǎn)及土地資源的影響和破壞，減輕地質(zhì)災(zāi)害對礦山地形地貌景觀的影響，使礦山生產(chǎn)順利推進(jìn)，人與自然和諧共生；因此，其環(huán)境效益顯著。