抗滑樁在礦山地質災害治理中的有效性分析

楊 峰

（湖北省地質局第八地質大隊，湖北 襄陽 441000）

經濟的發展受到環境的限制，自然資源環境空間要具備高度的完善性才能夠作用于經濟建設中，但部分企業或者單位不顧集體利益，隨意開采礦產資源，使得區域地質環境遭到破壞，因此發生了地質災害問題，影響人們的生命財產安全，因此要只針對礦山地質災害治理作出反應。準確分析地質災害發生的原因，針對其中可行的治理方法展開討論，而其中抗滑樁的應用凸顯出現實價值，下文將立足于此分析其在災害治理方面的有效性。

1 抗滑樁的簡介

（1）技術施用優勢。抗滑樁技術是20世紀50年代所發現的可作用于水利工程與災害治理工程中的有效措施，由于其在地質災害防治方面所起到的作用，因而已廣泛應用于礦山地質災害的治理過程，但技術應用仍有可完善的空間，需要結合具體項目工程給出進一步的優化措施。而抗滑樁能夠發揮出多樣化的優勢得益于其多種應用特點，首先整體來看，構造抗滑樁的環節較少，施工流程較為簡便，在實際施工作業環節無需過多機械化設備即可完成任務，所挖出的土石方數量小，對于保障原有結構的穩定性起到相應的作用，有助于降低礦體遭受不良侵害問題產生的幾率[1]。其次，在抗滑樁使用的過程中涉及到應用多種樁型的作業，說明需要針對不同的工程地質條件合理選用，因此較為靈活，僅需錄用相關地質條件信息，說明工況和條件因素即可選用科學的抗滑樁樁型，具備靈活調整施工方案的優勢。抗滑樁能夠提升樁體本身的抗滑效能，對于抵抗地質災害發生起到促進作用，并且具備一定的適應性和靈活性，能夠服務于治理作業，起到現實效果[2]。

（2）應用原則。隨著技術的不斷拓展，在對礦山地質災害治理過程中除了要保證治理效果滿足預期外，還需要針對不同的技術以及工程建設條件確定應用原則。就抗滑樁在地質災害治理工程中的應用來看，要保證將此結構發揮出最大效能需要確保所設置的位置符合周圍環境特征，具備科學合理的特性，位置的改變將直接改變后期應用的效能，因此出于安全性和穩固性的考量，要精準計算抗滑樁的設置位置。抗滑樁的位置受到多方面因素的限制，例如：水文條件等，按照礦山地質災害所呈現的具體形態，就其前邊緣、滑床速率等展開討論，設定相符合的施工方案，及時調整抗滑樁位置，確保所設置的傾斜角能夠滿足水平承載的需要，鉆入適宜的孔洞深度，從而提升地質災害治理效果。

2 礦山地質災害治理工程選用抗滑樁的原因

此工程為三顧路兩側路塹邊坡，其中所面對的地質具備結構、物質組成和地貌形態的差異，整體來看在14號邊坡中應用設置抗滑樁的方式能夠有效發揮其作用。由于此部分，該段目前邊坡已發生多處滑移變形，邊坡發育兩個連續的滑坡體，兩滑坡體相鄰，且相互獨立。礦體的坡面為林地，種植果木，坡腳修建有擋土墻及截排水溝。邊坡坡頂地形平緩，前緣臨空，坡面較陡，坡度在35°左右，坡面形態利于雨水匯集下滲。受降雨影響，邊坡坡體越過前緣擋墻滑移變形，滑坡體裂隙發育，邊界特征明顯。因此更為適合運用增設抗滑樁的方式。

3 抗滑樁應用于礦山地質災害治理工程的有效性分析

3.1 建立計算模型

本文將以運用FLAC3D軟件構建計算模型為例。首先要確定好初始應力條件，根據初始應力場開展彈塑性計算，在所有礦區地表、土層均處于水平狀態時，運用K0系數法，若沒能處于水平狀態，則需要應用施加重力場的方式，對接計算模型確定的要求。結合本工程中的具體環境和地質特點，模擬地質災害發生后情況，滿足非水平狀態的計算特點，置零速度場和位移場，設定模擬應力場中的初始狀態。在確定初始狀態后，記錄模型總長、詳述剖面圖中顯示的地質災害發生后礦體的結構，完成以上作業的目的是更好的契合施工經濟和安全的要求，并使得抗滑樁的位置等能夠切實符合水平位移和受力的基本情況，準確設定樁徑和樁間距。在計算模型的構建中使用庫倫本構模型，分不同的樁單元進行模擬，給出其中樁徑、樁間距、彈性模量和泊松比，完成滑坡土層參數的記錄工作，確定好在天然狀態下礦體土層的體積模量、剪切模量、重度、黏聚力和內摩擦角，根據實際治理工程的參數，設定模型邊界條件，按照兩個方向x、y的不同情況，給出滿足約束條件的邊界條件，為后續分析模型打好基礎。運用FLAC3D軟件經過準確的評測后，可以看出，運用下部開挖的方式對于原有平衡的影響較為明顯，其中上部地質結構已經出現了一定的位移形變，說明呈現出滑坡的特點，按照此結果對比真實礦山開挖導致的地質災害發生的情況，發現其與真實情況相契合，由此證明所設計的模型符合真實地質災害發生的情況，接下來所給出的分析結果具備可信度。

3.2 計算模型分析

（1）樁位改變的分析結果。為更準確的研究樁位改變對原有礦體結構的影響，就不同的位置設置了抗滑樁，并保證土體等其他參數維持原狀，分別在距離坡頂35m、70m、105m的位置設置了模擬用樁體，此實驗中不同樁體的錨固深度為樁徑的三倍。按照以上的操作方式記錄了彎矩、水平位移，形成對應的變化圖，從而更好的分析其中所具備的規律。圖1為在距滑坡坡頂35m處設置抗滑樁，各項參數的變化效果，結合圖示結果可以看出在35m處設置抗滑樁可維持穩定系數在1.26的范圍內，并且位移較為明顯，并沒有達到相應的抗滑效果。通過分析樁體彎矩可以看出，其所能承受的最大彎矩值為4000KN?m，而剪力為1700KN，所呈現的位移最大值是3.4mm，因此所設定的距離不合理，布設的樁體位置過高。即便是抗滑樁僅僅移動了較小的位移，但不能對下部滑體起到實際作用，無法限制其繼續向下滑動，呈現出安全系數小的不穩定效果，無法針對滑坡滑動起到實際效用，因而不利于管控工程造價，不能夠滿足經濟與安全的雙重需求。結合以上分析結果可以發現，在給定滑坡治理方案的環節要盡可能在地質災害發生區域增設抗滑樁。

圖1 樁身彎矩圖

將抗滑樁布置在距坡頂70m時，同樣要生成樁體彎矩圖，根據分布圖分析可得，在70m處設置抗滑樁可維持穩定系數在1.34的范圍內，并且位移并無明顯的變化，并達到相應的抗滑效果。通過分析樁體彎矩、剪力、位移圖可以看出，其所能承受的最大彎矩值為6200KNm，而剪力為2100KN，所呈現的位移最大值是4mm。因此，將抗滑樁布置在距離坡頂70m處較為合理，符合實際要求。

將抗滑樁布置在距坡頂105m時，還需要生成樁體彎矩、剪力和位移圖，根據分布圖分析可得，在105m處設置抗滑樁可維持穩定系數在1.28的范圍內，并且位移有明顯的變化，出現整體坡體位移偏大的問題，無法達到相應的抗滑效果。通過分析樁體彎矩圖可以看出，其所能承受的最大彎矩值為3800KN?m，而剪力為1560KN，所呈現的位移最大值是6.5mm。因此，在此種環境下，位移過大不利于保持礦體的穩固性，在最不利的條件下，不具備合理埋深。

（2）錨固深度改變的分析結果。對于錨固深度改變對于礦體穩定性的影響分析過程來講，通過設置1-5倍的樁徑，模擬實際環境和條件，準確記錄了不同參數變化所對應的數值，依次記錄好彎矩、剪力、位移，結合上文針對樁位改變所形成的分析結果將此實驗設定在距坡頂70m處，從而保證研究不同錨固深度的最優解具備現實意義。

首先，分析在抗滑樁為無樁、1-5倍錨固深度的情況下，分別繪制出在所對應的穩定安全系數值變化圖，對應關系是：無樁-1.05、1-1.2、2-1.28、3-1.34、4-1.35、5-1.35，由此可見，錨固深度為3倍時開始達到穩定狀態下對安全系數大于等于1.3的標準，但隨著錨固深度的逐漸增加，其安全系數并未有明顯的變化，因此說明將抗滑樁錨固深度設置為3倍即可達到防滑、提升安全性能的效果。若太小，會出現不安全的問題，而太大，不符合經濟的需求。

在錨固深度變化的過程中，水平位移、剪力和彎矩值均在隨之變化，根據模擬結果來看，其對應關系見下表1。

表1 不同錨固深度下樁身位移、剪力值和最大負彎矩值

結合上表分析可知，在同時考量安全系數、水平位移值、剪力值、最大負彎矩值的基礎上，當錨固深度為1或者2倍時，無法達到預防地質災害的作用；當錨固深度逐漸提高的過程中，處在4-5倍的錨固深度狀態下，其所承受的最大剪力并未有明顯的變化，仍未2000KN，所能承載的能力仍處在3倍的水平上，因此為保證經濟與安全的雙重效果，需要將抗滑樁的錨固深度設置在3、4倍的范圍，從而提升抗滑效果。

（3）模擬分析總結論。基于以上模型分析結果，可以看出，在其他影響穩定性的要素維持不變的情況下，將抗滑樁的位置設置在距離坡頂70m處能夠達到最佳的預防地質災害發生的效應，而將其設置在最低處并不能真正意義上滿足經濟的要求，因此要兼顧最不利滑面處具備合理埋深的條件，充分提升對礦山地質災害治理的效果，將抗滑樁布置在出口段到推力分布曲線的反彎點最為有利。就錨固深度的結果來看，即便是隨著深度逐漸增加，防治效果有所顯現，但相較于3-4倍的深度并未出現明顯的增強，而深度增加代表所需要的工程量也隨之增加，因此為踐行綠色工程的原則，一般將抗滑樁錨固深度設置在3倍樁徑處。

4 結語

綜上所述，經過上文的分析，將抗滑樁應用于礦山地質災害的防治工程中可達到提升礦體穩定程度，而在本工程中將抗滑樁設置在距坡頂70m處、錨固深度為3倍最為合理。