北場-架崖山礦段露天采場北幫滑坡特征及防治方案研究

李平華

蘭坪縣北廠—架崖山礦段露天采場的開采歷史，始于1981年，初期以開采富鉛礦為主，之后歷經上世紀80 年代初期的大規模群眾性開采，90 年代的國家和地方政府開采。2003 年7 月29日云南金鼎鋅業有限公司成立后，對礦山進行了科學規劃、規范開采及現代化管理。

經年累月的礦山開采造成礦山地質環境條件較為復雜。經多年采礦作業，北廠—架崖山礦段露天采場呈現反“C”形，且形成了一定規模的山坡露天采場。當前露天采場主要集中在北廠礦段生產，分別由北幫、東幫、南幫及較為平緩的西幫組成，采場頂部位于北幫高程2740m，采場底部高程2552m，采深188m。架崖山礦段頂部高程2817m，采場底部高程2624m，采深193m。

2020 年5 月14 日9 時24 分露天采場北幫發生了滑坡地質災害，滑坡體直接威脅下方區域采礦人員及設備的安全。滑坡體的防治工作緊急且尤為重要。正確地認識滑坡地質災害，研究其基本特征與發生、發展規律，科學地制定防治方案，并有效組織實施，能夠大大減少地質災害帶來的損失，同時有效扼制并消除地質災害帶來的威脅。

1 滑坡所在區域基本地質概況

滑坡區域位于蘭坪縣北廠—架崖山礦段露天采場北幫頂部區域。礦區為一穹隆褶皺山地，核部被剝蝕成負地形，翼部則相對凸起。北廠—架崖山礦段屬穹隆北東翼，正地形，相對高差約600m，90%礦量在侵蝕基準面以上。

滑坡區域自下向上揭露巖層為：礦體直接頂板侏羅系中統花開左組（J2h1）的紫紅色泥質粉砂巖夾細砂巖；三疊系上統麥初箐組（T3m）的灰黑色粉砂巖；三疊系上統三合洞組（T3s）深灰色瀝青質灰巖。除三合洞組（T3s1-2）為堅硬巖層外，其余為軟弱巖層，以粉砂巖、細砂巖為主。其共同的特征是：力學強度低、含親水、片狀礦物；浸水崩解、泥化、軟化、風化快，穩定性差。

巖體結構特征有散體結構，分布于邊坡中上部；層狀結構，分布于邊坡下部；碎裂結構，邊坡上中下都有分布，所占區域較大。風化程度從上至下依次為強風化和中風化。

礦段北東幫屬多層結構的切層（或反向）坡；基本由外來系統地層組成；巖體結構面具多期、多方向性特征；主要結構體形式為碎塊狀、塊狀，塊度在0.02m ～0.5m 間，多為碎裂散體結構軟、較軟-半堅硬巖巖體，巖體力學強度普遍較低。露采開挖，破壞了巖體原來的應力狀態，引起應力重分布，產生應力不均勻釋放；由于坡體基座軟-較軟弱巖層較厚，易在坡腳形成應力集中帶，造成塑流變形，向臨空區擠出；在坡頂一定范圍產生拉張松動變形，形成平行坡口線的卸荷張拉裂隙，產生中、小型崩塌、滑坡等地質災害的可能性大。

礦區屬亞熱帶高原型山地季風氣候，受喜馬拉雅-西藏暖濕氣流影響，冬季低溫陰雨連綿，夏季雨水充沛。礦區屬溫帶氣候，氣溫最高31.4℃，最低9.7℃，年平均11.5℃。區內雨量充沛，雨季多集中在6 月～9 月，占全年降雨量的72.11%；歷年平均降水量975.2mm，最大月降雨量376.9mm，最大日降雨量80.8mm。

2 滑坡地質災害基本特征

2.1 地形特征

滑坡位于露天采場北西側，地形較陡，坡度約50°～55°，坎高35m ～40m（見圖1）。

圖1 滑坡全貌遠照

2.2 變形特征

滑坡體平面呈舌形，滑坡方向約121°，縱長約24m ～90m，橫寬約430m，滑體巖體松散，滑體表面坡度總體約50°～55°，滑坡體高度約35m ～40m，后壁高度13m，后壁坡度70°（見圖2）。

圖2 滑坡近照

2.3 滑坡形態及規模

滑坡整體沿陡坎呈線狀分布，后緣及前緣周界清晰。滑坡后緣為陡坎上方，出現明顯開裂變形，前緣為坎腳，有明顯剪出口。滑坡主滑方向為121°，縱長約24m ～90m，橫寬約430m，面積約21727m2，滑體厚度6m ～10m，平均厚度7m，方量約90000m3。

根椐《滑坡防治工程勘查規范》（DZ/T 0218-2006）規定，滑坡物質組份、滑面最大埋深和力學性質劃分，滑坡屬推移式中型淺層巖體滑坡。

2.4 滑坡結構特征

（1）滑坡堆積：主要有三疊系上統麥初箐組（T3m）強風化灰黑色粉砂巖、三疊系上統三合洞組（T3s）強風化深灰色瀝青質灰巖，滑體厚度6m ～10m，平均厚度8.0m。

（2）滑帶（面）特征：滑動面屬于強風化與中等風化接觸面、三合洞組灰巖與麥初箐組泥巖接觸面，呈折線型，埋深6m ～10m。

（3）滑床：滑床由中等風化灰黑色粉砂巖、深灰色瀝青質灰巖組成。

2.5 滑坡成因

2.5.1 主控因素

該滑坡形成的主控因素包括地形條件、巖土條件、構造條件，各因素對滑坡形成的影響主要表現為：

（1）地形條件：滑坡區地處北廠-架崖山露天采場斜坡上，受露天采場開挖的影響，斜坡整體分為多個平臺，平臺之間為陡坎，地形坡度較陡，大于60°，為滑坡提供臨空面。

（2）巖土條件：坡體上部為強風化灰巖及粉砂巖，節理裂隙發育，巖體破碎，力學強度低，組成邊坡的三疊系上統麥初箐組（T3m）強風化灰黑色泥質粉砂巖屬于極軟巖，易風化崩解，隨著不斷風化崩解，邊坡臨空面變陡，極易誘發滑坡。

（3）構造條件：根據《云南金鼎鋅業有限公司北廠-架崖山礦段露天采場邊坡結構參數優化及穩定性研究》報告，露天采場邊坡巖結構面間距主要分布在0cm ～20cm 區間，節理較為發育；結構面大部分屬于平直型；結構面傾角主要集中在51°～90°，屬于陡傾結構面；結構面張開度類型中，以閉合節理為主；結構面均為干燥結構面。由于結構面傾角較陡，雨季地表水滲入后容易使結構面泥化和軟化，最終誘發滑坡。

（4）水文地質條件：水是促使滑坡形成的主要因素。一方面，場區上覆土體以強風化灰巖和粉砂巖為主，具有一定的滲透性；另一方面，由于底部三疊系上統麥初箐組（T3m）強風化灰黑色泥質粉砂巖滲透性較差，容易接觸帶富水。地表水下滲，容易在滲透性有差異的土層間聚集、流動而形成軟弱帶（或軟弱夾層）；滑帶土長期在地下水的浸泡下軟化，隨著抗剪強度降低逐漸加劇土體蠕變。

2.5.2 誘發因素

（1）雨季強降雨。

（2）露天采場外圍未修建完善的排水設施，降雨直接排于坡體，使得滑坡周邊地表水不能及時排走，在滑坡低洼處形成積水。即長時間的降雨和地表水入滲，容易造成土體飽和，增加土體自重。

（3）滑坡后緣主要為露天采場邊緣強-中風化層，露天開采對坡體的開挖，影響坡體穩定性。

3 滑坡地質災害穩定性分析

3.1 計算模型選取

根據收集資料及現場調查，邊坡主要由侏羅系中統花開左組（J2h1）的紫紅色泥質粉砂巖夾細砂巖、三疊系上統麥初箐組（T3m）的灰黑色粉砂巖、三疊系上統三合洞組（T3s）深灰色瀝青質灰巖構成。斜坡整體失穩滑動面為強風化與中等風化界面，因此采用極限平衡理論計算斜坡穩定性，滑面簡化成折線，穩定性計算采用通用的傳遞系數法計算滑坡穩定性及推力。

3.2 計算方法

滑動面近似折線型，按照《滑坡防治工程勘查規范》及《滑坡防治工程設計與施工技術規范》的有關要求，對滑坡的穩定性及推力進行計算。將滑面視為折線型，簡化為二維問題進行計算。

3.3 計算工況及荷載組合

3.3.1 計算工況

根據《滑坡防治工程設計與施工技術規范》（DZ/T 0219-2006）中表3 查得，滑坡防治工程等級為Ⅲ級。根據滑坡的實際情況，滑坡穩定性分析計算工況如下：

工況一：滑體天然自重。

工況二：滑體天然自重＋暴雨作用。

工況三：滑體天然自重＋地震力作用。

3.3.2 荷載組合

（1）滑體自重：按不同工況組合，不同深度的土體分別采用天然和飽和重度分塊計算。

（2）暴雨及地下水：暴雨入滲深度范圍取飽和重度，入滲深度取滑面深度。

3.4 計算參數選取

根據《云南金鼎鋅業有限公司北廠-架崖山礦段露天采場邊坡結構參數優化及穩定性研究》報告，各巖土層參數見表1；水平地震系數（Kn）：滑坡處于抗震設防烈度Ⅶ度區，按規范規定，A 取0.15；量取滑動面長度（L）與傾角（α）、計算滑塊面積（A）與重量（G）在計算斷面上量取與計算；滑坡穩定安全系數（Fst）：工況一取1.20；工況二取1.05；工況三取1.05。

表1 巖土層的穩定性驗算指標建議值表

3.5 計算結果

滑坡在工況一條件下Fs=1.03，滑坡處于欠穩定狀態，工況二條件下Fs=0.93，滑坡處于不穩定狀態；工況三條件下Fs=1.01，滑坡處于欠穩定狀態。

3.6 發展趨勢及危害

現狀滑坡穩定性較差，目前處于滑動變形階段，處于欠穩定狀態，暴雨飽和后處于不穩定狀態，將產生滑動。北廠-架崖山露天采場西北頂部滑坡現狀直接威脅下方采礦人員及設備的安全，威脅人數約30 人，威脅資產約500 萬元，地質災害險情等級為中型。

4 滑坡地質災害防治方案研究

4.1 防治目的

采取技術可行、經濟合理的綜合防治體系。滑坡防治目標是消除地質災害產生的威脅和隱患，控制和減小滑坡災害損失，確保地質災害危險區內采礦作業人員生命和設備安全。

4.2 防治原則

堅持“以防為主，防治結合，運用科學方法，經濟合理”的指導方針，按照以人為本，安全經濟，因害設防、統籌兼顧、重點整治的工程防治，行政措施，植物措施三者并舉進行防治的原則。

（1）以人為本原則：堅持以人為本，針對滑坡威脅對象進行地質災害防治策略。

（2）設計安全可靠，經濟合理的原則：滑坡地質災害防治工程應以保護和美化環境為原則，密切配合露天采場總體發展規劃，合理布置，精心設計，力求工程治理措施可行、經濟合理、安全可靠。

（3）因害設防、統籌兼顧、重點治理原則：針對滑坡威脅對象進行重點工程治理，對坡面及周邊在自然和人為因素作用下可能誘發滑坡邊坡失穩危害的地段采取工程或植物措施進行防治，達到防治結合的目的。

（4）防治與管護相結合：工程治理、行政措施兩措并舉，除設置工程治理外，要提高防災意識，加強對治災設施的管護。

4.3 防治方案設計

地質災害防治方案的擬定，需要遵循前述地質災害防治原則，根據地質災害體的特征、地形地貌、地層巖性等情況確定。方案設計時主要考慮治理效果、投資、環境影響及施工難度等因素，以最優者為推薦方案。總體方案為分臺放坡+地表排水的綜合治理措施。

4.4 防治工程布局和工程措施

4.4.1 分臺放坡

滑坡位于現狀露天采場坡頂，采用削坡降低坡比的方式護坡。以現狀露天采場2612m 平臺開始分臺放坡，具體參數為：分臺臺階高度12m，坡比為1：1.00，平臺寬度40m，臺階坡面角45°，最終邊坡角13°。分為2588m、2600m、2624m、2636m、2648m、2660m、2672m、2684m、2696m、2708m 共10 個平臺。

4.4.2 排水系統工程

露天采場為山坡露天，最低開采標高位于當地侵蝕基準面沘江河以上，地下水對采礦活動無太大的影響。露天采場內積水主要為大氣降雨。露天采場內采用分臺階截流的排水方案，在露天采場臺階內側修建場內排水溝，排除地表大氣降水和地表裂隙水。

4.4.3 廢石排放

為了避免削坡后產生的土石方對地質環境的二次破壞，應將削坡廢石排入現有排土場內。

4.5 方案治理工程量

根據上述設計方案，根據現狀地形，本次共分10 個平臺，主要工程為分臺削坡、土方外運、排水溝開挖、征用土地，其工程量見表2。

表2 治理工程工程量表

4.6 效果評價

設計治理工程主要有：分臺削坡、土方外運、排水溝開挖、征用土地等。對地質災害進行清除，降低采場邊坡坡度，從根本上解除了地質災害對采礦工作人員及采礦設備的威脅。滑坡治理設計科學合理，施工可操作性強，預期工程設計效果較好。

5 結論

（1）滑坡現狀處于欠穩定～基本穩定狀態，暴雨飽和條件下處于不穩定狀態，地震條件下處于欠穩定～基本穩定狀態。

（2）降雨、地表水入滲是滑坡形成主導誘因，地震加劇了滑坡體的變形。

（3）建議對滑坡重點地段采取清理及削坡措施，完善滑坡區范圍的截、排水設施。

（4）前期工作中，先對滑坡區修建完善的排水系統對維護場區穩定是確切有效的，能夠盡早完成滑坡的施工治理工作。

（5）為保證滑坡治理措施的施工安全性，驗證治理效果尚應進行短期或長期監測，并設立相應的警示標志及預警預報體系。