某露天采场滑坡的危害性及可控性浅析_曹作忠.pdf

铜业工程 COPPER ENGINEERINGTotal 179No.1 2023总第179期2023年第1期引文格式引文格式：曹作忠,吴俊霖,陈朗.某露天采场滑坡的危害性及可控性浅析 J.铜业工程,2023(01):98-105.某露天采场滑坡的危害性及可控性浅析曹作忠1，2，吴俊霖3，陈朗3（1.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司，安徽 马鞍山 243000；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室，安徽 马鞍山 243000；3.重钢西昌矿业有限公司，四川 西昌 615041）摘要：为了确定某露天采场滑坡后是否需要停产进行治理，以某大型露天采场冰水堆积层滑坡为例，根据地质条件和监测结果，从滑坡类型、产生原因、滑坡特点、滑移变化规律和滑体解体破坏机理等方面，宏观分析了滑坡产生和发展的整个过程。结果表明：该类滑坡产生的主要原因是降雨和地下水；滑坡类型为蠕变型，滑体在蠕动滑移过程中已经破碎，在离开滑床之时开始解体，出现瞬时整体大滑坡的可能性极小而发生小规模崩塌的可能性极大。通过对滑体给受害体带来的潜在冲击能进行分析，发现滑体作用于受害体的能量很小，其危害性可控。在此基础上，提出了通过采取调整生产计划、截排雨水与地下水、适当削坡、坡面防护、监测等控制措施，来解决以往矿山在进行滑坡治理时难以精准判断是否需要停产的决策难题。关键词：露天采场；蠕变型；土质滑坡；瞬时整体滑移；危害性；可控性doi：10.3969/j.issn.1009-3842.2023.01.012中图分类号：X936 文献标识码：A 文章编号：1009-3842（2023）01-0098-081 引言露天采场一旦出现滑坡，往往会造成人员伤亡和财产损失，生产企业面临着是否需要停产进行治理的决策难题。目前，对碎石土滑体变形解体及危害性等相关领域的研究主要包括滑坡影响因素（如降雨对滑坡的影响）分析、滑体变形解体机理及模型研究、滑坡稳定性计算分析方法（如极限平衡法、有限元法、有限差分法、数值模拟技术、滑体变形非线性分析）和滑坡危害性分析（如蠕变对滑坡稳定性影响，滑坡变形的时序分析）等。碎石土滑坡多为残坡积土或老滑坡堆积体，当该类型滑坡处于临滑状态时，滑体一般以蠕变为主。因此，研究碎石土滑坡的蠕变特性，可以为准确预测滑体的危害性提供科学依据。近年来，国内外学者在松散堆积土的蠕变模型及滑动带土的蠕变特性等方面的研究，取得了较好的成果。如Andre等1-2研究了蠕变滑坡的控制因素；Tavenas等3-5先后研究了蠕动滑坡的稳定性和本构模型；宋克强等6-8研究了黄土滑坡蠕变规律并提出了预报蠕变滑坡的方法；随后，阳吉宝等9提出了堆积层蠕变滑坡预报工作重点；王文星等10-12提出了蠕变滑坡的变形函数或蠕变模型；王探等13-14研究了排水条件下黏性土的Mesri蠕变模型、改进的 Mesri蠕变模型和 Singhmitchen 蠕变方程；陈晶晶等15研究了滑带土的蠕变形式；尚岳全等16-17系统研究了碎石土滑坡变形解体破坏机理及稳定性，并建立了碎石土滑坡位移与降雨量的统计模型和强降雨作用下浅层滑坡的尖点突变模型；古鹏翔等18-19研究了蠕变型滑坡的长期稳定性；高华晨等20-21研究了滑坡灾害风险分析及其防治。然而，研究学者很少关注蠕变型土质老滑坡产生瞬时整体滑坡的可能性，尤其是对该类滑坡的危害性和可控性进行系统研究。本文对该类滑坡危害性和可控性进行定性分析，以期引起业界重视。2 滑坡概况某露天采场边坡从上到下主要由冰碛土、全风化辉长岩和辉长岩组成，边坡分三期形成。第一期临时边坡于2009年开始采掘作业，最高开采台阶高程 1806 m，2021 年已采掘至 1542 m 标高，临时边坡坡顶标高15831819 m，形成41277 m高的临时边坡；第二期临时边坡于 2019年3月开始采掘作业，最高作业标高1890 m，目前已采掘至收稿日期：2022-08-09；修订日期：2023-01-16作者简介：曹作忠（1967），男，安徽金寨人，正高级工程师，研究方向：岩土工程设计和施工，E-mail：1602 m台阶；第三期永久边坡于2021年10月开始采掘作业，最终境界的采掘作业最高台阶高程1962m，目前已采掘至 1854 m 标高，坡顶标高1974 m，目前形成的总体最大边坡高度为 432 m。在采场边坡形成后，一直处于临界稳定状态，2015年初在边坡中下部开始出现边坡滑移情况，后采用削坡减载的方式进行了治理。2020年，当二期临时边坡采掘至1650 m标高附近时，边坡南东部位又开始出现滑移破坏，滑坡前缘位于1650 m标高附近，滑坡后缘裂缝最大高程达到1698 m，滑面出现在土岩交界面附近，滑坡方向东偏北，滑面存在2040 cm的断层泥，疑似老滑面。滑坡出现后，矿山进行了削坡减载治理。2021 年年初，当二期边坡采掘至 1686 m 时，在土岩交界面附近揭示出古滑面。随着开采的下降，边坡中部出现裂纹和滑移现象；2021年雨季过后，边坡1746 m平台上的裂纹急剧扩展，当二期边坡采掘至1626 m标高时，在冰碛土层内形成了完整的滑坡，滑坡的后缘由西1806 m标高向东延伸至1614 m标高，滑坡的前缘与古滑面一致，且与土岩交界面平行，主滑方向北偏东，在滑体的17341836 m标高范围内出现数十条裂纹，滑坡体积约1200万m3，滑面剪切口处有渗水出现，如图1所示。根据地表位移观测点监测结果来看，自2022年元月以来，边坡在不断持续滑移，至当年3月以前边坡以缓慢匀速下滑，滑体上部的下滑速度高于岩土交界面附近滑体的下滑速度；至当年4月份滑体下滑速度突然增高，出现了较大范围滑移的征兆。3 滑坡类型、产生原因与特征3.1滑坡类型某露天采场滑坡是由于采矿开挖形成临空面后，下部失去支撑，激活了冰碛土斜坡中的老滑坡，滑体厚度达到54 m，滑坡体积超过1200万m3。根据 滑坡防治工程勘察规范（GB/T 328642016），该滑坡为超深牵引式超大型冰水堆积层滑坡22。3.2滑坡产生的原因产生滑坡的原因主要有以下几点：（1）滑坡区地形地貌整体由西向东倾斜，滑面后缘高程在 1851.01721.0 m 之间，剪出口标高18061626 m 之间，滑体坡面坡度前部 16，中部7，后部32，滑坡前缘临空面边坡坡度3045，滑坡前缘临空面为滑坡形成提供了有利的地形条件。（2）滑坡区为古滑坡堆积体，古滑带弱面不良地质现象为滑坡的激活提供了先决条件。（3）滑坡地层主要由力学性质较差、遇水易软化的冰碛土、辉绿岩及辉长岩组成，雨季时容易形成滑坡。（4）滑坡后缘以上山体高程达到2025 m，地下水丰富，且地下水容易流入古滑面，软化古滑面。（5）采矿活动的爆破震动破坏了边坡岩土体地质结构，降低了边坡自稳能力。同时，其开挖形成的临空面，又为滑坡创造了有利条件。（6）边坡所在地区雨量丰富，降雨形成的地下水容易流入古滑面，软化古滑面，降低了土体抗剪强度，软化了软弱层。监测结果表明：滑坡变形与降雨密切相关，因此降雨是滑坡形成的决定性因素。总之，边坡复杂的工程与水文地质条件和坡体下游采矿工程形成的临空条面是产生滑坡的内因；爆破振动和降雨是产生滑坡的外因。3.3滑坡特征根据现场调查和监测资料分析，该滑坡具有以下特点：（1）基本特征某露天采场滑坡平面近似半舌形，长约495 m，宽约654 m，最大厚度54 m，平均厚度37 m，滑坡图1采场深部滑坡范围及其滑移方向Fig.1The range and direction of slide of deep stope landslide98曹作忠等 某露天采场滑坡的危害性及可控性浅析2023年第1期1602 m台阶；第三期永久边坡于2021年10月开始采掘作业，最终境界的采掘作业最高台阶高程1962m，目前已采掘至 1854 m 标高，坡顶标高1974 m，目前形成的总体最大边坡高度为 432 m。在采场边坡形成后，一直处于临界稳定状态，2015年初在边坡中下部开始出现边坡滑移情况，后采用削坡减载的方式进行了治理。2020年，当二期临时边坡采掘至1650 m标高附近时，边坡南东部位又开始出现滑移破坏，滑坡前缘位于1650 m标高附近，滑坡后缘裂缝最大高程达到1698 m，滑面出现在土岩交界面附近，滑坡方向东偏北，滑面存在2040 cm的断层泥，疑似老滑面。滑坡出现后，矿山进行了削坡减载治理。2021 年年初，当二期边坡采掘至 1686 m 时，在土岩交界面附近揭示出古滑面。随着开采的下降，边坡中部出现裂纹和滑移现象；2021年雨季过后，边坡1746 m平台上的裂纹急剧扩展，当二期边坡采掘至1626 m标高时，在冰碛土层内形成了完整的滑坡，滑坡的后缘由西1806 m标高向东延伸至1614 m标高，滑坡的前缘与古滑面一致，且与土岩交界面平行，主滑方向北偏东，在滑体的17341836 m标高范围内出现数十条裂纹，滑坡体积约1200万m3，滑面剪切口处有渗水出现，如图1所示。根据地表位移观测点监测结果来看，自2022年元月以来，边坡在不断持续滑移，至当年3月以前边坡以缓慢匀速下滑，滑体上部的下滑速度高于岩土交界面附近滑体的下滑速度；至当年4月份滑体下滑速度突然增高，出现了较大范围滑移的征兆。3 滑坡类型、产生原因与特征3.1滑坡类型某露天采场滑坡是由于采矿开挖形成临空面后，下部失去支撑，激活了冰碛土斜坡中的老滑坡，滑体厚度达到54 m，滑坡体积超过1200万m3。根据 滑坡防治工程勘察规范（GB/T 328642016），该滑坡为超深牵引式超大型冰水堆积层滑坡22。3.2滑坡产生的原因产生滑坡的原因主要有以下几点：（1）滑坡区地形地貌整体由西向东倾斜，滑面后缘高程在 1851.01721.0 m 之间，剪出口标高18061626 m 之间，滑体坡面坡度前部 16，中部7，后部32，滑坡前缘临空面边坡坡度3045，滑坡前缘临空面为滑坡形成提供了有利的地形条件。（2）滑坡区为古滑坡堆积体，古滑带弱面不良地质现象为滑坡的激活提供了先决条件。（3）滑坡地层主要由力学性质较差、遇水易软化的冰碛土、辉绿岩及辉长岩组成，雨季时容易形成滑坡。（4）滑坡后缘以上山体高程达到2025 m，地下水丰富，且地下水容易流入古滑面，软化古滑面。（5）采矿活动的爆破震动破坏了边坡岩土体地质结构，降低了边坡自稳能力。同时，其开挖形成的临空面，又为滑坡创造了有利条件。（6）边坡所在地区雨量丰富，降雨形成的地下水容易流入古滑面，软化古滑面，降低了土体抗剪强度，软化了软弱层。监测结果表明：滑坡变形与降雨密切相关，因此降雨是滑坡形成的决定性因素。总之，边坡复杂的工程与水文地质条件和坡体下游采矿工程形成的临空条面是产生滑坡的内因；爆破振动和降雨是产生滑坡的外因。3.3滑坡特征根据现场调查和监测资料分析，该滑坡具有以下特点：（1）基本特征某露天采场滑坡平面近似半舌形，长约495 m，宽约654 m，最大厚度54 m，平均厚度37 m，滑坡图1采场深部滑坡范围及其滑移方向Fig.1The range and direction of slide of deep stope landslide99总第179期铜业工程Total 179方量约1.2107 m3，滑向北偏东1839，沿滑向平均高差145.0 m。（2）滑坡地质结构特征滑体主要由力学性质较差的人工填土（Q4ml）、第四系全新统坡积层（Q4dl）、第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）、第四系上中更新统冰水堆积层（Q1-2fgl）、第四系中下更新统湖积层（Q1-2l）组成。滑动后结构松散，渗透系数较大。滑面主要位于土层内，靠边坡侧滑面。位于岩土交界面的强风化辉绿岩附近，以灰褐色、灰绿色含砾粉质黏土为主，局部含泥化状辉绿岩，厚度一般370 cm，含水量较高，透水性一般。滑床主要为第四系中下更新统冰水堆积层（Q1-2fgl）和二叠系华力西期辉绿岩。强风化辉绿岩中绿泥石、蒙脱石等亲水基矿物含量较高，节理裂隙发育，大量矿物已风化蚀变。（3）滑坡变形特征发生滑坡的原始地面和滑面坡度均较