陳家灣尾礦庫不穩定邊坡變形特征及滑動機制分析

管 琪 易 武

(1. 三峽大學 土木與建筑學院， 湖北 宜昌 443002； 2. 三峽地區地質災害與生態環境湖北省協同創新中心，湖北 宜昌 443002； 3. 湖北長江三峽滑坡國家野外科學觀測研究站，湖北 宜昌 443002)

據了解，陳家灣尾礦庫不穩定邊坡早在2012年以前于坡體局部已產生裂縫，當時邊坡前緣礦業公司工作人員及時用粘土對裂縫進行回填，減少雨水入滲使得坡體變形未得繼續發展．但是自2017年6月以來不穩定邊坡前緣的礦業公司因王家棚礦區尾礦庫閉庫需要開挖邊坡坡腳取土，使得原本處于潛在不穩定狀態的邊坡因為此次欠合理的開挖坡腳于6月25日下午3點變形加劇，嚴重威脅坡頂國網35 kV高王線及礦區高壓線鐵塔、頂部一戶一層磚房(住1人)以及礦業公司王家棚礦區前緣尾礦庫施工人員和機械設備等安全．陳家灣尾礦庫不穩定邊坡這類土石混合體邊坡由于規模較大、影響因素眾多、失穩突發性強、滑移條件復雜,常給國民經濟建設、人民正常生活與生命安全帶來嚴重危害和巨大的財產損失[1]．本文是通過實地踏勘結合室內分析方法，對陳家灣尾礦庫不穩定邊坡的變形特征及滑動機制進行分析，為后期的工程治理提供依據，同時還可以為該地區其他同類型邊坡的勘察、預測提供一定的借鑒意義．

1 陳家灣尾礦庫不穩定邊坡工程地質概況

陳家灣尾礦庫不穩定邊坡位于長陽縣龍舟坪鎮王家棚村，長陽某礦業公司王家棚礦區邊界處，距離長陽縣城14.4 km2．該區域地處亞熱帶季風性濕潤氣候，四季分明，雨量充沛．多年來平均降雨量1 335.5 mm，降雨集中在4～9月份，月均降雨量100 mm以上，占全年總量的76%，年降雨天數為150 d，降雨具有集中、強度大的特征，對地質災害的分布和發展變化起控制作用．

陳家灣尾礦庫不穩定邊坡為一開口向北東方向的舌形坡，主變形方向67°，面積為1.06×104m2，平均厚度6 m，體積7.42×104m3．邊坡所在的位置為山體的凸脊，邊坡中上部坡度約20°，斜坡前部因礦區尾礦庫閉庫需要粘土而大量開挖形成兩級高陡邊坡，為高約20～24 m的臨空面，坡度約為40°，局部超過45°．邊坡在平面呈半圓弧狀，邊界清晰，后緣以地表拉張變形裂縫為界，高程270～286 m，東西兩側以沖溝為界，前緣直抵礦業公司王家棚礦區尾礦庫，分布高程215～220 m．地表裂縫及挖方邊坡坡腳構成不穩定邊坡范圍．

圖1 陳家灣尾礦庫不穩定邊坡全貌照片

圖2 陳家灣尾礦庫不穩定邊坡地質示意圖

圖3 陳家灣尾礦庫不穩定邊坡Ⅰ-Ⅰ'剖面圖

圖4 陳家灣尾礦庫不穩定邊坡Ⅱ-Ⅱ'剖面圖

鉆孔資料顯示，陳家灣尾礦庫不穩定邊坡覆蓋層主要物質成分為崩坡積碎石土，按照物質成分來說該邊坡屬于土石混合體邊坡．在漫長的地質年代中，由后山物質崩落后經過風化在原坡體堆積而形成．碎石主要成分為粉砂巖、石英砂巖，土石比4∶6～5∶5，粒徑1～20 cm，次棱角狀，結構松散；土體以粉土為主，黃褐色，稍濕，可塑狀態；下伏基巖為震旦系中統陡山陀組(Z2d)：由紫紅色、青灰色厚-巨厚層狀粉砂巖，薄-厚層石英砂巖互層或夾層組成，巖層產狀為17°～25°∠5°～15°．巖層內節理裂隙頗發育，主要有2組：①105°∠55°；②190°∠65°．以剪裂隙為主，發育較短，較規則(可見延伸長一般0.5～1.5 m)，閉合型為主，隙距一般0.15～1.0 m，切穿性較好．

2 陳家灣尾礦庫不穩定邊坡變形特征

陳家灣尾礦庫不穩定邊坡變形主要集中在南部區域及邊坡的中后部，從邊坡的動力來源來看，陳家灣尾礦庫不穩定邊坡屬于“推移式”．變形形式包括存在多處地表裂縫及一處大面積沉降區．

2.1 地表裂縫

多次現場宏觀巡查發現，陳家灣尾礦庫不穩定邊坡坡體上存在多達14條裂縫，這些裂縫大多集中在陳家灣尾礦庫不穩定邊坡體南部區域．各裂縫特點詳見表1．

表1 陳家灣尾礦庫陳家灣尾礦庫不穩定邊坡地表裂縫統計

2.2 坡面沉降

通過多次現場宏觀巡查發現，陳家灣尾礦庫不穩定邊坡南部區域的中部位置，國網35 kV高王線(電線塔現已經拆除)基座處存在一處坡面沉降區．現場詢問礦業公司工作人員了解到，該處坡面沉降自不穩定邊坡下部切腳取土開始出現，短短一個月沉降達1.2 m之多，變形仍在繼續．該處沉降區面積約200 m2，坡體物質主要為崩坡積含碎石粉土，土石比約為4∶6，發生坡面沉降位置坡體物質結構十分松散．碎石主要成分為紫紅色泥巖、砂巖，土體主要以粉土為主，黃褐色，稍濕，可塑狀態．與其他位置不同的是該區域碎石粒徑大，多為15～30 cm，最大者可達40 cm，碎石呈現次棱角狀，顆粒骨架間存在較大的空隙．

圖5 陳家灣尾礦庫不穩定邊坡坡面沉降照片

3 陳家灣尾礦庫不穩定邊坡成因機制分析

邊坡是一個受多因素影響、隨時間、空間不斷發生變化的動態系統[2]．目前的研究發現，誘發邊坡發生失穩破壞的因素有多種，通常是受多因素影響的發展過程，比如有邊坡所處地質環境、巖土體自身類型與特性等內在因素的影響，以及降雨、地震和其它工程荷載等常見的影響因素[3，4]．綜合分析認為，該陳家灣尾礦庫不穩定邊坡變形的影響因素主要有：

3.1 地貌條件

陳家灣尾礦庫不穩定邊坡發育于一前緣陡、中后稍緩的斜坡上，斜坡上部植被覆蓋，前緣為開挖形成的兩級高陡邊坡．邊坡體所處斜坡整體呈凸狀，滑坡體平面呈半圓弧狀，斜坡北東方向直抵礦業公司尾礦庫．斜坡前緣開挖邊坡臨空面較陡，致使其北東方向無側向約束，為陳家灣尾礦庫不穩定邊坡的發育提供了有利地形．同時，陳家灣尾礦庫不穩定邊坡后部有一高陡山體，在降雨時候后部山體的匯水會流經不穩定邊坡，使得大量雨水沿著坡表入滲，不斷補給斜坡內部地下水，為不穩定邊坡的發展提供了有利的條件．

3.2 覆蓋層特性

區內不穩定邊坡覆蓋層為土質，以崩坡積含碎石粉土為主，土石比4∶6～5∶5，(塊)石含量20%～30%不等，其直徑一般2～30 cm，最大可達50 cm，碎石成份主要為石英砂巖、粉砂巖；土體主要成分為粉土，稍濕～很濕狀態，結構松散．區內鉆孔資料顯示，陳家灣尾礦庫不穩定邊坡坡體覆蓋層前部、后部較薄，約2～6 m，中部較厚，約6～10 m；南部區域中后部位置覆蓋層厚度較其他位置覆蓋層厚度大，約8～12 m．在南部區域中后部位置，坡體物質中的碎石含量較其他位置高而且顆粒大．由于坡體結構松散，力學性質低，粘土礦物含量高，遇集中降雨時，水入滲后，碎石土層被軟化，構成軟弱面，減少摩擦力和粘聚力，從而引起邊坡土體下滑．一旦外部因素使得坡體坡體原始平衡的力學狀態打破，坡體中空隙將會被壓縮，這些覆蓋層厚而且坡體物質松散位置的變形較其他位置更加的明顯，這是在坡體南部位置存在大量裂縫及坡面發生沉降的原因之一．

3.3 地層巖性

陳家灣尾礦庫不穩定邊坡所在斜坡基巖為震旦系中統陡山陀組(Z2d)：由紫紅色、青灰色厚-巨厚層狀粉砂巖，薄-厚層石英砂巖互層或夾層組成．地層產狀：17°～25°∠5°～15°，斜坡為斜順坡結構．巖層內節理裂隙頗發育，發育的節理裂隙使巖體的完整性和連續性遭到較為嚴重的破壞．節理裂隙相互切割貫通，造成巖體內形成地下水通道，加劇了巖體的風化速度和風化深度．

3.4 集中降雨

降雨是誘發邊坡災害的主要動因之一[5]．據了解，陳家灣尾礦庫不穩定邊坡在發生變形前發生過3次強降雨，大量的雨水沿著坡表入滲，同時因為坡體結構松散，具備很好的滲透性能；覆蓋層中粘土礦物含量高，遇集中降雨時，大量入滲的雨水將碎石土層軟化，構成軟弱面，減少摩擦力和粘聚力，同時未及時排除的雨水集聚還在坡體內部形成靜水壓力，從而引起邊坡土體下滑[6]．

3.5 人類工程活動

陳家灣尾礦庫不穩定邊坡前緣尾礦庫因為閉庫需要開挖坡腳取土，在此處形成兩級開挖邊坡．最下一級邊坡高15～18 m，坡度約40°，最大處可達45°，平臺寬約6～7 m，上一級坡高約5～6 m，坡度約35°，最大可達45°．人類工程活動大肆的開挖坡腳改變了邊坡坡腳處應力分布狀況，隨坡角變陡，坡面附近張力帶范圍也隨之擴大和增強，成坡過程中，位移矢量里面趨勢也變得更加明顯；坡腳應力帶最大剪應力值也隨之增高，形成最大剪應力增高帶[7]．坡面形態的改變，坡角增大為陳家灣尾礦庫不穩定邊坡發育提供了有利地形條件，同時打破了原來整個坡體平衡的力學狀態，最終使得整個坡體產生變形破壞，這是此次陳家灣尾礦庫不穩定邊坡變形形成的最主要因素．

4 結 論

1)按照物質成分劃分，陳家灣尾礦庫不穩定邊坡屬土石混合體邊坡．從陳家灣尾礦庫不穩定邊坡的變性特征及斜坡主要動力學來源來看，陳家灣尾礦庫陳家灣尾礦庫不穩定邊坡具有“推移式”的特征．

2)陳家灣尾礦庫陳家灣尾礦庫不穩定邊坡的變形主要集中在坡體南部區域，主要變形包括多達14條的地表裂縫及一處坡表沉降區，部分裂縫存在逐漸貫通的趨勢，地表裂縫及挖方邊坡坡腳構成陳家灣尾礦庫不穩定邊坡范圍．

3)陳家灣尾礦庫陳家灣尾礦庫不穩定邊坡的最終發生是多種作用相互作用的結果：坡體存在大量的地表裂縫，在強降雨等極端天氣下，大量降雨沿地表裂縫逐漸入滲進入坡體內部，降低巖土的力學性質，甚至喪失，未及時排除的雨水集聚在坡體內部形成靜水壓力；地下水軟弱層間軟弱夾層；前緣切腳形成臨空面等構成了陳家灣尾礦庫不穩定邊坡變形的主要因素．從斜坡的宏觀變性特征進行分析發現，人工切腳前緣形成臨空面及強降雨等極端天氣是此次斜坡變形加劇的根本因素．

參考文獻：

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[7] 張倬元，王士天，等．工程地質分析原理[M]．北京：地質出版社，1997．