廣東省茂名市金塘礦區公路段滑坡地質災害淺析

周洪嬋

（廣東省地質局第四地質大隊，廣東湛江524000）

1 金塘礦區相關簡介[1]

1956年6月蘇聯露天礦設計專家組擬定了設計的油頁巖露天礦境界范圍，稱為“第一露天金塘區”。在1959～1992年礦山大規模生產，1995年礦區停產。現已形成長約5.2km，寬約0.9km采坑。滑坡位于采坑南側邊坡坡頂。

金塘露天礦開采方式為：沿露天礦南部油頁巖層底板降段延深，沿其頂板拉溝露礦，固定折返干線，內外聯合組溝的開拓方式。水平分層，工作線平行推進。油頁巖及剝離臺階高度均為10m，油頁巖邊坡角為45°～60°，平盤寬34m；油頁巖頂底拉溝，邊坡角為30°左右，臺階寬12.5～15m。現開采坑長度約5.2km，寬約0.9 km，采深20～70m，目前實際已形成+50m、+40m、+30m、+20m、+10m、±0m、-10m剝離及油頁巖臺階，部分地段已達到-29m臺階。采坑內地下水恢復及降雨徑流長期匯集，現已積滿水形成“礦湖”，現水位高程8.2m。

2 滑坡區地質環境條件

2.1 地形地貌

茂名市金塘油頁巖礦區南側邊坡，邊坡由露天采礦形成，坡向32°左右，坡頂高程約22m左右，坡底高程約-28m，邊坡總高約50m，邊坡坡度8°～10°，邊坡角上部相對大，一般10°，中部、下部邊坡角小，一般5°～8°。坡頂平緩，主要為農田及少量魚塘。

2.2 氣象水文條件

該處屬于亞熱帶季風氣候，毗鄰東南沿海。年平均氣溫為22.3℃～23℃，氣溫變化不大，最高氣溫為36.6℃；最低氣溫平均為17.8℃，據茂名市氣象臺1972～1992年統計資料，本區年降雨量1207.3～2493.2mm、平均1707.0mm，日最大降雨量296.2mm，月平均降雨量142.8mm。雨季一般在4～9月份，雨季降雨量約占全年降雨量的82%，多年平均蒸發量1849.4mm。

地表水系較發育，北側為礦坑積水—礦湖，南側分布魚塘、水田。

2.3 區域地質構造

根據調查，區內未見斷裂構造形跡。綜合區域地質資料判定區域斷裂活動不是本滑坡發生誘發因素。地質構造簡單。

2.4 地層巖性及其工程性質

2.4.1 地層巖性

巖土體主要由人工填土，第三系始新統上垌組（E2s）粘土、全風化粉砂巖及強風化粉砂巖、中風化粉砂巖組成。考慮到滑坡體內巖土層的特殊性，給予單獨編號。根據地質成因、土層的結構、工程性質及埋藏分布條件等因素劃分為人工填土層、第三系始新統上垌組（E2s）粘土層、全風化粉砂巖、強風化粉砂巖、中風化粉砂巖等共6個層組。

第四系人工填土（Q4ml）：

①素填土：灰黑色、淺灰色等，松散，主要由粘土、中粗砂及碎石塊組成，遇水易軟化崩解。該層全區分布，厚度變化較大，鉆孔揭露層厚0.8～4.5m，層頂埋深0.0m，層頂高程12.56～19.03m。為滑坡體主要組成部分。填土來源主要是原開采油頁巖廢石，少部分為筑路回填土。

第三系始新統上垌組（E2s）：

②1粘土：淺灰色，可塑，由粘粉粒組成，巖芯刀切面光滑，粘性好。該層全區分布于②層土粘之上，鉆孔揭露層厚0.50～3.20m，層頂埋深0.80～6.00m，層頂標高9.46～18.23m。為粉砂巖殘積土。

②全風化粉砂巖：淺灰色、灰黃色，硬塑—堅硬，主要由粉粘粒組成，局部含較多粉砂。該層全區分布，鉆孔揭露層厚5.50～9.30m，層頂埋深2.20～7.00m，層頂標高7.56～16.28m。

③強風化粉砂巖：淺灰色、清灰色，原石已風化成土狀，堅硬，主要由粘粉粒組成，局部含較多量中粗砂。該層全區分布，鉆孔揭露層厚7.30～10.80m，層頂埋深10.00～13.30m，層頂標高2.06～7.88m。

④強風化粉砂巖：紅褐色、灰黃色，原巖結構清晰，巖芯呈半巖半土狀，遇水易軟化和崩解。揭露層厚5.90m，層頂埋深23.10m，層頂標高-5.44m。

⑤中風化粉砂巖：青灰色，粉砂結構，層狀構造，巖芯少量呈碎塊狀，多呈短柱-長柱狀，節長5～20cm，RQD=40%～50%，巖石較破碎，巖石基本質量等級Ⅴ。鉆孔揭露層厚1.70～3.80m，層頂埋深17.30～29.00m，層頂標高-11.34～-3.48m。

2.4.2 地層工程性質

①素填土為新近填土，由粘土、中粗砂、碎石塊等組成，松散，厚度變化較大，主要分布于滑坡表層，為滑坡體主要組成部分。自然條件下，土層抗剪強度普遍較低，工程性質差，易被雨水沖刷，遇水浸泡土體易軟化崩解。

②1粘土呈可塑狀，分布于①素填土與②全風化粉砂巖之上或②全風化粉砂巖之間，抗剪強度較低，工程性質較差，下臥層為②層硬塑狀全風化粉砂巖，軟硬相間，其上部土層易發生滑動。

②全風化粉砂巖呈硬塑—堅硬土狀，厚度較大，抗剪強度高，工程性質好，為滑床所在土層。③強風化粉砂巖、④強風化粉砂巖、⑤中風化粉砂巖，土層抗剪強度高，承載力高，工程性質好。

2.5 水文地質條件

地下水主要是松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙半承壓水。

潛水主要賦存于淺層素填土中，徑流自南向北，水位埋深0.5～3.7m，受地形控制，補給來源主要是降雨和魚塘等補給；排泄途徑主要是蒸發、或以地表徑流、滲入等方式流入到礦湖。

承壓水主要賦存于強風化粉砂巖中，與礦湖水力連通。補給來源主要有大氣降水、露天礦礦坑積水以及相鄰含水層側向補給。

地下水位變化主要與降雨密切相關，具有季節性和時段性變化，變化幅度較大，水位變化幅度0.2～3m。地下水位埋深較淺，對滑坡影響大。

2.6 人類工程活動

人類工作活動主要是采礦挖坑和回填修路。坡前的采礦挖坑改變了原地形地貌特征，破壞原地層結構平衡；同時回填修路，修路之后通過的車輛諸多為較大型車輛，相當于加上了動荷載，增大了滑帶土的剪應力，改變了坡體的應力狀態。同時回填土松散，無防護措施，易被遇水沖刷，為滑坡體提供物質條件。可見人類工程活動對地質環境的影響大。

3 滑坡變形特征

金塘礦區附近發生滑坡地質災害，造成路面塌陷，地面裂縫，輸水管道變形斷裂，直接威脅101鄉道，或危及過往人行車輛。

3.1 滑坡范圍確定

（1）東西側緣，以原水渠斷裂點為界。原水渠為混凝土砌筑，因地形變形，造成水渠斷裂，當地村民便以輸水管相接。但由于地形仍在變形，現輸水管也亦發生傾斜。西面更是看到明顯裂縫，與道路斜交。

（2）滑坡后緣（南側），以魚塘邊緣與平臺交接處為界。魚塘以南的平臺上，發現2條平行于魚塘邊緣的裂縫，說明該平臺已發生滑動變形。但同時魚塘無明顯漏水現象，說明魚塘底部地層及塘邊還未遭受破壞。經了解，該平臺原與塘邊在同一水平面，現已與池邊上下錯開1.1m左右。因而可確定南面的滑動范圍為魚塘邊緣與平臺交接處。

（3）滑坡前緣（北面），以剪切出口為界。剪切出口標高約為9m處。

（4）滑動面：鉆探資料顯示，滑坡沿原斜坡面滑動，滑動面呈直線狀，滑動面傾向32°，傾角10°。

（5）滑坡發生位置標高12～19.53m，軸向長約70m，橫向寬約110m，平面面積約7066m2，經鉆探揭露，滑體厚度1～4.2m，平均2.8m。滑坡體積約為19784m3，屬于中型淺層堆積土滑坡。

3.2 滑坡變形特征

調查期間，滑坡區內發現7條裂縫，6條裂縫基本呈東南—北西走向，與礦湖鄉道路平行，1條于西側斜交于鄉道。其中最大的裂縫位于鄉道中間。裂縫與道路平行，總長約68.7m，裂縫寬2～50cm，東窄西寬，深5cm～1.2m，東淺西深。裂縫總體呈鋸齒狀，并向周圍呈樹杈狀發展。裂縫北面的道路已發生明顯塌陷。裂縫造成的原因，一方面滑坡在緩慢變形，對路基有張拉作用，一方面是路基填土較松散，經較重型車輛壓，加劇了裂縫的形成。

3.3 滑坡物質組成

滑坡是主要以人工填土為滑坡體，以填土底部與可塑狀的粘土接觸面為滑動面，以呈可塑粘土為滑床的土質滑坡。

（1）滑坡體。滑坡體由素填土及少量硬塑或堅硬狀第三系始新統上垌組粘土組成。

素填土：灰黑色、淺灰色等，松散，主要由粘土、中粗砂及碎石塊組成。分布于整個滑坡區。厚0.8～4.5m。遇水易軟化崩解，已發生多處裂縫。

總體而言，滑坡體厚度變化較大，表現為中間厚，四周薄。

（2）滑動面。以第三系始新統上垌組可塑狀粘土為滑動帶。

粘土：淺灰色，可塑，粘性好。該層全區分布于②層全風化粉砂巖之上。分布于整個滑坡區，厚層0.50～3.20m，中間薄四周厚。滑動帶坡度一般7°～15°，后緣坡度較大，50°～68°。

滑動帶的鑒別標志主要為粘土的軟硬程度。

（3）滑床。以第三系始新統上垌組硬塑或堅硬狀粘土為滑床。該層傾角約10°。

4 滑坡穩定性分析

采用定性和定量的分析方法，分別對滑坡穩定性進行分析。

4.1 定性分析

4.1.1 滑坡成因分析

（1）堆積土沿原礦坑斜坡堆積，坡面沒有采取適當防滑措施，堆積土在自重作用下具有沿坡面向臨空面滑動的勢能。

（2）粉砂巖易風化，其淺表層風化為②1粘性土層，順邊坡分布，該層處于堆積層之下，形成易變形軟弱層。

（3）雨量豐富，雨水沿裂隙滲入，水軟化堆積土層底部和②1粘性土層，致使斜坡面抗滑能力減弱，堆積土易沿該面滑動。

（4）滑坡區有一條公路通過，通過的車輛諸多為較大型車輛。車輛荷載和震動作用，可誘發或加劇滑坡發生。

綜上所述，內因主要是存在傾斜軟弱的面層，堆積土層自重作用下，具有滑動的勢能；外因是水的作用，致使滑面層軟化，抗滑力降低，致使上部土體滑動。另外，外加荷載的作用也是滑坡變形誘發因素。

4.1.2 滑坡變形過程

滑坡區經歷開挖（開采礦）—回填（礦后恢復）—再填壓（修路）的過程，屬于堆填土滑坡。其地形變化過程如圖1所示。

1959～1995年，礦山開采過程中，把剝離物搬運到采空區南面堆積，然后用鏟車逐層推開、層層壓實壓固，并恢復了綠化。2008年原廣東省地質局七〇四地質大隊對茂名油頁巖礦田金塘礦區油頁巖礦產資源儲量進行核實。根據當時的資料顯示，原水渠未斷裂。魚塘前的平臺原與魚塘邊標高相同。

2014年1月至2015年4月之間發生較大規模的滑動。致使滑坡地段的道路交通中斷。由于沒有及時調查，滑坡特征大部分已被破壞。期間原水渠斷裂之后更換了2次輸水管。

現在輸水管的變形，道路裂縫的加劇，說明滑坡仍在滑動。

4.2 定量分析

4.2.1 穩定性計算

邊坡為填土邊坡，按土質邊坡計算，以Ⅱ-Ⅱ地質剖面（圖1）為代表分別驗算邊坡穩定狀態。根據鉆探資料以及當時礦區的開采形狀，確定滑動面為折線形。

4.2.1.1 計算方法及計算公式[2]

折線形滑面，采用傳遞系數法計算。計算公式：

其中：

式中：Kf——滑坡穩定性系數；

ψj——傳遞系數，第i條塊的剩余下滑力傳遞至第i+1塊時的傳遞系數（j=i）；

Ri——作用于第i塊的抗滑力，kN/m；

Ti——作用于第i條塊滑動面上的下滑分力，kN/m；

Ni——第i條塊滑動面的法向分力，kN/m；

ci——第i條塊的粘聚力，kPa；

φi——第i條塊的內摩擦角，（°）；

Li——第i條塊滑動面的長度，m；

θi——第i條塊底面傾角，（°），反傾時取負值；

Wi——第i條塊自重與建筑等地面荷載之和，kN/m；

A——重力加速度g，kN/m3；

ru——孔隙壓力比；

TDi——滲透壓力產生的平行滑面分力，kN。

4.2.1.2 計算參數

根據各剖面上鉆孔的實驗數據及經驗，滑動面參數見表1。

表1 Ⅱ-Ⅱ剖面滑面參數

4.2.2 計算結果

計算結果表明（表2），滑坡大部分處于穩定狀態，局部處于不穩定狀態，即Ⅱ-Ⅱ剖面上部土體（平臺）不穩定。但計算模型的假設條件是滑體內土作為剛性體考慮，但本滑體是由填土組成，很易變形，特別是土體飽水強度明顯降低，因此在暴雨或飽水狀態下，滑坡可能不穩定。計算表明，主滑面抗剪強度變化對滑坡穩定性影響很大。

表2 Ⅱ-Ⅱ剖面計算結果

5 結論與建議

（1）滑坡屬于中型堆積土滑坡，滑動面為原斜坡面，呈直線狀，傾角約10°，傾向32°，最大深度約4.2m。

（2）滑坡目前處于不穩定狀態，由于滑動面為直線狀斜坡，自然穩定可能小。滑坡對鄉道造成破壞，危及過往行人車輛，應加強監測，及時治理。

（3）建議采用樁橋方案。在滑坡中部施工鋼筋混凝土樁，樁須進入穩定基巖一定深度，樁頂設聯系梁，搗筑鋼筋混凝土路面。或者道路改線，避開滑坡地段。

[1]黎少泮,吳家勇,劉宏信，等,廣東省茂名市茂名油頁巖礦田金塘礦區油頁巖礦資源儲量核實報告[R].廣東省地質局七○四地質大隊，2010.

[2]DZ/T0219-2006滑坡防治工程設計與施工技術規范[S].