廢棄礦坑坑壁巖質高邊坡穩定性分析

熊 朋，王文軍，仇 明

（中國有色金屬長沙勘察設計研究院有限公司，長沙 410000）

1 工程概況

成功采礦結束后隨之而來的是大量的大型廢棄礦坑，國土資源的緊缺和環保意識的提升，礦坑資源的利用是全社會重點關注的難點和研究方向。

長沙某礦坑項目是專為少年兒童打造的全室內、全天候、全季節世界頂級童話神話主題公園，各建筑物單體大部分在坑頂邊線40m以外，坡頂規劃道路標高為48～60m，，較現狀地面堆土平均高約10m。

2 場地巖土工程與水文地質條件

2.1 原始地貌

本項目屬于湘江Ⅲ～Ⅳ級階地，上部為網紋狀砂質黏土，部分砂質黏土被剝蝕，下部為砂、砂礫、礫卵石，階地丘陵化較強烈，沖溝較發育，局部分布礫卵石層。2018年7月6日測得礦坑內積水水位標高為-6.20m，水深約57.50m。

2.2 地層巖性

場地內分布的上覆地層有人工填土層（Q4ml）、第四系新近沖積層（Q4al），第四系沖積層（Qal），第四系殘積層（Qel），土層整體厚度不大。基巖為泥盆系灰巖及泥灰巖，較為單一，產狀210°～290°∠45°～50°，巖體基本質量等級為Ⅲ～V級，局部存在溶蝕裂隙、溶溝溶槽、溶洞等巖溶充填物。場地東北側存在開挖礦石所形成的采空區空洞，形態大小不一，底部多為泥漿沉淀，視厚度4.20～52.00m。

本文涉及的坑壁巖土體的物理力學參數詳見表1。

2.3 水文地質條件

地表水主要為泉水、巖溶水、礦坑頂排水明渠、水塘和礦坑積水，與大氣降水密切相關。與地表水無直接水力聯系，僅礦坑內洞口通道處可見泉眼，為上升泉。礦坑周邊場地地下水主要有上層滯水、潛水及基巖裂隙或巖溶裂隙水三種。

3 坑壁治理前穩定性分析

該礦坑現已廢止，西北側存在一巖質滑坡，2003年之前發生過一次大型楔形體破壞，后又經人工活動，坡底開采、修路，于2011年順節理裂隙面形成滑坡，局部存在危巖及崩塌，巖溶及塌陷，采空區等不利因素。礦坑南側巖層產狀290°∠50°，開采邊坡近于直立，臨空側應力釋放，外加長期雨水侵蝕，形成較發育裂隙，呈“X”狀，裂面有明顯的擦痕，在巖層層面及節理裂隙的切割作用下，形成危巖體。坑壁巖體形成巖溶裂隙、溝槽及溶洞。

地下水也是一項重要影響因素，雨水、地表水或淺層土層中地下水沿縫隙滲入巖體，潤滑或沖蝕結構面膠結物，降低結構面物理力學強度，加快邊坡失穩速度。其次，風化和人類建設的影響也是主要因素，溫差變化過大，爆破震動都會加快邊坡破壞的進程。

擬建場地為大型游樂場所，使用年限長，人員流動密集，坑壁的穩定是保證坑頂人員和建筑物安全的前提，因此，需要進行坑壁治理。選取礦坑南側典型斷面進行分析。

采用理正巖土軟件極限平衡法進行邊坡現狀折線滑動整體穩定性分析計算，計算結果安全系數為1.200，如圖1。采用Midas Soilworks軟件強度折減法計算現狀邊坡安全系數為1.263，邊坡最大變形為48.0mm，如圖2。均不滿足規范整體穩定性要求。

圖1 按折線滑動法現狀邊坡計算結果

圖2 按強度折減法法現狀邊坡計算結果

4 坑壁治理后穩定性分

圖3 按折線滑動法加固后邊坡計算結果

圖4 按強度折減法法加固后邊坡計算結果

該方案根據勘察地質調查的主要裂隙結果，上部按1∶0.5坡比通過爆破切除卸荷裂隙形成的楔形體危巖，避免頂部裂隙進一步擴展，避免楔形體破壞和危巖崩塌；坡面設置系統錨桿和面板防護，加固表層巖體裂隙，并避免坑壁巖體風化和雨水侵蝕；再增設長預應力錨索和環梁對邊坡深層進行錨固，已達到整體和局部均穩定。采用理正巖土進行加固后的邊坡按折線滑動法整體穩定性分析計算，計算結果安全系數為1.422，如圖3。采用Midas Soilworks軟件強度折減法計算加固后的邊坡安全系數為1.435，邊坡最大變形為30.9mm。如圖4。均滿足整體穩定性要求。

表1 巖土體物理力學參數表

5 結語

本文以長沙礦坑旅游開發為例，采用理正軟件極限平衡法分析治理前后邊坡的整體穩定性，采用MIDAS有限元強度折減法對邊坡的變形和治理效果進行分析，得到了以下結論：

巖質高邊坡的穩定性主要由巖體節理裂隙控制。通過詳細的巖土勘察和地質調查，準確獲得巖體結構構造、產狀及軟弱結構面等物理力學參數，是巖質邊坡穩定性分析和支護設計與施工的關鍵和重要依據，其準確性和充足性尤為重要。

由于礦坑頂部開挖陡峭，應力釋放最大，卸荷裂隙最多，結構面也最發育，擬破壞的巖快體積一般較大，滑面也較深，下滑分力較大，若直接采用強拉硬錨的支護型式，會做成很大的施工量，支護成本大，工期長。若采用直接爆破切除危巖或切坡后再支護，則在保證工程穩定安全的基礎上能有效縮減了工程量和工期。

在巖質高邊坡的支護中，系統錨桿和錨索能有效地增加邊坡局部和整體穩定性，坡面設置面板對裸露的巖面能有效的防護和分散錨桿錨索應力。

在巖質高邊坡的支護中，單一支護方法已難于滿足其復雜的支護體系，多種計算分析軟件的相互驗證能夠為設計提供有效的技術保障。

結合礦坑自然資源進行旅游發展，能夠促進當地經濟發展。相信在今后的規劃和規范建立中，一個完善的礦坑治理和利用體系能夠建立，也會讓這一個個“地球疤痕”實現華麗的蛻變。