尾礦庫壩失穩(wěn)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害研究

黃 文

（中化地質(zhì)礦山總局廣西地質(zhì)勘查院，廣西 南寧 530000）

尾礦庫壩的安全穩(wěn)定不僅直接關(guān)系到礦山各個方面的利益，更重要的是如果發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害事故會造成巨大的經(jīng)濟損失。在各種自然因素如暴雨、大雪、大風(fēng)以及在生產(chǎn)過程中人為因素的作用。產(chǎn)生了不利于尾礦壩體穩(wěn)定性的因素，這些不利因素會嚴重威脅礦區(qū)周圍人民的生命和財產(chǎn)的安全。地質(zhì)災(zāi)害造成的損失是用金錢無法彌補的。所以保證尾礦壩的安全是礦企的首要責(zé)任，政府及相關(guān)責(zé)任部門對尾礦壩的安全監(jiān)管更是責(zé)無旁貸。

1 尾礦庫壩失穩(wěn)的基本特征

1.1 尾礦庫壩失穩(wěn)區(qū)域Ⅰ

尾礦庫壩失穩(wěn)區(qū)域的坡向約90°，坡角30°～55°，局部陡坎可達到80°，分布高程255m ～320m，最大高差65m。

尾礦壩壩體上半部分較陡，坡角約為55°，局部可見巖土體下沉形成臺坎，下沉約0.50m；下半部分較緩，坡底建有高2.50m ～3.00m 的漿砌石擋土墻，墻體未發(fā)現(xiàn)裂縫或下沉，局部墻頂覆蓋有流土。尾礦庫壩的巖土體主要為粉質(zhì)粘土，黃褐色或淺黃色，結(jié)構(gòu)松散，由于壩體裸露無支護,排水系統(tǒng)不完善，局部已經(jīng)發(fā)生崩滑，崩積體呈扇形分布，崩滑平面面積約200m2，崩積層平均厚度約2.50m，總方量約500m3。壩體底部有小樹被崩積體壓倒，部分巖土體滑落在道路上，所幸危害范圍不大，未出現(xiàn)人員傷亡及重大財產(chǎn)損失。尾礦壩體整體滑動跡象明顯，已經(jīng)發(fā)生變形，而且有進一步擴大的跡象，為了保證礦區(qū)周圍群眾的生命財產(chǎn)安全，需要對存在隱患的尾礦庫壩體不穩(wěn)定區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害進行治理。

根據(jù)對尾礦庫壩失穩(wěn)區(qū)域進行詳細地質(zhì)測繪調(diào)查，針對整個區(qū)域的地形地貌、地層巖性組成結(jié)合壩體變形等特點分析。雨水沿著孔隙下滲，增大尾礦壩土體重量，土體飽水軟化，降低其抗剪強度。在降雨作用下，壩體變形增大，將形成滑坡。滑坡前緣以坡腳擋土墻頂為界，后緣根據(jù)臺坎確定，呈不規(guī)則形，主滑方向90°，縱向長約60m，橫向?qū)捈s120m，平面分布面積5500m2，滑體平均厚度約4.50m，滑體總方量約2.48×104m3，屬小型牽引式滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

1.2 尾礦庫壩失穩(wěn)區(qū)域Ⅱ

尾礦壩體不穩(wěn)定區(qū)域橫向?qū)捈s80m，高程232m ～249m，最大高差17m。經(jīng)勘查發(fā)現(xiàn)局部擋土墻開裂，裂縫寬1cm ～2cm。發(fā)育L1 裂縫及尾礦周圍地層沉降開裂L2 裂縫，仍然存在有持續(xù)擴大的跡象。尾礦壩巖土體主要為粉質(zhì)粘土，結(jié)構(gòu)松散，雨水經(jīng)裂縫入滲引起坡面巖土體性質(zhì)變差，降低其抗剪強度，造成壩體的失穩(wěn)，形成滑坡。嚴重威脅周圍過往行人、車輛和居民的生命及財產(chǎn)安全，需要對存在隱患的尾礦庫壩多發(fā)地質(zhì)災(zāi)害進行治理。

根據(jù)對整個尾礦壩體進行詳細地質(zhì)測繪調(diào)查，針對整個易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域的地形地貌、地層巖性組成結(jié)合壩體變形等特點分析。在降雨作用下，壩體變形較大，將形成滑坡。滑坡前緣根據(jù)路塹墻底部確定，后緣邊界根據(jù)L1 裂縫確定，呈長條形，主滑方向170°，縱向長約8m，橫向?qū)捈s80m，平面分布面積480m2，滑體平均厚度約4.00m，滑體總方量約1920m3，屬小型推移式滑坡。

2 尾礦庫壩失穩(wěn)區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害

2.1 尾礦庫壩失穩(wěn)區(qū)域Ⅰ

（1）滑體。該尾礦壩體地質(zhì)物質(zhì)為第四系殘坡積層粉質(zhì)粘土和三疊系中統(tǒng)百逢組下段全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。巖土體較松散狀，大氣降雨滲透過滑體土層，使下層巖土體軟化。

（2）潛在滑動面。根據(jù)地表勘查，局部崩滑揭露三疊系中統(tǒng)百逢組下段強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，在鉆進過程中，三疊系中統(tǒng)百逢組下段全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖與強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的接觸面，鉆進速度快，巖芯破碎，采取率低。巖層與巖層的接觸面為地質(zhì)軟弱面，是構(gòu)成滑動面的重要因素。潛在滑動面由巖層和巖層的接觸面控制,滑坡前緣以坡腳擋土墻頂為界，后緣根據(jù)臺坎確定，潛在滑動面形狀呈折線形。

（3）滑床。該尾礦庫壩易形成滑床的物質(zhì)主要為三疊系中統(tǒng)百逢組下段強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，滲透性較差，為相對隔水層。單軸抗壓強度為1.01Mpa ～7.05Mpa，標(biāo)準(zhǔn)值為1.87MPa，屬于極軟巖。強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖地基承載力特征值為374kPa。

2.2 尾礦庫壩失穩(wěn)區(qū)域Ⅱ

（1）滑體。研究區(qū)滑體物質(zhì)為人工填土和第四系殘坡積層粉質(zhì)粘土，區(qū)域發(fā)育有L1 和L2 裂縫，在降雨作用下，雨水沿著裂縫下滲，增大了尾礦壩土體重量，使土體飽水軟化。大氣降雨滲透過滑體土層，使下層巖土體巖性弱化，降低其抗剪強度。

（2）潛在滑動面。三疊系中統(tǒng)百逢組下段全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖相對粉質(zhì)粘土較為隔水，雨水沿著L1 和L2 裂縫下滲，匯集粉質(zhì)粘土底部，并沿接觸面滲出地表，粉質(zhì)粘土底部為地質(zhì)軟弱面。根據(jù)地表勘查，L1 裂縫呈東西向發(fā)育，確定該處為滑坡后緣拉裂縫，即滑坡后緣入口位置，擋土墻底部發(fā)現(xiàn)有裂縫，確定擋土墻底部為滑坡前緣剪出口位置，潛在滑動面形狀呈折線形。

（3）滑床。該尾礦庫壩滑床物質(zhì)為三疊系中統(tǒng)百逢組下段全～強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，該巖層滲透性較差，相對隔水層。全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖地基承載力特征值為210kPa；強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖單軸抗壓強度為0.76MPa ～2.85MPa，標(biāo)準(zhǔn)值為1.28MPa，屬于極軟巖。強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖地基承載力特征值為256kPa。

3 尾礦壩的變形特征

3.1 尾礦壩的局部失穩(wěn)特征

經(jīng)過現(xiàn)場咨詢及勘查，尾礦壩局部失穩(wěn)的變形特征主要表現(xiàn)為崩滑。因壩體沒有做任何防護處理，其發(fā)生多次小崩滑。在雨水的沖刷作用下，壩體現(xiàn)有變形和崩滑屬于淺層的局部失穩(wěn)。崩滑主要表現(xiàn)為滑體沿著節(jié)理面和巖土層的接觸面向坡下滑移，主崩方向90°，崩滑平面面積約200m2，崩積層平均厚度約2.50m，總方量約500m3。崩積物中強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖塊直徑0.10m ～1.00m，最大的可達2.00m，崩積物落入坡底健身步道，可見小樹被崩積物壓倒。尾礦壩失穩(wěn)區(qū)域的變形破壞機理主要為雨水沿著孔隙下滲，增大尾礦壩土體重量，土體飽水軟化，降低其抗剪強度，前緣臨空面較大，上覆巖土體沿著巖層的接觸面（地質(zhì)軟弱面）向坡下滑移，形成滑坡。

3.2 尾礦庫壩的裂縫

該尾礦庫壩的變形特征主要表現(xiàn)為張性裂縫，現(xiàn)場勘查可見L1 裂縫呈東西向延伸，裂縫長約20m，寬1cm ～10cm。L2 裂縫寬1cm ～2cm。2018 年至今，連續(xù)降雨及強降雨影響，雨水滲透入土體，使其浸泡飽和變軟，降低巖土層的抗剪強度，使得整個壩體處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。尾礦壩采用庫內(nèi)高壓旋噴樁+壩角擋土墻+管樁+碎石土反壓的方法對尾礦壩進行加固。在加固過程中發(fā)現(xiàn)墻底和墻身均發(fā)育裂隙，墻高4-5m,裂縫長約3m，寬1cm ～2cm,如果進一步擴大將導(dǎo)致墻面倒塌。該尾礦壩失穩(wěn)變形破壞機理主要為前緣擋土墻臨空面較大，后緣L1 拉裂縫在降雨作用下，變形較大，形成滑坡。

4 尾礦庫壩失穩(wěn)區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造研究

4.1 尾礦庫壩失穩(wěn)區(qū)域的構(gòu)成成因素分析

通過現(xiàn)場勘查，尾礦庫壩失穩(wěn)區(qū)域的形成是由地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、降雨、人類工程活動等因素共同作用所致：

（1）地形地貌：尾礦位于中低山地貌區(qū)。壩體失穩(wěn)區(qū)域與地面的高差約65m，坡角30°～55°，在尾礦進作業(yè)活動時，由于切坡形成高陡臨空面，局部發(fā)生崩滑現(xiàn)象，巖土體裸露，高陡臨空面為失穩(wěn)區(qū)域的形成提供有利條件。

（2）地層巖性：勘查區(qū)主要巖性為粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。部分全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖呈土狀，土體松散，遇持續(xù)降雨或強降雨等不利條件時，雨水直接滲入土體，土體遇水侵泡飽和后軟化，抗剪強度降低，摩擦力降低，造成巖土體沿軟弱面向臨空面下滑。滑體為粉質(zhì)粘土和全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，是形成滑坡的物質(zhì)基礎(chǔ)。

（3）地質(zhì)構(gòu)造：全～強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖節(jié)理裂隙發(fā)育，成為雨水入滲通道。節(jié)理面可見泥質(zhì)充填，為地質(zhì)軟弱面，是構(gòu)成滑面的重要因素。

（4）人類工程活動：因尾礦區(qū)工程建設(shè)，切坡形成高陡臨空面；人類的工程活動改變了尾礦庫壩體的自然平衡狀態(tài)，并且開挖后部分坡面無防護措施，巖土體裸露，極易受雨水沖刷，土體滑移。則人類的工程活動對尾礦庫壩不穩(wěn)定區(qū)域的形成起到了最主要的影響。

（5）降雨：降雨是導(dǎo)致滑坡發(fā)生的主要誘發(fā)因素。尤其是持續(xù)降雨或強降雨，入滲土體，易引起土體強度降低和土體重量增加，降雨易引起尾礦庫壩土體沿下伏基巖面滑移而發(fā)生形變破壞。

4.2 尾礦庫壩存在不穩(wěn)定性的發(fā)展趨勢預(yù)測

根據(jù)尾礦庫壩不穩(wěn)定區(qū)域的變形特征分析，目前總體上處于滑動前期的局部變形階段，在天然條件下，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨等不利條件作用下，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。壩體穩(wěn)定性較差，若不盡快展開治理，一旦遭遇持續(xù)降雨或強降雨，尾礦庫壩的土體飽和，自重荷載加大，滑帶土的抗剪強度指標(biāo)降低，局部變形的滑體將再次發(fā)生變形破壞、變形范圍擴大，并且極有可能發(fā)生整體失穩(wěn)而下滑，形成滑坡。

5 地質(zhì)災(zāi)害治理的必要性

根據(jù)現(xiàn)場勘查，目前此次研究的尾礦庫壩體未做任何治理措施，因前緣臨空面大，穩(wěn)定性差，壩體出現(xiàn)崩滑、裂縫，土體松散，遭遇持續(xù)降雨或強降雨時因雨水的沖刷及滲透，隨著尾礦壩的土體含水量增加，自重增加，孔隙水壓力升高，抗剪強度降低，尾礦庫壩的穩(wěn)定性進一步降低，所以不穩(wěn)定壩體在降雨等因素的影響下，可能進一步發(fā)生變形破壞，嚴重威脅礦區(qū)周圍居民的生命及財產(chǎn)安全，一旦成災(zāi)后果不堪設(shè)想。

6 結(jié)語

尾礦庫的安全穩(wěn)定性越來越受到社會的關(guān)注，在尾礦庫的建設(shè)過程中，保證它的穩(wěn)定性以及安全運營對社會和礦企具有非常重要的作用。近些年來尾礦庫地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)的事故屢有發(fā)生，不僅對環(huán)境造成了污染，而且給下游人民生命和財產(chǎn)的安全造成了嚴重的威脅。為此，本文針對尾礦庫壩失穩(wěn)區(qū)域地質(zhì)情況進行深入研究，對失穩(wěn)區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害類型也有了一定了解，希望可以對尾礦庫壩地質(zhì)災(zāi)害治理工作提供一定參考。