阜新海州露天礦邊坡滑坡機理研究

陳軍典，李思晉，靳慧杰，魏 軍 ，常 影

(1.遼寧有色勘察研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110013；2.遼寧志和房地產土地評估有限公司，遼寧 沈陽110000；3.遼寧省地質勘探礦業集團有限責任公司，遼寧 沈陽 110081；4.阜新工大合力科技有限公司，遼寧 阜新 123000）

阜新海州露天礦經多年開采，形成了長約3.9km、寬約1.8km、深約350m的大型深凹露天礦坑。其中，南、北幫長度大、地質條件復雜、變形顯著，是主要的滑坡區；東、西幫處于兩個長邊的過渡帶，變形不明顯、滑坡不顯著。通過對滑坡模式、滑坡類型及形成因素進行分析研究，進一步分析滑坡形成機理，為總體治理方案的制定和后續治理工程的實施提供技術保障和科學依據[1]。

1 地質邊坡滑坡模式綜述

1.1 順層地質邊坡

順層地質邊坡的滑坡模式主要包括以下9種：①滑移～拉裂模式；②滑移～壓致拉裂模式；③塑流～拉裂模式；④滑移～彎曲模式；⑤彎曲～拉裂模式；⑥滑移～前緣剪出模式；⑦滑移～彎轉（推動式）模式；⑧順層滑移模式；⑨滑劈模式。

1.2 逆層地質邊坡

逆層地質邊坡是指具有反傾結構面（邊坡傾向與結構面傾向相反）的邊坡，這類坡體結構形成的滑坡為切層滑坡。逆層地質邊坡破壞模式主要有以下3種：①蠕滑～拉裂模式；②傾倒～拉裂模式；③塑流～拉裂模式。

1.3 排土場邊坡

露天礦邊坡破壞最重要的途徑是滑動，即滑坡。根據滑動面位置的不同，滑動變形可分為三種類型:基底以上滑動、沿基底滑動、基底滑動：

（1）基底以上滑動，即廢棄材料的內部滑動，廢棄材料的內部滑動是指:滑動面全部產生于廢棄材料的內部滑動。底部的抗剪強度高于底部，可以承受頂部的壓力[2]。

（2）沿基底滑動，滑面下部通過基面或通過基面中較淺的弱接觸面。有時也可水平，其抗剪強度較小。

（3）基底滑動，指的是基底層在旋轉剪切作用下的滑動。與上述兩種滑動不同的是，基底滑動有其主要的外部特征，即基底底鼓出現在排水場地之前，形成沿邊坡的地質體。

2 海州礦滑坡類型及形成因素

2.1 滑坡類型

按物質組成，滑坡可分為土滑坡和巖滑坡。前者可分為粘土滑坡、黃土滑坡和堆積物滑坡。后者可分為風化巖漿巖型滑坡、沉積型滑坡和變質片巖型滑坡。

按滑動面與地質結構面之間的關系，可劃分為：同類土滑坡、順層滑坡和切層滑坡。海州礦的滑坡主要為順層滑坡和切層崩滑。

按滑坡體厚度，可劃分為：淺層滑坡、中層滑坡以及深層滑坡。這樣劃分便于進行穩定性評價和確定防治措施。海州礦的滑坡主要為淺層～中層滑坡。

按年代不同，可分為古滑坡、老滑坡、新滑坡以及正在發展中的滑坡。

按運動形式不同，可分為牽引式滑坡和推動式滑坡。海州礦滑坡兩種形式都有：北幫邊坡由于大范圍排土，多形成堆載引起的推動式滑坡。

2.2 滑坡形成因素

根據海州露天礦地質特征和發生的滑坡歷史資料分析，邊坡角大小并不是滑坡的主要因素。50多年來只有一次因為坡度過大而導致滑坡的發生，而且規模也不大。海州礦邊坡一直處于不斷的發展和變化之中，滑坡形成因素也在不斷變化。

2.2.1 地質構造因素

由中上侏羅系盆地陸相地塹沉積生成的，露天礦層是一系列雁行式背斜中的海州背斜，褶曲構造上總體上為單斜構造，南部和深部呈背向斜構造，背斜軸與向斜軸基本平行。構成邊坡的巖體中不連續面的傾角對邊坡的穩定性影響很大。

2.2.2 礦區地層特性

斷層和不連續面對邊坡的變形和滑動起著控制作用，據統計發生的滑坡災害中，約有1/2受斷層和不連續面控制。

2.2.3 水文地質條件

露天礦深部的地質層主要由堅硬的砂巖礦、砂質頁巖礦所構成，其中頁巖礦和結構致密的砂質頁巖為隔水層，隔水層中的巖土體解理不發育。第四系含水層與下覆基巖含水層垂向有水力聯系，由于該含水層內含有弱層，地下水對弱層及邊坡巖體的不斷作用，對邊坡滑移有一定影響。

2.2.4 采礦等人為活動

礦山閉坑后，坑底及邊幫下仍有部分采礦活動，導致各邊幫的形態一直在改變，進一步破壞了原有地質層系統結構，打破了原系統平衡，引起坡體應力分布的變化失去平衡，從而對滑坡的產生創造了條件。

3 海州礦邊坡滑坡機理

3.1 南幫邊坡滑坡機理

3.1.1 南幫邊坡滑坡模式

采用邊坡中部的典型E10剖面為例，分析南幫逆傾層狀巖質邊坡的破壞模式。E10剖面地質層結構主要由雜填土、粉質粘土、全風化砂質頁巖礦、強風化砂質頁巖礦、中風化砂質、中風化礫巖礦及中風化砂質頁巖礦等組成。地質層呈緩傾角的方式傾向坡內，其傾角與現今邊坡的坡角基本反向。

根據邊坡破壞滑動面形態，可以判斷出海州露天礦南幫逆傾層狀巖體邊坡為崩滑-拉裂破壞模式。從E10剖面邊坡破壞模式分析，邊坡失穩破壞一方面由于邊坡面地質層風化、雨水侵蝕等作用使物理力學指標降低，從而導致邊坡中下部崩塌破壞。

3.1.2 南幫不穩定區劃分

根據以上滑坡機制分析結果，將南幫分為3個滑動區段：①西部崩滑群W3～E4，②中部崩滑群E5～E15，③東部崩滑群E16～ E23。

3.2 北幫邊坡滑坡機理

3.2.1 北幫邊坡滑坡模式

就北幫歷次滑坡統計可知，北幫人工順層邊坡產生滑坡最早始于20世紀50年代后期，而最多的則是產于80年代以來。目前，北幫已形成18°～20°的到界邊坡，邊坡走向基本上與層狀地層的走向方向一致，而且地層呈緩傾角的方式傾向坡外。北幫自上而下分布有9層的弱層，形成了北幫滑坡的滑床控制面。在開采剝離過程中，坡腳附近切斷了4～9#弱層中的某一層位，使弱層臨空而產生滑動。

由于弱層傾角與坡面傾角相當，當坡體受到擾動，如排土堆載、邊坡下井采、放炮振動等，對降低弱層強度的影響是顯著的。

北幫的滑坡或蠕動變形體，除底面受到弱層影響之外，其前緣還受到陡傾坡外的太平中部一號（F中1）和太平東部一號（F東1）兩個大斷層的切割影響。其中，F中1斷層為與礦層走向斜交的張性正斷層，致使露天深部礦層下降，并斜切礦層底板下弱層，給邊坡穩定帶來一定隱患。F東1斷層陡傾坡外，散體結構的斷層破碎帶，在坡體后部層狀結構巖層的重力作用下，容易發生塑性變形，被擠壓隆起，導致層狀巖層在斷層帶內或斷層帶附近剪出。

3.2.2 北幫不穩定區劃分

當前的海州礦北幫邊坡是滿足整體穩定性要求的。但由于坡面無序堆載、部分地下采空和正斷層切割等因素的影響，形成了2個典型局部不穩定區：①西部不穩定區W4～E6，②東部不穩定區E18～E24。

3.3 內排土場滑坡機理

海州露天礦主要包括北幫西部和礦坑東部的兩座大型內排土區域。

（1）北幫西部排土區。該區域是指礦坑北幫西部W3～E5、N8.5～N13的排土區，滑坡模式屬于排棄物料內部滑動和沿X#弱層基底滑動的組合式滑坡類型。由于該區域大范圍的內部排土造成荷載急劇增大，從而形成典型的推動式滑坡。

（2）礦坑東部排土場區。該區域是指礦坑東幫前E21～E23、SN0～N8的大型礦渣堆積體，堆積厚度達50m～80m。該排土場區北部邊界達F東1斷層，在北幫下部邊坡面堆積；南部邊界接近南幫坡腳。該排土場區由于尚未沉降穩定，存在以F東1斷層為基底的滑動可能性和堆積體的內部滑坡隱患。該排土場區在一定程度上抑制了北幫順層邊坡的滑坡趨勢，并對北幫東部和東幫邊坡起到了壓坡腳的有利作用。