高嶺瓷土礦遺址尾砂堆邊坡穩定性評價與保護建議

楊強義 王菲

摘要：根據高嶺瓷土礦遺址尾砂堆的現場調研與分析可知，尾砂堆主要堆積在原礦體產出的部位，沿原礦體位置分布在四個地段，其主要成分為石英，粒徑多在1—3毫米，顏色多為灰白色。通過對1號、2號、3號尾砂堆邊坡的計算剖面進行穩定性評價，可知在不同工況狀態下，邊坡處于欠穩定或不穩定狀態，穩定性較差。在邊坡穩定性評價基礎上，嚴格遵循各項保護原則，建議分別采取不穩定坡面處理、填夯修補加固、擋土墻防護等加固措施，提高其抵御外界影響的能力。

關鍵詞：高嶺瓷土礦遺址;尾砂堆;邊坡;穩定性評價

一、引言

高嶺瓷土礦遺址位于江西省景德鎮市浮梁縣瑤里鎮高嶺山，分布面積達3.36平方公里，是一處集采礦、選礦、洗煉于一體的大型瓷土礦遺址，也是影響世界瓷業最重要的一座礦山遺址。古礦區歷史風貌仍存，保留著元、明、清三代古瓷土礦坑200多處，大量的尾砂堆積物，還有淘洗坑、水口亭、碑亭、水碓房、水運碼頭和東埠古村等。遺址從明萬歷年至清乾隆年，見證了中國陶瓷業的發展歷史，完整地展現了中國古代高嶺土開采的歷史發展過程及工藝水平，具有非常重要的文物價值，于2001年6月被國務院核定公布為第五批全國重點文物保護單位，公布批號為5-0000-1-004。

二、尾砂堆分布及成分分析

尾砂堆是高嶺瓷土礦遺址的重要地質遺跡之一，尾砂堆的數量也反映了高嶺土礦的儲量，對尾砂成分的研究可以推測古代選礦工藝的水準。由于該高嶺土礦的主要開采期在18—19世紀，只能通過尾砂堆的規模來推測當年礦山的規模。高嶺土礦是就地選礦，因此目前尾砂也主要堆積在原礦體產出的部位，沿原四條礦體分布的地帶有大量的尾砂堆積，尾砂集中堆放，聳立如山，現已發育了較厚的腐殖層，分為四個地段。

尾砂顏色多為灰白色，顆粒狀，主要成分為石英，粒徑多在1—3毫米，尾砂中也偶見原巖礫石。尾砂經過多年風吹雨淋，具有一定的成層性，表層已經被植被覆蓋，腐殖層之下為灰白色尾砂，其下為淺黃色的尾砂，屬于鐵質含量較高的高嶺土尾砂，底層為不見底的灰白色尾砂，部分尾砂中白云母含量稍高。

三、尾砂堆邊坡穩定性評價

高嶺瓷土礦遺址尾砂堆布滿礦山，大都已被灌本叢林遮掩，但由于現代修筑進山路，導致尾砂堆積區形成大量不穩定的土質邊坡體，長期受到水流沖刷作用，極易形成滑塌。一旦產生邊坡的坍塌或滑坡，將影響整個坡體穩定性及遺址的保存，后果十分嚴重。故此，亟待對尾砂堆邊坡的穩定性加以分析，進而采取相應的保護措施。

3.1 評價方法

（1）土質邊坡穩定性分析計算的方法采用Fellenius條分法，根據邊坡變形的特點，分別選擇邊坡在天然工況、暴雨飽和工況兩種工況下進行計算。利用巖土工程勘察軟件理正5.5，將土層簡化為等厚土層，由軟件自動搜索邊坡的最危險滑裂面，并計算出其穩定性系數Fs，進行邊坡穩定性評價。在不考慮地震作用下，其計算公式為①。

（2）當滑坡沿巖土界面附近形成滑動帶時，其滑面結構為折線型。按《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330—2013）的相關要求，并結合該滑坡災害的特點，采用剛體極限平衡法的傳遞系數法定量分析計算其穩定性與剩余下滑推力。具體計算公式為②。

3.2 評價標準

當土體穩定性系數Fs=1.0時，邊坡土體處于極限平衡狀態。在文物保護工程實踐中，Fs值等于1或稍大于1，并不能說明邊坡土體處于穩定狀態。根據巖土工程規范要求，Fs值必須滿足一個最起碼的安全需要，稱為容許安全系數，用“Fs”表示。對于文物邊坡加固的容許安全系數，目前尚無明確規定。考慮到文物的重要性，建議分析工程區邊坡土體的穩定性時，取Fs=1.3作為容許安全系數，并按表1所述的標準進行穩定性評價。

3.3 計算參數

邊坡土體為尾砂土，主要為細砂，其中砂及礫含量高，尾砂在低壓力下抗剪強度主要取決于滑動摩擦效應、剪脹效應及團粒破碎效應及電化學效應。根據現場調查、室內試驗及相關類似工程經驗，確定尾砂堆土體穩定性評價的各項參數如表2所示。

3.4 穩定性評價

根據尾砂堆邊坡的地形、開挖程度的不同，選取代表性的計算剖面進行穩定性評價。

（1）1號尾砂堆邊坡

測點尾砂堆邊坡走向為218°，傾向約290—310°，坡度約55—65°，斜坡長度為18.5—22.6米，上覆為殘坡積土層，厚約0.2—0.5米，如圖1;坡腳有擋墻，墻上部寬約0.5、墻高約2米。經室內試驗分析，該處尾砂主要為粗砂，大于2毫米含量占約18.5%，大于0.5毫米含量占約54%，粉黏粒含量約12.06%;現場發現局部含植物根系，邊坡較陡，受雨水沖刷及人為活動影響，坡體局部有坍塌及沖溝;輕便觸探擊數N10=8—9擊，尾砂松散，膠結差。根據表3可知，該邊坡穩定系數在天然狀態大于1.0小于1.3，邊坡處于欠穩定狀態;在暴雨作用和天然狀態+地震下小于1.0，邊坡處于不穩定狀態，穩定性較差。

（2）2號尾砂堆邊坡

測點尾砂堆邊坡走向為200°，傾向約250—260°，坡度約55—85°，斜坡長度為18.0—24.0米;其上覆為殘坡積土層，厚約0.2—0.5米，如圖2。經室內試驗分析，該處尾砂主要為粗砂，大于2毫米含量約15.9%，大于0.5毫米含量約55%，粉黏粒含量約16%;現場發現局部含植物根系，邊坡較陡，受雨水沖刷及人為活動影響，坡體局部有坍塌及沖溝;輕便觸探擊數N10=8—9擊，尾砂松散，膠結差。根據表4可知，該邊坡穩定系數在天然狀態小于1.0，邊坡處于不穩定狀態;在暴雨作用和天然狀態+地震下小于1.0，邊坡處于不穩定狀態，穩定性較差。

（3）3號尾砂堆邊坡

測點尾砂堆邊坡走向為10—15°，傾向約70—85°，坡高約6.00—8.50米，邊坡坡度較陡，坡度約75—90°，如圖3。經室內試驗分析，破壞處尾砂主要為粗砂，大于2毫米含量約16.4%，大于0.5毫米含量約51%，粉黏粒含量約12.7%;現場發現局部含植物根系，受雨水沖刷及人為活動影響，坡體局部有坍塌及沖溝;輕便觸探擊數N10=7—9擊，尾砂松散，膠結差。根據表5可知，該邊坡穩定系數在天然狀態大于1.0小于1.3，邊坡處于欠穩定狀態;在暴雨作用和天然狀態+地震下小于1.0，邊坡處于不穩定狀態，穩定性較差。

四、保護建議

尾砂堆不穩定邊坡體以崩塌和滑坡破壞為主，具有塌滑且極不穩定的破壞特征，結合邊坡的地形地貌條件，本著盡可能利用其有限的空間、減少對土地的占用和對周邊自然環境工程干預的保護原則，建議分別采取以下護坡加固措施：

（1）不穩定坡面處理

針對幾處不穩定尾砂堆突出的部分進行表面整治，使坡面平直，將不穩定的坡體坡腳變為50°以下，提高穩定性。對于擋土墻上部的失穩土體邊坡，只有在條件允許的情況下才可根據土體的垮落角，進行適當少量的修坡處理。對于在滑坡嚴重區域外側，則應采用側向支護，首先采取人工挖、填土方（尾砂原料）的方法進行坡度調整，然后采取生態加固護坡的方法對較陡邊坡的外側進行加固處理。以上任何處理措施，均應進行表面二次處理，使之與遺址環境融為一體，對裸露的土體要采取水土保持施工。

（2）填夯修補加固

首先，清理該區域周圍施工作業面，清除遺址上影響安全及施工的植被;在凹陷、坍落缺失部分“筑板”支出外模，分層夯制周邊散落及坡面處理所得尾砂原料。最后將夯補后的表面進行修正，使其坡度降低，處于穩定的力學結構狀態下，并與周圍遺址表面保持自然平順。

（3）擋土墻防護

在確保尾砂堆邊坡的安全穩定的基礎上，嚴格控制擋土墻的新建設區段，盡量減少新增擋土墻的部位和建設高度。對現有擋土墻的保存狀況加以勘察，校核尾砂堆坡底舊擋土墻的結構強度，確定舊擋土墻圍護現狀。在失穩邊坡體對應位置沒有設置擋土墻區域，依照舊擋土墻進行擋土墻防護施工，對于擋土墻破損或者失效的區域進行擋土墻恢復修繕，盡可能加固利用原有擋土墻。加固擋土墻的高度和位置須根據尾砂堆邊坡實際情況而定，擋土墻要適度高出坡面以阻擋上部零星坍落的尾砂土，合理調整其護坡高度和擋土墻的樣式，并結合采用植被護坡的生態擋土墻做法。

五、結論

通過對高嶺瓷土礦遺址尾砂堆的現狀勘察、成分分析以及邊坡穩定性評價，可以得出以下結論：

（1）尾砂主要堆積在原礦體產出的部位集中堆放，大都已被灌本叢林遮掩，現已發育較厚腐殖層。尾砂顏色多為灰白色，顆粒狀，主要成分為石英，粒徑多在1—3毫米，尾砂中也偶見原巖礫石。

（2）尾砂堆積區形成大量不穩定土質邊坡體，長期受到水流沖刷作用，極易形成滑塌。分別對1—3號尾砂堆邊坡的計算剖面進行穩定性評價，根據計算結果可知在天然狀態、暴雨作用和天然狀態加地震下，邊坡處于欠穩定或不穩定狀態，穩定性較差。

（3）尾砂堆不穩定邊坡體以崩塌和滑坡破壞為主，在邊坡穩定性評價基礎上，結合邊坡的地形地貌條件，嚴格遵循遺址保護的各項原則，采取適宜的護坡加固措施，提高其抵御外界影響的能力，尾砂堆的保護與研究有著極為重要的意義。

（作者簡介：楊強義，工作單位：北京國文信文物保護有限公司;王菲，工作單位：中國文物信息咨詢中心）

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