露天礦冰磧土堆積體巨型古滑坡穩定性分析

呂淑寧 張 默

（1.重鋼西昌礦業有限公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.非煤露天礦山災害防控國家礦山安全監察局重點實驗室；5.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司）

冰磧土是冰磧地貌的一種，是由冰蝕作用產生的巖屑、漂石等松散堆積物在冰川搬運作用下，沉積形成的漂（礫）石和粉質黏土類巖土層，在中國主要分布于西南山區［1］。冰磧土的主要工程特征：①顆粒大小混雜，無分選性；②碎屑磨圓度較好，多呈卵石結構，無定向分布；③形成的冰磧土從密實到松散狀態，主要分布在山地坡谷間，呈坡積-沖積-堆積狀態；④冰磧土含粉土成份較多，孔隙度和壓塑性較小，一般為隔水層［2］。因上述特點，冰磧土堆積形式多樣化，堆積部位不同，土的粒度成份、工程地質性質差別很大，呈現出較多的巖土工程難題［3］，在邊坡工程中，容易引發邊坡崩塌和失穩問題。本文以露天礦邊坡開采過程中揭露的約1 200萬m3的巨型冰磧土堆積體古滑坡為例，詳細分析了該古滑坡的工程特征和穩定狀態，并探索合適的工程治理方案。

1 古滑坡的工程特征

1.1 古滑坡形態特征

在攀枝花—西昌地區的某露天礦山開采過程中，揭露了一個冰磧土堆積層古滑坡。滑坡發育于露天采場南幫斜坡中部，滑坡平面近似呈半圓形，最大縱向長約495 m，平均橫寬約654 m，平均厚度37 m，方量約1 200萬m3，為巨型古滑坡。滑坡區后緣裂縫基本貫穿呈圈椅狀，前緣剪出口明顯，并延伸至采區東側平臺。在沒有開采作業形成臨空面時，主滑動方向北偏東55°；因采礦挖方，滑坡前緣被削方，整個滑坡方向呈三維變形特征，在沿原主動方向的基礎上，發生向北側采區變形，最終在滑坡東西2 個區域出現了2 個主滑動方向，滑動方向分別為北偏東39°和18°，滑動剪出口至滑坡后緣裂縫垂直平均高差145.0 m，如圖1所示。

1.2 古滑坡地質特征

滑坡體主要由全新統坡積層（Q4dl），沖洪積（Q4al+pl）、冰水堆積層（Q1-2fgl）和湖積層（Q1-2l）組成，統稱為冰磧土層，厚度23～51 m。

滑帶位于上部冰磧土和下部輝綠巖或輝長巖基覆界面處，主要為含角礫粉質黏土，呈黃褐色、灰綠色，含水率較高，透水性較差，形成相對隔水層，厚度為0.3～0.7 m。

滑床主要為全風化輝綠巖、中風化輝長巖和微風化輝長巖，出露于整個冰磧土層下部。強風化輝綠巖節理裂隙發育，呈碎塊狀結構，中風化輝長巖節理裂隙較發育，呈塊狀結構，微風化輝長巖巖體結構較完整。

1.3 古滑坡變形特征

通過調查與資料收集分析，隨著礦區邊坡開挖，最早在2021 年1 月揭露出古滑面位于采場臨空面側向。隨著邊坡開挖的持續進行，原古滑坡堆積體應力平衡逐步失衡，至2021 年12 月，沿古滑面陸續顯現滑移跡象。截至2022 年5 月，滑坡區西側、南側、東側后緣已形成貫通的后緣圈椅狀裂縫，滑坡初步形成，滑動方向直指采場臨空面滑移的趨勢顯現。與此同時，滑坡區中部多處出現裂縫，邊坡臨空面揭露的古滑面隨著坡體滑移變形的持續，上盤呈現明顯外錯，具備剪出特征。滑體裂縫如圖2所示。

據現場調查和地質測繪，滑坡區宏觀變形跡象明顯，邊界特征清晰，勘察期間發現多處裂縫變形不斷加劇。滑坡區主要變形特征有滑體前緣剪出垮塌、溜滑，滑體中部坡表出現拉裂縫與滑體后緣、兩側邊界羽狀剪切裂縫貫通。

自發現古滑坡起，在滑體范圍內布設了14 個地表在線GNSS 位移監測點及4 個深部位移測點，具體位置如圖3 所示。根據變形較大的9 個地表監測點的位移-時間曲線和速率-時間曲線發現，地表位移變化平穩，無異常加速的情況發生。

在7月份雨季勘察期間，B-ZK3深部位移監測確定滑帶位置為54 m。B-ZK4于16.6～18.5 m 出現卡鉆情況，深部位移監測確定滑帶位置為18.5 m。C-ZK3根據鉆探及后期深部位移監測數據，確定深部滑移面位于35 m 處。C-ZK4 深部位移監測最初測得滑面位于基覆界面附近深度61.5 m，鉆探過程中在61～62 m 處存在卡鉆、漏漿情況。深部位移監測期間，該孔于42 m 處再次錯斷，出現次級滑面。滑帶巖土組成為粉質黏土角礫夾雜泥化狀輝綠巖，滑面為土巖交界基覆界面處。

地表位移監測期間，在旱季時，變化速率約為3 mm/d，在雨季時，變化速率約為10 mm/d，并與降雨密切相關。滑坡范圍之外的地表位移監測點較平穩，基本無位移。根據監測數據可以確定滑坡目前處于蠕動—滑移變形階段。

2 古滑坡成因機制分析

古滑坡復活形成滑坡的主要原因如下：

（1）地質結構。從地形地貌及邊坡開挖揭露情況分析，滑坡區地質體原為古滑坡堆積體，本身具有古滑面軟弱面，其穩定狀態相對原始斜坡偏低。

（2）礦區開采。滑坡體前緣被開挖成臺階狀，形成很大的臨空面，改變了原應力平衡狀態，為古滑坡復活提供了必要條件。

（3）地下水及降雨。滑坡變形期間測得滑坡區地下水較高，增大了滑體的重度，并且降低了滑體的物理力學參數。滑體后緣形成貫穿的垂直裂縫，降雨補給增加了滑體后緣的靜水壓力，并且沿滑面下滲，軟化滑帶，降低滑帶土的抗剪強度。

（4）爆破振動。采礦開采的頻繁爆破振動，破壞了原有土體的完整性和密實性，并且爆破振動力亦增加了下滑力。

3 古滑坡地質力學參數及穩定性定性分析

3.1 滑坡地質力學參數確定

首先根據勘探取樣進行室內外土工試驗，根據試驗數據，統計分析其標準值；對于明確的滑帶，在土工試驗的基礎上，根據滑坡的穩定狀態，進行反演分析滑帶的力學參數［4］。本次滑坡的力學參數取值主要結合勘察結果和滑動反演結果為主，詳見表1。

3.2 古滑坡穩定性分析

根據古滑坡結構特征、變形情況、地質條件、巖土層組成分析，滑坡主要變形破壞模式為在古滑面的土巖交界處破壞模式為折線型。

根據滑坡規模，該古滑坡安全防治等級為一級。荷載組合和各工況的允許安全系數按照《滑坡防治設計規范》（GB/T 38509—2020）和《冶金礦山采礦設計規范》（GB 50830—2013）采用。各工況荷載組合和允許安全系數見表2。降雨荷載按照后緣裂縫充水形成的靜水壓力考慮，滑面為飽和參數；地震荷載取當地設防烈度對應的地震加速度0.3g考慮，按照擬靜力法計算。

按照滑坡的破壞模式，對于折線破壞滑坡穩定性計算采用隱式求解法的余推力法。滑坡的穩定狀態按照《滑坡防治工程勘查規范》（GB/T 32864—2016）進行劃分，詳見表3。

根據滑坡勘探和監測滑動方向，分別選取2個典型剖面H1—H1和H2—H2及采場滑動方向B—B和C—C共4 個代表剖面進行現狀穩定性分析和剩余下滑力計算，穩定性計算代表剖面位置見圖3，地質剖面見圖4、圖5。安全穩定性系數計算結果見表4，剩余下滑力計算結果見表5。

3.3 古滑坡變形發展趨勢及危害

根據監測和穩定性分析結果：在工況Ⅰ和工況Ⅱ作用下，滑坡在2個主滑動方向的穩定狀態處于欠穩定—不穩定狀態；在B、C滑動方向的穩定狀態處于穩定—基本穩定狀態；在工況Ⅲ和工況Ⅳ作用下，滑坡處于不穩定狀態。

根據地質資料，導致邊坡失穩的內、外因素是客觀存在的，從滑坡的穩定性分析可知，目前滑坡的應力平衡非常脆弱，在內、外因素持續作用下，極有可能發生更大規模的滑坡，致災的可能性非常大，如發生大滑坡災害，將嚴重影響礦山下部的正常采礦活動，因此，對該滑坡進行治理是非常必要和迫切的。

4 古滑坡治理方案

由于該古滑坡方量很大，滑面埋深較深，治理前處于蠕動—滑移變形階段，整體穩定性不足。在滑坡治理方案中，主要有削坡減載、抗滑樁或錨索等聯合的加固措施。在滿足安全穩定性要求下，每延米的剩余下滑力高達2.56×104～3.66×104kN，綜合比較加固方案和削坡減載方案。

（1）按照滑坡后緣裂縫往下放坡開挖卸荷，并且滿足卸荷以上部分斜坡的穩定性基礎上，開始設置抗滑樁，計算分析2個主滑動方向代表剖面范圍內的矩形抗滑樁最小尺寸為3 m×6.5 m，凈距2 m，樁長50 m。

（2）在滿足滑坡穩定性基礎上，從滑坡后緣裂縫以外斜坡開始卸荷，能夠達到滑坡治理的要求。

（3）通過滑體部分削坡卸載+抗滑樁和滑坡后緣裂縫以外斜坡削坡卸荷的方案對比，單一的削坡卸荷方案工藝簡單，可操作性強。因此該古滑坡以削坡減載的治理方案更為恰當，同時輔以防排水和坡面防護等措施。

5 結論

（1）因露天礦邊坡開采，揭露了約1 200 萬m3的巨型古滑坡，導致古滑坡前緣出現了很大的臨空面，使古滑坡穩定狀態失衡，古滑坡被復活。

（2）在古滑坡變形監測的基礎上，可以判定古滑坡處于蠕動—滑移變形階段。根據變形階段，反演了滑帶土滑面的力學參數，并計算了古滑坡的每延米剩余下滑力高達2.56×104～3.66×104kN。

（3）因滑坡剩余下滑力很大，通過削坡減載和抗滑樁加固方案對比分析，以削坡減載的治理方案更為恰當。