某磷礦礦山排土場滑坡成因分析

摘要：滑坡是排土場失穩最常見的一種現象，礦山排土場的穩定是礦山正常生產的保障。鑒于此，某磷礦礦山排土場滑坡發生后，立即開展了現場調查和勘察工作，分析了排土場堆土前后、滑坡發生后地形變化情況，查明了滑坡區地層分布和巖土特性，并且研究了滑坡的基本特征、周界條件、變形跡象等。在此基礎上，總結了排土場滑坡產生的原因，提出了有效的治理措施，以消除地質災害隱患。

關鍵詞：排土場 "填土" 紅黏土" 滑坡" 成因分析

Cause Analysis of Landslide in the Waste Dump of a Certain Phosphate Mine

CHEN Rongyan¹"""" ZHAO Peng²"""" ZHANG Dan³

1.Yunnan Geological Engineering the Second Investigation Institute Co.，Ltd， Kunming， Yunnan Province， 650218 China; 2.Yunnan Geological Environment Monitoring Institute， Kunming， Yunnan Province， 650216 China; 3.Yunnan Geological and Mineral Engineering Survey Group Co.， Ltd， Kunming， Yunnan Province， 650032 China

Abstract： Landslide is the most common phenomenon of instability in waste dump sites， and the stability of mine waste dump sites is the guarantee for normal production of mine. In view of this， after the landslide occurred at a certain phosphate mine waste dump， the on-site investigation and survey work were carried out immediately. The topographic changes before and after the soil was piled up in the waste dump and after the landslide occurred were analyzed. The stratigraphic distribution and geotechnical characteristics of the landslide area were identified， and the basic characteristics， perimeter conditions and deformation signs of the landslide were studied. On this basis， the causes of the landslide in waste dump sites were summarized， and effective control measures were proposed to eliminate geological hazards.

Key Words： Dump; Filling; Red clay; Landslide; Cause analysis

礦山排土場是礦山生產過程中采礦排棄物集中排放的場所。礦山排土場作為主要的礦山安全工程設施之一，其安全、穩定是保證礦山連續生產的必要條件^[1-2]。排土場一旦失穩滑動，不僅影響礦山的正常生產，還可能導致重大工程事故，造成巨大經濟損失和人員傷亡^[3-6]。排土場滑坡是發生最普遍、頻率最高的一種災害，主要是松散固體物受內外多種因素的共同影響而產生大規?；疲憩F出很大的動態性和復雜性^[7]。

本文以云南省昆明市西山區某磷礦礦山排土場滑坡為例，通過野外調查、工程勘察，總結分析出滑坡成因，對其他礦山類似排土場的選址、規劃具有較好的借鑒意義。

1 地質背景

1.1 地形條件

礦山排土場位于昆明市西山區，東高西低，堆土前斜坡自然坡度15～20°，發育多條東西向徑流、長度小于400 m、深5～10 m、寬5～40 m的沖溝，溝谷兩岸植被較發育，多為云南松及灌木叢^[8]。斜坡前緣發育北西向沖溝，溝谷呈“U”字形，該沖溝是隔開村莊與排土場的天然屏障。排土場于2009年1月投入使用，于2017年6月停止排土，累計排土2 500萬m³，堆填區高程2 090～1 950 m，高差140 m。大致分6臺堆放，臺寬10～200 m不等，上寬下窄，臺階坡面角34～36°。

1.2 地層巖性與巖土工程地質特性

根據勘察結果，排土場范圍內出露第四系滑坡堆積層（Q₄^del）、人工填土層（Q₄^ml）、殘坡積層（Q₄^el+dl），下覆基巖為震旦系上統東龍潭組（Z₂dl）白云巖。

1.2.1 滑坡堆積層（Q₄^del）

分布于排土場滑坡體上，上部為填土，下部為紅黏土。

上部填土為礦山排土，呈黃、灰等雜色，稍濕，稍密～中密狀，透水性好，成分主要包括粉砂巖、泥巖、白云巖、磷塊巖、頁巖等的塊石、碎石、碎屑和粘土。

下部紅黏土為場地原始土，褐紅、棕紅、磚紅色局部夾褐黃、棕黃色，可塑狀，稍濕，含少量白云巖砂礫，切面稍光滑，無搖振反應，干強度和韌性中等。

1.2.2 人工填土層（Q₄^ml）

分布于滑坡范圍外，巖性與滑坡堆積層上層填土一致。

1.2.3 殘坡積層（Q₄^el+dl）

依據巖性差異分為兩層。一層是分布在填土外圍的紅黏土，厚度受地形陡緩變化影響較大，厚度在0.5～5 m之間，局部低洼處厚度大于10 m。該層土質均一，土體干燥～稍濕，呈硬塑～堅硬狀態，其孔隙度大、力學強度低，地面干縮裂縫發育。另一層是分布在滑坡中前部與前緣地帶的殘坡積層，灰黃夾灰綠色含碎石粉質粘土層，土體干燥～稍濕，呈可塑～硬塑狀，碎石為白云巖，含量20%～30%，次棱角狀。

1.2.4 震旦系上統東龍潭組（Z₂dl）

白云巖，場區下覆基巖，前緣鉆孔揭露強-微風化，灰黃色、灰白色、淺灰色，巖質堅硬，錘擊難碎，局部發育溶孔。外圍出露巖體產狀25°∠31°，主要發育兩組傾角近直立的節理：一組傾向西，另一組傾向南。

1.3 地表水與地下水

場區地表水主要接受大氣降水補給。排土前，地表水自東向西匯入自南向北的沖溝徑流，最終匯入螳螂川，為季節性水流；排土后，地表水體順松散填土層下滲補給孔隙水，部分形成上層滯水，水體最終匯入前緣南北向沖溝?；掳l生后，南北向徑流的沖溝被滑體掩埋，坡體上的地表水體徑流至滑坡前緣時滲入填土，在滑坡左側前緣滲至未被填充的沖溝，最終匯入螳螂川。

場區地下水包括孔隙水和巖溶裂隙水?？紫端陨蠈訙男问絻Υ嬗诘谒南邓缮又?，主要接受大氣降水和地表水補給，以蒸發形式排泄。巖溶裂隙水儲存于白云巖中，主要接受大氣降水補給，同時接受少量孔隙水和地表水的入滲補給，受巖體節理、風化裂隙與溶蝕裂隙的影響，富水性中等；地下水由東向西徑流，于地形低洼處以泉的形式排泄。

勘查期間為旱季，沖溝內無流水，鉆孔揭露深度范圍內也未見地下水。

1.4 不良地質作用

滑坡區外圍多為第四系磚紅色松散覆蓋層，為碳酸鹽巖出露的巖石經風化作用形成的原生紅黏土^[9]，部分鉆孔揭露的紅黏土厚度大于10 m，其自由膨脹率為21%～49.5%，膨脹力為12.76～165.54 kPa，具弱膨脹潛勢，屬高塑性黏土，干時呈較堅硬狀態，遇水易軟化而形成隔水層和軟弱夾層，易造成坡體沿該層發生滑移^[10]。

滑坡后緣南側地表見溶槽、溶蝕孔洞發育，這些巖溶作用不僅破壞了巖體的連續性和完整性、降低了巖體的承載力，還成為地下水流動的通道，加速巖土體的軟化，對斜坡穩定不利。

2 滑坡評述

排土場于2018年1月30日晚約6時40分發生滑坡，后緣下挫，道路錯斷，中后部和中部平臺多處下挫形成的負地形，滑坡滑至前緣沖溝左岸坡山脊部位，最大滑移距離約200 m，滑動后距村莊僅20 m，滑過之處掩埋農田、林地，毀壞高壓電塔，嚴重威脅滑坡前緣村民的生命財產安全。

2.1 滑坡基本特征

滑坡主滑方向270°，平面近似“半圓形”，滑面呈圓弧形，滑坡平均長500 m，平均寬700 m，厚5～100 m，體積約1050×10⁴ m³，屬特大型推移式深層填土滑坡。

2.2 滑坡區地形特征

滑坡區原始斜坡坡向西，地形坡度15～20°，坡面平直，巖層傾向北東，為反向坡。坡腳發育南北向展布的C1沖溝，溝谷寬緩，呈“U”形，平均寬400 m，沖溝西側是南北向展布的低緩山脊，居民區分布在山脊西側10°～15°的斜坡地帶。

填土后，斜坡地形改變很大，場區排土大致分6臺堆放，臺寬10～200 m，上寬下窄，填土高程2 090～1 950 m，高差約140 m，平均每臺高25m，總體地形坡度20～25°，各臺間坡面角平均35°。填土使場區形成了臺階狀高陡臨空斜坡地形。

滑坡發生后，前緣將沖溝完全掩埋，被沖溝左岸山脊阻擋后停止滑動，后緣位于填土與原始地形交接部位的陡崖崖腳，前后緣最大高差約145 m，平均地形坡度10～15°（見圖1）。

滑坡發生后，磷礦公司立即采取削坡減載的應急處置措施，因此，勘查期間滑坡區的地形一直在變化。

2.3 滑坡變形跡象

滑坡在調查勘察期間一直處于滑動狀態，滑坡體內地表變形劇烈、裂縫密集?；潞缶壓妥笥抑芙绲亩缚?、滑坡體上的反傾平臺、洼地、密集發育的弧形張拉裂縫、剪切裂縫和鼓脹裂縫，倒塌的電塔、傾倒的樹木，都是滑坡滑動變形最明顯和直接的證據。

2.4 滑坡邊界

滑坡后緣位于第一平臺下錯后形成的圓弧狀陡壁處，該處滑坡壁與外圍陡崖交接，地形形成轉折；滑坡左周界是滑移后左側形成順東西向展布的錯坎；滑坡右周界是填土邊坡坡向轉折處；滑坡剪出口位于原填土前端部位，滑舌位于前緣沖溝西側山脊地帶。

2.5 滑體、滑帶、滑床特征

滑體為礦山堆土+第四系殘坡積土，鉆孔揭露厚度5～100 m，平均厚度大于50 m?；瑤林饕獮閳鰠^原始的紅黏土層，根據試驗成果，該層上、中、下部液性指數值差異較大，說明該層土的狀態和承載能力差異也較大?；嬷饕挥诘谒南禋埰路e層（Q₄^el+dl）中，滑坡后壁與11個鉆孔均見明顯滑面。滑床為全新統殘坡積（Q₄^el+dl）粉質粘土和震旦系上統東龍潭組（Z₂dl）白云巖。

2.6 滑坡滑面特征

滑坡變形劇烈，坡體位移明顯，滑坡中后部作為主滑段推動整體滑移破壞，前部滑體作為阻滑段滑面平緩或反傾，滑坡動力主要由滑體中、后部提供，屬推移式滑坡。

3 滑坡成因分析

排土場滑坡的形成與選址、排土方式、排水或爆破振動、開挖、地震、海嘯、特大暴雨等有關^[11]，也與地層巖性、地形條件等息息相關。磷礦礦山排土場滑坡的形成除與地形、地層巖性、降雨有關外，還與選址不當、渣土堆放方式不合理、排水設施不完善有關。

3.1 地形改變

滑坡發育邊坡原始地形坡度15～20°，巖層傾向北東向，為反向坡，坡面平直，斜坡上發育自然沖溝，坡體表層分布不均厚的紅黏土殘坡積層。

礦山填土時，棄渣大致分6臺堆放，臺寬呈現上寬下窄、平均臺高25 m，各臺斜坡地形坡度平均35°。排土場從自然斜坡改變成陡坡前緣臨空的臺階狀地形，使其具備了形成滑坡的有利地形條件。

3.2 地層巖性

根據調查和勘察，滑體主要是礦山開采剝離的廢土石、棄渣等，具有結構松散、力學強度低、工程地質性質差、穩定性差，透水性強的特點^[8]，加之下伏紅黏土為強隔水層，地表水極易沿表層土體垂直下滲到紅黏土隔水層，紅黏土在水的長期潛蝕作用下軟化，形成軟弱結構面，而上層土體飽和后下滑力增加，在合適的地形條件下極易形成滑坡。

3.3 降雨

滑坡發生時雖處旱季，但在滑坡發生前，昆明地區出現了短期持續降雨，降雨量相對較大。因排土場未設置有效地表排水系統，雨水只能沿填土垂直下滲至紅黏土層。受場區普遍分布的紅黏土層本身特殊性質的影響，加上前期雨季降雨影響的遲滯作用^[12]，導致紅黏土層吸水軟化形成隔水層。一方面上層填土重量增加，另一方面紅黏土被潛蝕軟化形成軟弱帶，二者相互作用，土體重量的增加疊加軟弱帶的連通，最終形成滑坡。勘察結果也證實了紅黏土層為滑坡隔水層和軟弱帶。

3.4 選址不當

排土場選址時，未充分考慮排土場所在斜坡本身地質環境條件的脆弱性，原始地形高差大、坡體陡，坡體上為殘坡積層覆蓋，且紅黏土厚度較大。在排土前，未對紅黏土做任何處置。排土后，松散的填土層與下部殘坡積層之間結構差異較大，上層因松散、穩定性差，水體易下滲，下層的紅黏土又稱為良好的隔水層和軟弱帶，最終導致滑坡發生。

3.5 渣土堆放不合理

棄渣堆放時，雖然大致分臺堆放，但排土作業人員未按規定堆放，而是為了方便將棄土堆放在排土場上部斜坡，導致堆放分臺的臺寬上寬下窄，越到底層，臺寬越窄，且各臺階坡面角度大致堆放成34～36°的陡坡，形成了多個高陡臨空面。此種堆放方式會使排土場處于“頭重腳輕”的狀態，隨著“頭部”荷載的不斷加大，最終導致滑坡的發生。

3.6 未設置有效截排水設施

滑坡發生后，經訪問礦山人員，排土場渣土堆放后，未在外圍設置截排水溝，也未在渣體和馬道上設置排水溝，這就導致在如此大的排土場范圍內無任何有效排水設施，大量的降雨順著表面自然流淌，或下滲或在排土場表面形成自然溝壑排至前緣沖溝，這也是導致排土場發生滑坡的重要因素。

4 結語

通過對某磷礦礦山排土場滑坡現場調查與勘察，露天礦山排土場滑坡的形成除與地形、地層巖性、降雨等自然因素有關外，還與選址不當、渣土堆放方式不合理、無截排水設施等人為因素有關?；掳l生后，責任部門已積極處置并進行了工程治理，采取的工程措施是“削坡減載+抗滑支擋+截排水+攔擋壩+植被綠化”。工程實施后，排土場已穩定，并恢復了生態綠化功能。露天礦山排土場的安全任重道遠，從以往案例中汲取經驗教訓，有助于礦山排土場的選址和運行，也有助于礦山安全生產，對社會經濟的發展有著重要的現實意義。

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