露天边坡大型滑坡稳定性分析与治理方案

贾住平 郑禄璟 郑禄林

(1.贵州职业技术学院，贵州 贵阳 550023；2.贵州锦丰矿业有限公司，贵州 贵阳 550027；3.贵州大学资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550025)

露天边坡大型滑坡稳定性分析与治理方案

贾住平1郑禄璟2郑禄林3

(1.贵州职业技术学院，贵州 贵阳 550023；2.贵州锦丰矿业有限公司，贵州 贵阳 550027；3.贵州大学资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550025)

针对锦丰露天金矿西部运矿道大型滑坡，从地质构造、水、风化、爆破及采矿活动等多方面进行滑坡原因分析，提出预应力长锚索、喷锚网、抗滑桩、重力式挡墙及泄水泄压孔对滑坡进行综合治理，毛石混凝土分层回填修复西部运矿道的方案。应用岩石力学软件Slide 对修复后的运矿道边坡进行模拟，从理论上分析修复后的边坡稳定性，模拟结果显示边坡最低安全系数为1.13，大于边坡破坏安全系数1.0。采用机器人监测系统Autoslope和地质雷达监测系统Radar Monitoring System对边坡进行变形监测，监测精度最高可达0.1 mm；经过1 a多的监测,结果显示边坡处于稳定状态。理论分析和实际监测结果表明：①采用长锚索、喷锚网，抗滑桩、重力式挡墙及泄水泄压孔对滑坡进行综合治理具有良好的加固效果；②毛石混凝土分层回填对大型滑坡进行处理效果明显。该处理方法在相关滑坡治理中具有一定借鉴意义。

露天边坡 滑坡 边坡稳定性分析 边坡治理 边坡变形监测 Slide软件分析

随着采矿技术的不断提高，露天采矿深度和边坡角度也不断增大，边坡的稳定性成为露天采矿关注的重大问题。贵州锦丰露天金矿岩石类型主要为泥岩、砂岩及泥岩和砂岩的互层结构，岩体具有强度低、较破碎、易风化崩解、遇水易泥化等特点。开采过程中，边坡的东南西北4个方位都出现不同程度的失稳破坏，以西部边坡最为严重。

1 工程概况

1.1 滑坡概况

锦丰露天金矿西部运矿道路发生滑坡，滑坡体面积约650 m2，体积约5 000 m3，高35 m(从运矿路560 m到525 m平台)。滑坡导致西部运矿道路完全中断，生产被迫中止。如图1所示。滑坡段原设计台阶高20 m，平台宽8 m，台阶坡面角55°。

图1 西部运矿道路滑坡Fig.1 The collapse of the west haul road

1.2 工程地质概况

锦丰露天矿区处于赖子山背斜东翼的鼻状突起部位，其矿床主要赋存于北东、北西向断裂带中。矿区岩层主要为中三叠统边阳组、尼罗组、许满组沉积岩，其岩性总体上以砂岩、黏土岩为主，其中砂岩单轴抗压强度为27～59 MPa，黏土岩单轴抗压强度为21.1～37.2 MPa，在分布上砂岩、黏土岩构成厚薄不均的互层。工程地质调查表明，岩体质量分类指标值Q介于0.8～42.0。

矿区内规模较大的褶皱有林坛背斜、烂泥沟向斜及上冗半向斜。次有北东、北西西向、近东西向的褶曲叠加于上述北西向主体褶皱构造之上，以及与主干断裂构造伴生的同斜褶曲、倒转褶曲、平卧褶曲等。

矿区范围内断裂构造极其发育，主要有北西向、北东向及南北向3个走向组。北西向组主要有F14、F5、F3、F4、F6、F8、F20，广布于矿区中部、东部及北部，为矿区之主体构造；北东向组断裂构造主要有F2、F13、F10；南北向组有F1、F9、F7等。其中F2、F3、F5、F6、F8是影响矿区边坡稳定的主要断层。

1.3 气候条件

锦丰矿区属亚热带湿润气候区，冬无严寒，夏季炎热。据锦丰现场2008—2013年气象监测数据显示，年平均气温为24.9 ℃，最低月平均气温为11.8 ℃(1—2月)，最高月平均气温33.4 ℃(7—8月)。年蒸发量1 408 mm，年降雨量1 118.80 mm，降雨量多集中在5—9月，降雨量达872.10 mm，占全年降雨量的77.95%。单日最大降雨量为224 mm。

2 滑坡原因分析

经过对露天西部边坡的深入分析，其滑坡的主要原因可分为以下几个方面。

2.1 地质构造

岩体结构面是岩体在形成过程中或开裂之后出现的具有一定产状、规模、形态和特性的面、缝、层、带状的地质界面,包括断层、节理、裂隙、软弱夹层及层间错动等。结构面使岩体表现出非均质、不连续、各向异性的特征，对岩体的变形、破坏发展具有直接影响。

西部运矿道滑坡处于主要控矿断层F2和F3交汇处，节理和裂隙发育，岩体极其破碎。此处岩性主要为砂岩和泥岩互层，厚度为0.2～0.8 m。滑坡发生在泥岩软弱面与次生断裂相交形成的圆弧形滑动面上。

影响滑坡的次生断裂产状为86°∠283°，另外2组主要节理面产状分别为70°∠127°，50°∠160°。滑坡体上部边坡角度较陡，下部较缓，使得滑坡下滑分力较大。如图2。

图2 滑坡体剖面Fig.2 The cross view of the collapse

2.2 水的影响

水是影响露天边坡稳定性的主要因素，包括地表水和地下水，地表水又可通过渗流转为地下水。根据历年数据，锦丰金矿露天边坡的失稳破坏60.3%发生在雨季(5—9月)，并且边坡失稳与降雨量的大小密切相关。水的影响主要包括静水压力、动水压力和软化。

西部运矿道滑坡前1周连续降雨，降雨量达到153 mm。大量雨水进入边坡，使地下水位升高，增大静水压力；雨水冲刷岩体软弱层，产生动水压力，同时软化软弱岩层，降低岩层之间的摩擦力。

2.3 爆 破

爆破是在边坡的静态载荷基础上施加动态作用，从而改变边坡岩体的内部应力。爆破产生的应力波对爆破漏斗以外岩体造成损伤，包括促使裂纹的产生、扩展和恶化。

滑坡前1 d，在滑坡体下方525 m水平进行生产爆破，该处爆破孔排距分别为4 m和5 m，钻孔深5 m，孔径115 mm，炸药量为3 650 kg，爆破作业为上方滑坡的发生增加了潜在隐患。

2.4 生产作业

生产作业对边坡稳定性的影响主要包括开挖和运输。锦丰露天金矿采用PC1250挖掘机和HD605卡车装运，大型机械设备作业对边坡稳定性产生重要影响。西部运矿道属于永久性运矿道路，是所有运矿卡车及设备的必经之路，频繁使用给道路稳定造成一定影响。尤其大型卡车运输时，最大负荷可达到115 t，对运矿道路的稳定构成威胁。

3 道路恢复治理方案

西部运矿道路是露天矿生产的主要运矿道，道路中断导致整个露天生产被迫中止。为了尽快恢复露天生产，根据现场实际情况，从施工安全、边坡稳定性及修复时间等方面综合考虑，确定了如下的滑坡清理加固和运矿道路修复施工方案。

3.1 滑坡清理与基岩加固

根据现场使用的设备能力和滑坡状况，首先选用质量较轻的PC400挖掘机对滑坡体进行清理，清理从上至下沿滑坡软弱面开挖，每层开挖2.5 m。清理过程中将塌方料逐层向下甩，在清理基岩面的同时滑坡体下部也得以加固。清理过程中时刻保持外界与滑坡区域的应急道路畅通，防止大雨及二次滑坡等突发情况给现场人员及设备造成安全风险。边坡清理完成后对滑坡体后方深部边坡的基岩进行加固，主要目的是防止后继滑坡。加固措施主要有长锚索、抗滑桩、喷浆及钢网，并采用泄水泄压孔疏导地下水和释放压力。主要作用机理及技术参数如下。

3.1.1 长锚索+钢网加固

(1)作用机理。预应力长锚索加固深度大，能够通过水泥浆的黏结作用将潜在滑坡体锚固于稳定的岩体中，对潜在滑坡体提供正应力，从而提高边坡抗滑力以达到稳定状态；钢网将锚索连接在一起，形成一个加固体系。

(2)技术参数。长锚索长度10 m,锚索孔直径115 mm，每孔安装2根钢绞线，钢绞线直径15.24 mm。长锚索孔水平间距2 m，垂直间距2.5 m(第1排距坡顶线1.5 m)。钢网规格5 m×2.6 m(长×宽)，网度20 cm×20 cm。

(3)应用效果。长锚索有效加固了边坡，使其处于稳定状态；钢网防止了浮石滚落，确保下方施工安全。

3.1.2 抗滑桩

(1)作用机理。抗滑桩抗剪强度大，适用于具有潜在软弱滑动面的边坡加固，属于被动的加固方式。

(2)技术参数。抗滑桩孔深12 m，孔径115 mm，孔距2 m，分别安装在540 m和525 m水平，方向与水平方向夹角75°(便于施工且尽量垂直于岩层面)。抗滑桩材料采用10#工字钢，全孔灌注水灰比为0.35的纯水泥浆。

(3)应用效果。通过在540 m水平和525 m水平分别安装1排抗滑桩，为滑坡体下方基岩的稳定提供了有力保障。

3.1.3 喷 浆

(1)作用机理。喷浆支护使浆体渗入并充填岩体节理、裂隙等岩体构造，防止构造进一步恶化，可增强支护区域岩体本身的强度，同时防止岩体风化脱落。

(2)技术参数。喷射混凝土厚60 mm，28 d单轴抗压强度大于15 MPa。

(3)应用效果。清理出的基岩面局部区域岩体破碎，采用喷浆支护后，有效防止了碎石掉落，从而保证了下方作业人员及设备的安全。

3.1.4 泄水泄压孔

雨水下渗进入构造破碎带后对边坡稳定造成极大影响。泄水泄压孔可疏引地下水，同时降低边坡内水压和气压。采用仰斜泄水孔进行排水，减小地下水压效果尤其明显。泄水孔参数主要为7 m×5 m×30 m(排距×孔距×孔深)，上向倾斜5°～10°，采用扇形布置，在泄水孔中插入PVC排水管(PVC管表面按一定参数钻小孔，泄水孔内的水经由小孔流入PVC管内)。

3.2 运矿道修复方案

根据锦丰露天矿采矿设备运行要求及实际情况，确定修复后的道路规格为宽10 m的单车道。由于现场岩石自然安息角为37°，为确保回填后边坡的稳定性，确定回填后整体边坡角度为35°。运矿道的主要修复方案如下。

3.2.1 重力式挡墙

(1)场地准备。用PC1250挖机将525 m平台的虚渣清理至见硬底，平均深0.6 m。

(2)安装抗滑桩。以清理后的场地为基础，安装2排抗滑桩，抗滑桩孔深4 m，孔径115 mm，10#工字钢长6 m，安装后4 m埋于地下，2 m露出地表。抗滑桩排距2 m，间距2 m，交叉布置。在挡墙中加入抗滑桩能够有效提高挡墙的抗倾覆能力。

(3)挡墙修建。在清理过的基岩面上采用强度为M15的浆砌片石分层浇筑，挡墙总长56 m，高4 m，底宽1.5 m，顶宽1.0 m。每隔15 m设置1条伸缩缝，缝宽20 mm。

3.2.2 滑坡区回填

采用掺入一定比例混凝土的砂岩进行回填以修复运矿道路，混凝土可提供给回填体较高强度，从而提高其整体稳定性。回填分为3个阶段进行，第一段从底板525 m水平至530 m水平；第二段从530 m水平到540 m水平；第三段从540 m水到560 m运矿路面，总高35 m。

(1)525～530 m基础回填。清理地表浮渣后，采用水泥含量为20%的毛石混泥土分层回填。回填时，先在底板铺1层粒径较大(大于40 cm)的砂岩，用搅拌好的水泥砂浆倒入垫层推平，再用压路机压实。每层厚1～1.5 m，逐层进行直到530 m水平。在回填体与挡墙之间留出1.5 m宽的沟，防止上方回填时浮石滚落到下方平台。

(2)530～540 m回填。采用水泥含量10%的毛石混凝土分层回填，需选用粒径为20～40 cm的砂岩。回填至540 m后，在边沿做1个1 m高的挡土墙，防止上方回填时有石头滚落至下方作业区域。

(3)540 m～运矿路面回填。挑选粒径均匀的砂岩(20～40 cm)从路面往下回填，回填过程中掺入约5%的水泥砂浆。回填至路面后，在路面铺1层细砂，推平压实，外高内低，雨水可自然流入里侧的排水沟。

滑坡区回填设计及修复后的运矿路如图3、图4所示。

图3 道路恢复回填设计(单位:m)Fig.3 The design of road rehabilitation (Unit:m)

图4 修复后的西部运矿路Fig.4 The west road after rehabilitated

3.3 边坡变形监测方案

贵州锦丰露天金矿采用意大利IDS公司进口的地质雷达监测仪(Radar monitoring system)对边坡进行变形监测，该系统采用先进的合成孔径雷达技术对边坡实现24 h不间断监测，变形量精度最高可达到0.1 mm。

3.3.1 监测机理

合成孔径雷达属于微波成像雷达，也是一种可以产生高分辨率图像的机载雷达或星载雷达。它是以电磁波的独立传播原理和叠加原理为基础，应用计算机技术而发展起来的一种相干雷达。通过电磁波在方位和距离上获得的高分辨率，实现对被测目标形成三维图像，通过多次图像叠加得出各像素之间的变形速率和位移量。合成孔径雷达具有可穿透云雾、雨雪、粉尘及植被，可检查目标物的相干性，从而排除卡车、挖机等设备作业干扰的优势。

3.3.2 实时报警

地质雷达监测仪对目标范围扫描1次仅5′25″，采集到的数据通过IBIS Controller处理后传输到中控室，用数据处理软件IBIS Guardian对数据进行叠加处理，便可得到监测目标物变形速率和位移量等结果。当变形速率超过设定的报警阈值后，电脑发出报警声响，同时自动通过手机短信SMS和电子邮件向监控人员发送警报，达到实时报警目的。

3.3.3 监测结果

自西部边坡运矿路修复后，对滑坡区及其附近边坡进行了重点跟踪监测，限于篇幅，相关监测图件从略。选取该边坡变形较大区域为分析对象，2013年8月4日到11月27日边坡变形最大速率为0.6 mm/h，低于报警阈值1.2 mm/h，累计位移量为5 mm。可见滑坡区边坡修复后处于稳定状态。

4 稳定性分析

4.1 参数选择

根据锦丰岩土样室内土工实验及类似岩体的其他矿山参数取值，确定参与稳定性分析计算的物质的力学参数如表1。

表1 边坡岩土体物理力学参数Table 1 The physical parameters of the slope rock and earth mass

根据边坡岩土体物理参数、边坡几何参数及边坡加固方案建立稳定性计算模型。根据卡车核定载重，在模型中增加660 kN/m2的荷载。

4.2 稳定性计算

根据滑坡体基岩加固设计、回填设计及所选岩土体物理力学参数，在Slide中建立计算模型。计算结果显示，边坡加固修复区域的总体安全系数达到1.54，远远超过安全系数为1.1的边坡临界破坏点，如图5中所示，说明边坡整体处于稳定状态。其中，从540 m水平到运矿路面的局部最小安全系数为1.13，后期监测发现，此处路面出现裂缝并缓慢下沉(根据运矿道的实际使用情况，局部的沉降和变形属于可接受范围)，与Slide软件模拟结论基本吻合,说明该稳定性计算参数选择合理，边坡整体稳定情况良好。

图5 Slide 6.0模拟边坡稳定性Fig.5 The slope stability analysis with Slide 6.0

5 结 论

(1)锦丰露天金矿西部运矿路滑坡为圆弧形滑坡，滑坡体方量达5 000 m3，垂高达35 m。滑坡导致运矿道路中断，生产中止，对正常生产造成极大的影响。引起滑坡的主要因素包括岩体构造、降雨、爆破及生产作业等。

(2)在清理过程中需要分层进行，将软弱夹层挖掉，且需要对滑坡体下方基岩进行加固，防止滑坡扩大。长锚索属于主动支护，可大大增强岩层之间的抗滑力；抗滑桩属于被动支护，具有较强的抗剪能力。实践经验表明，长锚索+钢网及抗滑桩用于存在潜在滑动面的岩层具有良好的支护效果。

(3)在重力式挡墙中加入抗滑桩可大大提高挡墙的抗倾覆能力；采用不同比例的毛石混凝土分层回填修复运矿道路，安全性高、施工快捷、方便，且修复后的边坡稳定性高。

(4)采用地质雷达监测仪，可实现对边坡24 h监测，监测精度高达到0.1 mm，监测范围可覆盖整个西部边坡。监测结果显示，修复后的边坡处于稳定状态。

(5)采用岩石力学软件Slide对修复后的边坡进行稳定性分析，除局部安全系数为1.13之外，其他区域最小安全系数可达1.54，边坡整体稳定。

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(责任编辑 徐志宏)

Stability Analysis and Treatment Scheme of Large-scale Landslide of Open Pit Slope

Jia Zhuping1Zheng Lujing2Zheng Lulin3

(1.GuizhouVocationalTechnologyInstitute，Guiyang550023，China;2.GuizhouJinfengGoldMiningLtd.，Guiyang550027，China;3.CollegeofResourceandEnvironmentEngineering，GuizhouUniversity，Guiyang550025，China)

In view of large-scale landslides in western mine transport of Jinfeng Open Pit Gold Mine，the reasons for it were analyzed from aspects of geological structure，water，weathering，blasting and mining activities etc..It is proposed that landslides be comprehensively treated by long pre-stressed anchor，bolt-shotcrete-net，anti-sliding pile，gravity guard wall and dewatering/depressurization holes etc.，and stone-concretes were backfilled in layers to reconstruct western the mine transport road. With application of rock mechanics software Slide，the reconstructed slopes of the mine transport road were simulated to make theoretical analysis its slope stability.The simulation results showed that the minimum safety factor of the slope is 1.13，greater than the safety factor 1.0 of slope failure.Robotic monitoring systems Autoslope and geological radar monitoring systems are adopted to survey the slope deformation with monitoring accuracy up to 0.1 mm.1-year monitoring result showed that the slope was in a stable condition.Through theoretical analysis and practical monitoring，the results showed that：① The adoption of long cable，bolt-shotcrete-net，anti-sliding pile，gravity guard wall and dewatering/depressurization holes had a good reinforcement effect; ② Stone-concrete backfilling in layers had an obvious effect in large-scale landslide treatment.This treatment method has some reference in the relevant landslide treatment.

Open pit slope，Land shide,Slope stability analysis，Slope treatment，Slope deformation monitoring,Slide software analysis

2014-03-02

贾住平(1986—)，女，助教。通讯作者 郑禄璟(1983—)，男，工程师。

TD824.7

A

1001-1250(2014)-05-027-05