广东省茂名市金塘矿区公路段滑坡地质灾害浅析

周洪婵

（广东省地质局第四地质大队，广东湛江524000）

1 金塘矿区相关简介[1]

1956年6月苏联露天矿设计专家组拟定了设计的油页岩露天矿境界范围，称为“第一露天金塘区”。在1959～1992年矿山大规模生产，1995年矿区停产。现已形成长约5.2km，宽约0.9km采坑。滑坡位于采坑南侧边坡坡顶。

金塘露天矿开采方式为：沿露天矿南部油页岩层底板降段延深，沿其顶板拉沟露矿，固定折返干线，内外联合组沟的开拓方式。水平分层，工作线平行推进。油页岩及剥离台阶高度均为10m，油页岩边坡角为45°～60°，平盘宽34m；油页岩顶底拉沟，边坡角为30°左右，台阶宽12.5～15m。现开采坑长度约5.2km，宽约0.9 km，采深20～70m，目前实际已形成+50m、+40m、+30m、+20m、+10m、±0m、-10m剥离及油页岩台阶，部分地段已达到-29m台阶。采坑内地下水恢复及降雨径流长期汇集，现已积满水形成“矿湖”，现水位高程8.2m。

2 滑坡区地质环境条件

2.1 地形地貌

茂名市金塘油页岩矿区南侧边坡，边坡由露天采矿形成，坡向32°左右，坡顶高程约22m左右，坡底高程约-28m，边坡总高约50m，边坡坡度8°～10°，边坡角上部相对大，一般10°，中部、下部边坡角小，一般5°～8°。坡顶平缓，主要为农田及少量鱼塘。

2.2 气象水文条件

该处属于亚热带季风气候，毗邻东南沿海。年平均气温为22.3℃～23℃，气温变化不大，最高气温为36.6℃；最低气温平均为17.8℃，据茂名市气象台1972～1992年统计资料，本区年降雨量1207.3～2493.2mm、平均1707.0mm，日最大降雨量296.2mm，月平均降雨量142.8mm。雨季一般在4～9月份，雨季降雨量约占全年降雨量的82%，多年平均蒸发量1849.4mm。

地表水系较发育，北侧为矿坑积水—矿湖，南侧分布鱼塘、水田。

2.3 区域地质构造

根据调查，区内未见断裂构造形迹。综合区域地质资料判定区域断裂活动不是本滑坡发生诱发因素。地质构造简单。

2.4 地层岩性及其工程性质

2.4.1 地层岩性

岩土体主要由人工填土，第三系始新统上垌组（E2s）粘土、全风化粉砂岩及强风化粉砂岩、中风化粉砂岩组成。考虑到滑坡体内岩土层的特殊性，给予单独编号。根据地质成因、土层的结构、工程性质及埋藏分布条件等因素划分为人工填土层、第三系始新统上垌组（E2s）粘土层、全风化粉砂岩、强风化粉砂岩、中风化粉砂岩等共6个层组。

第四系人工填土（Q4ml）：

①素填土：灰黑色、浅灰色等，松散，主要由粘土、中粗砂及碎石块组成，遇水易软化崩解。该层全区分布，厚度变化较大，钻孔揭露层厚0.8～4.5m，层顶埋深0.0m，层顶高程12.56～19.03m。为滑坡体主要组成部分。填土来源主要是原开采油页岩废石，少部分为筑路回填土。

第三系始新统上垌组（E2s）：

②1粘土：浅灰色，可塑，由粘粉粒组成，岩芯刀切面光滑，粘性好。该层全区分布于②层土粘之上，钻孔揭露层厚0.50～3.20m，层顶埋深0.80～6.00m，层顶标高9.46～18.23m。为粉砂岩残积土。

②全风化粉砂岩：浅灰色、灰黄色，硬塑—坚硬，主要由粉粘粒组成，局部含较多粉砂。该层全区分布，钻孔揭露层厚5.50～9.30m，层顶埋深2.20～7.00m，层顶标高7.56～16.28m。

③强风化粉砂岩：浅灰色、清灰色，原石已风化成土状，坚硬，主要由粘粉粒组成，局部含较多量中粗砂。该层全区分布，钻孔揭露层厚7.30～10.80m，层顶埋深10.00～13.30m，层顶标高2.06～7.88m。

④强风化粉砂岩：红褐色、灰黄色，原岩结构清晰，岩芯呈半岩半土状，遇水易软化和崩解。揭露层厚5.90m，层顶埋深23.10m，层顶标高-5.44m。

⑤中风化粉砂岩：青灰色，粉砂结构，层状构造，岩芯少量呈碎块状，多呈短柱-长柱状，节长5～20cm，RQD=40%～50%，岩石较破碎，岩石基本质量等级Ⅴ。钻孔揭露层厚1.70～3.80m，层顶埋深17.30～29.00m，层顶标高-11.34～-3.48m。

2.4.2 地层工程性质

①素填土为新近填土，由粘土、中粗砂、碎石块等组成，松散，厚度变化较大，主要分布于滑坡表层，为滑坡体主要组成部分。自然条件下，土层抗剪强度普遍较低，工程性质差，易被雨水冲刷，遇水浸泡土体易软化崩解。

②1粘土呈可塑状，分布于①素填土与②全风化粉砂岩之上或②全风化粉砂岩之间，抗剪强度较低，工程性质较差，下卧层为②层硬塑状全风化粉砂岩，软硬相间，其上部土层易发生滑动。

②全风化粉砂岩呈硬塑—坚硬土状，厚度较大，抗剪强度高，工程性质好，为滑床所在土层。③强风化粉砂岩、④强风化粉砂岩、⑤中风化粉砂岩，土层抗剪强度高，承载力高，工程性质好。

2.5 水文地质条件

地下水主要是松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙半承压水。

潜水主要赋存于浅层素填土中，径流自南向北，水位埋深0.5～3.7m，受地形控制，补给来源主要是降雨和鱼塘等补给；排泄途径主要是蒸发、或以地表径流、渗入等方式流入到矿湖。

承压水主要赋存于强风化粉砂岩中，与矿湖水力连通。补给来源主要有大气降水、露天矿矿坑积水以及相邻含水层侧向补给。

地下水位变化主要与降雨密切相关，具有季节性和时段性变化，变化幅度较大，水位变化幅度0.2～3m。地下水位埋深较浅，对滑坡影响大。

2.6 人类工程活动

人类工作活动主要是采矿挖坑和回填修路。坡前的采矿挖坑改变了原地形地貌特征，破坏原地层结构平衡；同时回填修路，修路之后通过的车辆诸多为较大型车辆，相当于加上了动荷载，增大了滑带土的剪应力，改变了坡体的应力状态。同时回填土松散，无防护措施，易被遇水冲刷，为滑坡体提供物质条件。可见人类工程活动对地质环境的影响大。

3 滑坡变形特征

金塘矿区附近发生滑坡地质灾害，造成路面塌陷，地面裂缝，输水管道变形断裂，直接威胁101乡道，或危及过往人行车辆。

3.1 滑坡范围确定

（1）东西侧缘，以原水渠断裂点为界。原水渠为混凝土砌筑，因地形变形，造成水渠断裂，当地村民便以输水管相接。但由于地形仍在变形，现输水管也亦发生倾斜。西面更是看到明显裂缝，与道路斜交。

（2）滑坡后缘（南侧），以鱼塘边缘与平台交接处为界。鱼塘以南的平台上，发现2条平行于鱼塘边缘的裂缝，说明该平台已发生滑动变形。但同时鱼塘无明显漏水现象，说明鱼塘底部地层及塘边还未遭受破坏。经了解，该平台原与塘边在同一水平面，现已与池边上下错开1.1m左右。因而可确定南面的滑动范围为鱼塘边缘与平台交接处。

（3）滑坡前缘（北面），以剪切出口为界。剪切出口标高约为9m处。

（4）滑动面：钻探资料显示，滑坡沿原斜坡面滑动，滑动面呈直线状，滑动面倾向32°，倾角10°。

（5）滑坡发生位置标高12～19.53m，轴向长约70m，横向宽约110m，平面面积约7066m2，经钻探揭露，滑体厚度1～4.2m，平均2.8m。滑坡体积约为19784m3，属于中型浅层堆积土滑坡。

3.2 滑坡变形特征

调查期间，滑坡区内发现7条裂缝，6条裂缝基本呈东南—北西走向，与矿湖乡道路平行，1条于西侧斜交于乡道。其中最大的裂缝位于乡道中间。裂缝与道路平行，总长约68.7m，裂缝宽2～50cm，东窄西宽，深5cm～1.2m，东浅西深。裂缝总体呈锯齿状，并向周围呈树杈状发展。裂缝北面的道路已发生明显塌陷。裂缝造成的原因，一方面滑坡在缓慢变形，对路基有张拉作用，一方面是路基填土较松散，经较重型车辆压，加剧了裂缝的形成。

3.3 滑坡物质组成

滑坡是主要以人工填土为滑坡体，以填土底部与可塑状的粘土接触面为滑动面，以呈可塑粘土为滑床的土质滑坡。

（1）滑坡体。滑坡体由素填土及少量硬塑或坚硬状第三系始新统上垌组粘土组成。

素填土：灰黑色、浅灰色等，松散，主要由粘土、中粗砂及碎石块组成。分布于整个滑坡区。厚0.8～4.5m。遇水易软化崩解，已发生多处裂缝。

总体而言，滑坡体厚度变化较大，表现为中间厚，四周薄。

（2）滑动面。以第三系始新统上垌组可塑状粘土为滑动带。

粘土：浅灰色，可塑，粘性好。该层全区分布于②层全风化粉砂岩之上。分布于整个滑坡区，厚层0.50～3.20m，中间薄四周厚。滑动带坡度一般7°～15°，后缘坡度较大，50°～68°。

滑动带的鉴别标志主要为粘土的软硬程度。

（3）滑床。以第三系始新统上垌组硬塑或坚硬状粘土为滑床。该层倾角约10°。

4 滑坡稳定性分析

采用定性和定量的分析方法，分别对滑坡稳定性进行分析。

4.1 定性分析

4.1.1 滑坡成因分析

（1）堆积土沿原矿坑斜坡堆积，坡面没有采取适当防滑措施，堆积土在自重作用下具有沿坡面向临空面滑动的势能。

（2）粉砂岩易风化，其浅表层风化为②1粘性土层，顺边坡分布，该层处于堆积层之下，形成易变形软弱层。

（3）雨量丰富，雨水沿裂隙渗入，水软化堆积土层底部和②1粘性土层，致使斜坡面抗滑能力减弱，堆积土易沿该面滑动。

（4）滑坡区有一条公路通过，通过的车辆诸多为较大型车辆。车辆荷载和震动作用，可诱发或加剧滑坡发生。

综上所述，内因主要是存在倾斜软弱的面层，堆积土层自重作用下，具有滑动的势能；外因是水的作用，致使滑面层软化，抗滑力降低，致使上部土体滑动。另外，外加荷载的作用也是滑坡变形诱发因素。

4.1.2 滑坡变形过程

滑坡区经历开挖（开采矿）—回填（矿后恢复）—再填压（修路）的过程，属于堆填土滑坡。其地形变化过程如图1所示。

1959～1995年，矿山开采过程中，把剥离物搬运到采空区南面堆积，然后用铲车逐层推开、层层压实压固，并恢复了绿化。2008年原广东省地质局七〇四地质大队对茂名油页岩矿田金塘矿区油页岩矿产资源储量进行核实。根据当时的资料显示，原水渠未断裂。鱼塘前的平台原与鱼塘边标高相同。

2014年1月至2015年4月之间发生较大规模的滑动。致使滑坡地段的道路交通中断。由于没有及时调查，滑坡特征大部分已被破坏。期间原水渠断裂之后更换了2次输水管。

现在输水管的变形，道路裂缝的加剧，说明滑坡仍在滑动。

4.2 定量分析

4.2.1 稳定性计算

边坡为填土边坡，按土质边坡计算，以Ⅱ-Ⅱ地质剖面（图1）为代表分别验算边坡稳定状态。根据钻探资料以及当时矿区的开采形状，确定滑动面为折线形。

4.2.1.1 计算方法及计算公式[2]

折线形滑面，采用传递系数法计算。计算公式：

其中：

式中：Kf——滑坡稳定性系数；

ψj——传递系数，第i条块的剩余下滑力传递至第i+1块时的传递系数（j=i）；

Ri——作用于第i块的抗滑力，kN/m；

Ti——作用于第i条块滑动面上的下滑分力，kN/m；

Ni——第i条块滑动面的法向分力，kN/m；

ci——第i条块的粘聚力，kPa；

φi——第i条块的内摩擦角，（°）；

Li——第i条块滑动面的长度，m；

θi——第i条块底面倾角，（°），反倾时取负值；

Wi——第i条块自重与建筑等地面荷载之和，kN/m；

A——重力加速度g，kN/m3；

ru——孔隙压力比；

TDi——渗透压力产生的平行滑面分力，kN。

4.2.1.2 计算参数

根据各剖面上钻孔的实验数据及经验，滑动面参数见表1。

表1 Ⅱ-Ⅱ剖面滑面参数

4.2.2 计算结果

计算结果表明（表2），滑坡大部分处于稳定状态，局部处于不稳定状态，即Ⅱ-Ⅱ剖面上部土体（平台）不稳定。但计算模型的假设条件是滑体内土作为刚性体考虑，但本滑体是由填土组成，很易变形，特别是土体饱水强度明显降低，因此在暴雨或饱水状态下，滑坡可能不稳定。计算表明，主滑面抗剪强度变化对滑坡稳定性影响很大。

表2 Ⅱ-Ⅱ剖面计算结果

5 结论与建议

（1）滑坡属于中型堆积土滑坡，滑动面为原斜坡面，呈直线状，倾角约10°，倾向32°，最大深度约4.2m。

（2）滑坡目前处于不稳定状态，由于滑动面为直线状斜坡，自然稳定可能小。滑坡对乡道造成破坏，危及过往行人车辆，应加强监测，及时治理。

（3）建议采用桩桥方案。在滑坡中部施工钢筋混凝土桩，桩须进入稳定基岩一定深度，桩顶设联系梁，捣筑钢筋混凝土路面。或者道路改线，避开滑坡地段。

[1]黎少泮,吴家勇,刘宏信，等,广东省茂名市茂名油页岩矿田金塘矿区油页岩矿资源储量核实报告[R].广东省地质局七○四地质大队，2010.

[2]DZ/T0219-2006滑坡防治工程设计与施工技术规范[S].