基于桐源乡某矿山边坡地质环境治理的研究

房永健

（江西省地质矿产勘查开发局九一二大队，江西 鹰潭 335000）

1 坡体现状

桐源乡某矿山边坡属于人工边坡，是采矿活动所遗留，随着时间的推移以及自然条件的作用，该边坡产生了滑坡灾害，对矿山安全生产造成了较大的影响。该边坡为坡向234°的切向坡，长约100m，开挖面坡顶标高约28m，坡底标高约24m，坡高3m ～4m，坡度60°～70°，其上部自然边坡坡度约40°。边坡区上覆粉质粘土，下伏基岩为粉砂岩、粉砂质泥岩和砂岩，粉质粘土厚0.3m ～2.4m；强风化层岩体厚约3.0m ～5.0m，节理裂隙发育，岩体破碎，结构面结合差，岩体类型为Ⅴ类；强风化层内软弱夹层受雨水下渗侵蚀软化后物理力学参数降低，若不利结构面临空，边坡易发生失稳[1]。

2 稳定性定量分析

2.1 计算方法及公式

（1）稳定性计算方法及公式：工区边坡主要为土质边坡，根据勘探剖面，HP1 滑坡滑面为折线型，因此本次稳定性计算按照《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）中的有关规定，采用传递系数法对滑坡进行稳定性计算与分析，采用平面滑动法对边坡进行计算，具体公式如下：

其中：

Ψj=cos(αi−αi+1)−sin(αi−αi+1)tanφi+1（楔形体和平面滑移计算取φj=1）

式中：K f—稳定性系数；W i—第i计算条块自重与建筑等地面荷载之和（kN/m）；C i—第i条块内聚力（kPa）；iφ—第i条块内摩擦角（°）；L i—第i条块滑动面长度（m）；iα—第i条块滑面倾角（°），反倾时取负值；iβ—第i条块地下水流向，一般情况下取浸润线倾角与滑面倾角平均值（°），反倾时取负值；A—地震加速度（单位：重力加速度g）；ψj—第块段剩余下滑力传递至第i+1块段时的传递系数条块地下水渗透压力产生的垂直滑面分力（kN/m）；—第i条块地下水渗透压力产生的平行滑面分力（kN/m）；γw—水的容重（kN/m3）；γU—孔隙压力比[2]。

（2）滑坡推力计算公式：

2.2 计算工况

根据场区的工程地质条件，计算工况为：工况Ⅰ：自然工况。工况Ⅱ：自然+暴雨工况。

2.3 计算剖面

综合考虑边坡岩土构成、高度及周边环境等因素，结合拟考虑设计方案，以A-A’为典型剖面进行稳定性分析[3]。

2.4 参数选取

根据勘查报告建议取值如下：

（1）粉质黏土重度：r=18.7kN/m3，rsat=19.3kN/m3，强风化粉砂岩重度：r=23.4kN/m3，rsat=24.4 kN/m3，块碎石土重度按土石比1：3 取加权平均值。

（2）强风化粉砂岩的物理力学参数取值为：c=18.5kPa、φ=16.5°，饱和状态下为：c=16.4kPa、φ=13.4°。

2.5 稳定性计算及综合评价

计算选用采用折线型传递系数法（直线型滑面选传递系数为1），稳定系数见下表。

表1 稳定性系数计算结果

根据《滑坡防治工程勘查规范》（GB/T 32864-2016）表12，结合稳定性计算结果分析：

工况Ⅰ：A-A’剖面稳定系数Fs=1.07，基本稳定；B-B’剖面稳定系数Fs=1.03，欠稳定；但均未达到二级边坡的安全要求（安全系数1.3），说明边坡在工况Ⅰ时欠稳定，局部基本稳定，但未达到二级边坡安全系数为1.3 的要求。

工况Ⅱ：A-A’剖面稳定系数Fs=0.99 ＜1.0，不稳定；B-B’剖面稳定系数Fs=0.95 ＜1.0，不稳定；说明在暴雨工况下，边坡处于不稳定状态。

3 防治工程设计

3.1 设计工况和设计参数

（1）设计工况。治理工程设计按“自重+暴雨”工况下安全系数1.3考虑。（2）降雨强度。设计暴雨强度为50年一遇暴雨，校核暴雨强度为100年一遇暴雨。（3）设计参数。根据勘查报告的建议值，设计参数取值如下：①粉质黏土重度：r=18.7kN/m3，rsat=19.3kN/m3，强风化粉砂岩重度：r=23.4kN/m3，rsat=24.4kN/m3，块碎石土重度按土石比1：3取加权平均值。②强风化粉砂岩的物理力学参数取值为：c=18.5kPa、φ=16.5°，饱和状态下为：c=16.4kPa、φ=13.4°。③建议强风化粉砂岩地基承载力取值为0.35MPa。

3.2 治理工程总体设计

C25 混凝土挡墙+放坡+回填+截排水+绿化：边坡采用1：1.5 坡比放坡（清理滑塌体）、C25 混凝土挡土墙拦挡、挡墙后土方回填、截排水系统和坡面绿化的综合治理措施。

3.3 治理工程分项设计

（1）放坡及回填。该段边坡下部为滑坡堆积体，设计按坡比1：1.5、坡高8m分级放坡，边坡共分2级，每级坡间设2m宽平台；并对全部滑塌体进行清理，防止修筑挡墙施工过程出现二次滑塌灾害。修筑完挡墙后，对挡墙后方进行回填，挡墙后设2m 宽平台，其上按坡比1：1.5 进行续坡，与上部放坡部分顺滑衔接。放坡及回填后的最终边坡为2 级边坡，坡比1：1.5、坡高8m，每级坡间为2m 宽平台。据统计该段边坡放坡及清除滑坡土方合计开挖方量约8325m3，墙背回填方量为1413m3。

（2）挡土墙。在该段边坡坡脚处设长100m 的挡土墙，其中滑坡HP1 范围处挡土墙高5.00m，顶宽1.20m，底宽2.84m，基础埋深1.20m，墙底位于高程22.52m 处；滑坡HP1 范围外挡土墙高4.00m，顶宽1.00m，底宽2.00m，基础埋深1.00m，墙底位于高程22.52m 处；连接处按实际情况过渡衔接，挡墙按10m 间距设置2cm 宽的伸缩缝，缝内充填沥青麻絮；墙体按梅花形设置泄水孔，泄水孔采用Φ110PVC 管按横向间距2m，竖向间距1m设置，要求底排泄水孔离地面小于50cm；墙后设30cm 卵石透水层，透水层下方夯填30cm 后的粘土层隔水封闭；墙体采用C25 混凝土。选取具有代表性剖面计算，削坡之后，在工况二下剩余下滑力为115.046KN/m，对挡土墙验算，滑移验算满足：Kc=1.569＞1.30，倾覆验算满足：K0=3.032＞1.50，地基承载力验算满足：最大压应力=147.221 ≤160（kPa），结果均满足要求。

（3）截、排水沟。从勘查资料可知，区内地表水主要的补给来源为大气降水和山体冲沟中的基岩裂隙水。山体斜坡的一般径流方式为片流、面流→纹流、细冲沟→冲沟→汇入山前河流，场地挡墙下部拟设排水渠排除场地内地表水，在开挖坡口线外围、侧缘、放坡平台内侧及挡墙内侧设置截水沟。

①排水沟设计计算。该区最大日降雨量为320mm，本次设计取最大小时降雨量为70mm，设计流量下的安全超高为0.1m。

按《室外排水设计规范》（GB50014-2006）2016 年版中的相关规定，取径流系数φ=0.5。根据勘查报告确定汇水面积F=0.005km2，按下式计算设计频率地表水汇流量：

式中：Q F—设计频率地表水汇流量（m3/s）；S F—设计降雨雨强（mm/h）；φ—径流系数；F—汇水面积（km2）

求得频率地表水汇流量：Q p=0.175m3/s。

最佳水力要素计算公式如下：

式中：0h—水力最佳断面水深（m）；N—渠床粗糙率；Q p—渠道设计流量（m3/s）；m—渠道内边坡系数；i—渠底比降；0b—水力最佳断面底宽（m）；0A—水力最佳断面过水面积（m2）；X0—水力最佳断面湿周（m）；R0—水力最佳断面的水力半径（m）；0V—水力最佳断面流速（m/s）。

求得：h0=356mm，b0=375mm，V0=0.43m/s。

②截、排水沟总体和结构尺寸设计：根据《排水与灌溉工程设计规范》（GB50288-2018）中的规定，排水沟设计水位应低于沟口0.1m 以上。在考虑了足够的安全储备后，分别在坡口线外围、侧缘设置梯形截水沟，在平台内侧设置方形排水沟，截水沟的结构尺寸为顶口宽300mm，底口宽300mm，深300mm，沟底厚200mm，侧壁厚150mm；排水沟上下同宽，为500mm，深500mm，沟底厚250mm，侧壁厚200mm，截、排水沟均采用M7.5浆砌块石修筑，过水面勾缝采用M10 水泥砂浆。

排水沟横向比降取1%，纵向比降取自然坡比（自然坡比小于1%时取1%），沟内截面面积A=0.25m2，湿周x=0.5m，水力半径R=0.3m，渠内平均流速0.43m/s（大于最小不冲走流速0.3m/s），满足要求。

排水沟设计过流量按下式计算：

求得Q=0.24m3/s，大于频率地表水汇流量Qp=0.175m3/s，满足设计要求。

坡口线外围及平台截水沟。坡口线外围及平台内侧设置截水沟，过水断面宽300mm、高300mm，用浆砌砾石砌筑。

挡墙底排水沟。在坡脚高程22.52m 处沿挡墙砌筑排水沟，将水流引至场地以外，过水断面宽500mm、深500mm，用浆砌块石砌筑。布设排水沟128m。

（4）绿化。在开挖及回填最终边坡及平台上铺设草皮复绿。铺设草皮面积2911m2。

4 结语

通过综合治理，可以最大限度保护矿山生态环境，减少地质灾害对矿山安全生产及土地资源的影响和破坏，减轻地质灾害对矿山地形地貌景观的影响，使矿山生产顺利推进，人与自然和谐共生；因此，其环境效益显著。