国外某铜矿采场边坡稳定性及治理分析研究

雷丁丁

（铜陵有色金属集团控股有限公司）

国外某铜矿采场边坡位于南美洲厄瓜多尔东南部，当地气候具有典型的亚马逊地区雨林气候特点。雨量大，强度高，平均年降水量达3 000 mm。强降雨是导致边坡发生滑坡的重大诱因之一，土体的物理力学性质发生显著变化，雨水入渗至土体后，土体内部含水率增加，有效重度降低。因此，降雨入渗是导致边坡发生失稳的一个重要因素，已经受到业界的广泛关注。为降低地质灾害危害，保障矿方的安全生产，本研究结合国外某滑坡案例，为边坡的滑坡治理对策提供参考。

1 工程概况

国外某铜矿露天采场经多年开采，目前开采深度为220 m。由于该矿所在区域近期连续强降雨［1］影响，引发地表长期积水，抬高了边坡内浸润面，使采场西北帮边坡第四系土体有效抗滑力减小，导致国外某矿露天采场西帮第四系边坡发生滑坡型地质灾害（图1），本次滑坡范围走向长度约为200 m，标高范围为+8～-21 m，滑坡高度为29 m，滑坡方量为10～15万m3，滑坡物料在水的作用下，以泥石流形态散落在采场内局部台阶上及采场坑底。

2 工程地质与水文条件

2.1 工程地质条件

第①层为素填土或耕土（Qal或Qml），灰色，灰黄色，很湿—饱和，呈松散—稍密状态。主要由粉质黏土夹少量碎石、石子、矿渣等组成，农田处主要为粉质黏土夹少量植物根系。拟建场地内均有该层分布。该层揭露层厚0.40～9.80 m，揭露层底标高为-24.34～6.19 m。第②层为粉质黏土（Q4al），黄灰色，稍湿—湿，可塑状态。土切面光滑，土状光泽，摇震无反应，韧性、干强度中等。局部夹薄层粉土，揭露层高程为-28.28～-21.02 m。第③层为中风化泥岩，红色、紫红色，呈泥状构造，含铁质氧化物，其他矿物成分肉眼难以鉴定，岩心主要呈短柱状。

2.2 水文地质特征

根据区域水文地质资料及现场勘察，本滑坡区土层地下水类型主要为孔隙水和承压水。地下水动态及幅度变化随季节性变化大。地下迳流与蒸发是该区地下水主要排泄方式。场地上部土层的地下水主要分为2类:一类是分布在第②层粉质黏土与粉砂互层中的孔隙水，另一类是分布在第②层粉砂层中的承压水；正常运行期间稳定水位标高分别在-0.42～-2.38 m和-23.05～-36.24 m。

3 监测数据分析［2］

表面位移监测主要通过实测不同时期监测点坐标的变化获取数据，采用人工监测方式时，在监测设施安装初期每半月进行一次。图2为某测点沉降位的变化情况。

从图2中可看出：前8次监测数据不断变大，主要是因边坡强降雨的影响，雨水进入土体以后，土体由原来的非饱和转化为饱和状态，强度参数降低，土体的位移不断变大。后期监测数据趋于稳定，位移变化幅度较小，主要因为进入旱季，降雨量降低，土体在前期发生沉降之后，经过固结，沉降趋向于稳定，故位移变化较小。

4 强度参数确定

在滑坡稳定性计算［3］和工程设计中，滑带土的黏聚力C和内摩擦角ϕ取值至关重要，本次计算参数选取以国外某矿勘相关技术工作综合确定，其计算结果为稳定性分析及边坡治理提供基础性依据。

（1）反演模型的建立。本次边坡加固治理区域走向长度为210 m，在平面上选取典型剖面（Ⅰ—Ⅰ剖面），通过现场的踏勘对比分析，选取剖面的滑坡前模型进行反演分析计算，其边坡结构参数见表1。

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（2）计算状态和稳定性评估指标。通常将反分析［4］的状态称为临界状态，临界状态是指在确定工况的评估指标下的边坡即时状态。结合本次边坡滑坡特点，其稳定性评估指标主要依据边坡宏观变形状况来确定。该某矿山西北帮边坡目前已出现塌方滑坡现象，因此确定其边坡稳定性安全系数为0.90＜FS＜1，作为其反演判断依据。考虑“自重力+水”工况，根据相关技术规范和工程地质手册可确定黏聚力C、ϕ值的范围，据此得出其滑动面，见图3，稳定性计算结果及强度参数见表2。

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5 渗流计算及区域降水影响分析

（1）滑坡前渗流场分析。根据地质模型［5］的概化及数学方法的实现，对采场滑坡前的Ⅰ—Ⅰ剖面进行地下水模拟。由于采场西北帮附近存在总体垂直于边坡走向的3条纵向排水沟，其地下水的主要补给源丰富，补给面积大，同时考虑到极端天气影响（主要为强降雨），因此，在模拟滑坡前地下水时，其水头值直接附在其边坡顶部区域，见图4。

（2）设置排水措施。由于在边坡的上缘设置了拦挡土堤，水头损失增大；同时，在第四系边坡表层设置了反滤层，在其基底处设置排水棱体形成底部渗流通道，并在其土体表面建立通畅的排水设施。一系列措施有效地降低了边坡内部的浸润线，提高了边坡的稳定性。

（3）治理后边坡渗流场分析。因为滑坡区域岩性主要为粉砂层，在高水头作用下，土体容易发生渗透破坏。因此，经过综合考虑，采用透水性良好的压坡方案，并在滑坡上游采用透水性差的黏性土挡土堤，降低上游水位的补给，其渗流场模拟结果见图5。

（4）稳定性计算结果分析。通过压坡方案稳定性研究分析之后，边坡稳定性分析结果见表3。

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6 边坡治理方案

主要治理思路：以块石压坡［6］、边坡再造为主，设置0～2、-10、-21 m平台，下部设置排水棱体、坡面设置反滤层、排水沟等，与滑坡体两侧稳定台阶合理衔接。具体是在上游采用拦挡土堤，边坡的滑坡前缘抗滑段区域采用透水性与强度较好的大块石进行反压，坡身采用风化料压坡，同时加强坡体内地下水引排，其安全系数与压坡厚度关系曲线见图6。

从图6模拟结果可知，边坡安全系数随压坡厚度的增加而提高，在压坡厚度为9 m以前，安全系数变化幅度不大，可能是由于在坡脚区域压坡厚度不够所致。随着压坡厚度的增加，因压坡物料的力学参数较高以及压坡之后，总体边坡角也逐渐降低，故当压坡厚度达到9 m以后，安全系数大幅度提高，压坡效果显著，其工程治理措施见图7。

7 结 论

（1）在滑坡前，边坡体内饱和状态下稳定性安全系数小于1.0，不满足规范要求，边坡处于不稳定状态；经分析是由于场区地下水的主要补给来源丰富，补给面积大，尤其受近期强降雨引发外围地表长期积水，边坡水位线迅速上升，土体接近于饱和，土体有效强度降低，安全系数较无水状态下显著降低，从而引发本次第四系滑坡。

（2）由于该矿所在区域地下水较发育，尤其在大气降雨的情况下，容易引发地表长期积水，抬高边坡内浸润面；为有效地降低坡体内部浸润线，在人工堆积体与边坡的交界面设置反滤层，并在滑坡区域设置有效的排水体系，综合疏导，增强边坡的整体稳定性；经过滑坡体清理、边坡再造、坡面反滤、底部设置排水棱体等综合处理措施后，边坡安全系数达到规范要求。

（3）采取削坡减载措施，安全系数随整体边坡角的逐渐降低而变大，适当放缓整体边坡角有利于边坡的安全稳定；在边坡的滑坡前缘抗滑段区域采用力学性质较好的采场风化料回填，同时加强反压区地下水引排，治理效果显著。