北场-架崖山矿段露天采场北帮滑坡特征及防治方案研究

李平华

兰坪县北厂—架崖山矿段露天采场的开采历史，始于1981年，初期以开采富铅矿为主，之后历经上世纪80 年代初期的大规模群众性开采，90 年代的国家和地方政府开采。2003 年7 月29日云南金鼎锌业有限公司成立后，对矿山进行了科学规划、规范开采及现代化管理。

经年累月的矿山开采造成矿山地质环境条件较为复杂。经多年采矿作业，北厂—架崖山矿段露天采场呈现反“C”形，且形成了一定规模的山坡露天采场。当前露天采场主要集中在北厂矿段生产，分别由北帮、东帮、南帮及较为平缓的西帮组成，采场顶部位于北帮高程2740m，采场底部高程2552m，采深188m。架崖山矿段顶部高程2817m，采场底部高程2624m，采深193m。

2020 年5 月14 日9 时24 分露天采场北帮发生了滑坡地质灾害，滑坡体直接威胁下方区域采矿人员及设备的安全。滑坡体的防治工作紧急且尤为重要。正确地认识滑坡地质灾害，研究其基本特征与发生、发展规律，科学地制定防治方案，并有效组织实施，能够大大减少地质灾害带来的损失，同时有效扼制并消除地质灾害带来的威胁。

1 滑坡所在区域基本地质概况

滑坡区域位于兰坪县北厂—架崖山矿段露天采场北帮顶部区域。矿区为一穹隆褶皱山地，核部被剥蚀成负地形，翼部则相对凸起。北厂—架崖山矿段属穹隆北东翼，正地形，相对高差约600m，90%矿量在侵蚀基准面以上。

滑坡区域自下向上揭露岩层为：矿体直接顶板侏罗系中统花开左组（J2h1）的紫红色泥质粉砂岩夹细砂岩；三叠系上统麦初箐组（T3m）的灰黑色粉砂岩；三叠系上统三合洞组（T3s）深灰色沥青质灰岩。除三合洞组（T3s1-2）为坚硬岩层外，其余为软弱岩层，以粉砂岩、细砂岩为主。其共同的特征是：力学强度低、含亲水、片状矿物；浸水崩解、泥化、软化、风化快，稳定性差。

岩体结构特征有散体结构，分布于边坡中上部；层状结构，分布于边坡下部；碎裂结构，边坡上中下都有分布，所占区域较大。风化程度从上至下依次为强风化和中风化。

矿段北东帮属多层结构的切层（或反向）坡；基本由外来系统地层组成；岩体结构面具多期、多方向性特征；主要结构体形式为碎块状、块状，块度在0.02m ～0.5m 间，多为碎裂散体结构软、较软-半坚硬岩岩体，岩体力学强度普遍较低。露采开挖，破坏了岩体原来的应力状态，引起应力重分布，产生应力不均匀释放；由于坡体基座软-较软弱岩层较厚，易在坡脚形成应力集中带，造成塑流变形，向临空区挤出；在坡顶一定范围产生拉张松动变形，形成平行坡口线的卸荷张拉裂隙，产生中、小型崩塌、滑坡等地质灾害的可能性大。

矿区属亚热带高原型山地季风气候，受喜马拉雅-西藏暖湿气流影响，冬季低温阴雨连绵，夏季雨水充沛。矿区属温带气候，气温最高31.4℃，最低9.7℃，年平均11.5℃。区内雨量充沛，雨季多集中在6 月～9 月，占全年降雨量的72.11%；历年平均降水量975.2mm，最大月降雨量376.9mm，最大日降雨量80.8mm。

2 滑坡地质灾害基本特征

2.1 地形特征

滑坡位于露天采场北西侧，地形较陡，坡度约50°～55°，坎高35m ～40m（见图1）。

图1 滑坡全貌远照

2.2 变形特征

滑坡体平面呈舌形，滑坡方向约121°，纵长约24m ～90m，横宽约430m，滑体岩体松散，滑体表面坡度总体约50°～55°，滑坡体高度约35m ～40m，后壁高度13m，后壁坡度70°（见图2）。

图2 滑坡近照

2.3 滑坡形态及规模

滑坡整体沿陡坎呈线状分布，后缘及前缘周界清晰。滑坡后缘为陡坎上方，出现明显开裂变形，前缘为坎脚，有明显剪出口。滑坡主滑方向为121°，纵长约24m ～90m，横宽约430m，面积约21727m2，滑体厚度6m ～10m，平均厚度7m，方量约90000m3。

根椐《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T 0218-2006）规定，滑坡物质组份、滑面最大埋深和力学性质划分，滑坡属推移式中型浅层岩体滑坡。

2.4 滑坡结构特征

（1）滑坡堆积：主要有三叠系上统麦初箐组（T3m）强风化灰黑色粉砂岩、三叠系上统三合洞组（T3s）强风化深灰色沥青质灰岩，滑体厚度6m ～10m，平均厚度8.0m。

（2）滑带（面）特征：滑动面属于强风化与中等风化接触面、三合洞组灰岩与麦初箐组泥岩接触面，呈折线型，埋深6m ～10m。

（3）滑床：滑床由中等风化灰黑色粉砂岩、深灰色沥青质灰岩组成。

2.5 滑坡成因

2.5.1 主控因素

该滑坡形成的主控因素包括地形条件、岩土条件、构造条件，各因素对滑坡形成的影响主要表现为：

（1）地形条件：滑坡区地处北厂-架崖山露天采场斜坡上，受露天采场开挖的影响，斜坡整体分为多个平台，平台之间为陡坎，地形坡度较陡，大于60°，为滑坡提供临空面。

（2）岩土条件：坡体上部为强风化灰岩及粉砂岩，节理裂隙发育，岩体破碎，力学强度低，组成边坡的三叠系上统麦初箐组（T3m）强风化灰黑色泥质粉砂岩属于极软岩，易风化崩解，随着不断风化崩解，边坡临空面变陡，极易诱发滑坡。

（3）构造条件：根据《云南金鼎锌业有限公司北厂-架崖山矿段露天采场边坡结构参数优化及稳定性研究》报告，露天采场边坡岩结构面间距主要分布在0cm ～20cm 区间，节理较为发育；结构面大部分属于平直型；结构面倾角主要集中在51°～90°，属于陡倾结构面；结构面张开度类型中，以闭合节理为主；结构面均为干燥结构面。由于结构面倾角较陡，雨季地表水渗入后容易使结构面泥化和软化，最终诱发滑坡。

（4）水文地质条件：水是促使滑坡形成的主要因素。一方面，场区上覆土体以强风化灰岩和粉砂岩为主，具有一定的渗透性；另一方面，由于底部三叠系上统麦初箐组（T3m）强风化灰黑色泥质粉砂岩渗透性较差，容易接触带富水。地表水下渗，容易在渗透性有差异的土层间聚集、流动而形成软弱带（或软弱夹层）；滑带土长期在地下水的浸泡下软化，随着抗剪强度降低逐渐加剧土体蠕变。

2.5.2 诱发因素

（1）雨季强降雨。

（2）露天采场外围未修建完善的排水设施，降雨直接排于坡体，使得滑坡周边地表水不能及时排走，在滑坡低洼处形成积水。即长时间的降雨和地表水入渗，容易造成土体饱和，增加土体自重。

（3）滑坡后缘主要为露天采场边缘强-中风化层，露天开采对坡体的开挖，影响坡体稳定性。

3 滑坡地质灾害稳定性分析

3.1 计算模型选取

根据收集资料及现场调查，边坡主要由侏罗系中统花开左组（J2h1）的紫红色泥质粉砂岩夹细砂岩、三叠系上统麦初箐组（T3m）的灰黑色粉砂岩、三叠系上统三合洞组（T3s）深灰色沥青质灰岩构成。斜坡整体失稳滑动面为强风化与中等风化界面，因此采用极限平衡理论计算斜坡稳定性，滑面简化成折线，稳定性计算采用通用的传递系数法计算滑坡稳定性及推力。

3.2 计算方法

滑动面近似折线型，按照《滑坡防治工程勘查规范》及《滑坡防治工程设计与施工技术规范》的有关要求，对滑坡的稳定性及推力进行计算。将滑面视为折线型，简化为二维问题进行计算。

3.3 计算工况及荷载组合

3.3.1 计算工况

根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T 0219-2006）中表3 查得，滑坡防治工程等级为Ⅲ级。根据滑坡的实际情况，滑坡稳定性分析计算工况如下：

工况一：滑体天然自重。

工况二：滑体天然自重＋暴雨作用。

工况三：滑体天然自重＋地震力作用。

3.3.2 荷载组合

（1）滑体自重：按不同工况组合，不同深度的土体分别采用天然和饱和重度分块计算。

（2）暴雨及地下水：暴雨入渗深度范围取饱和重度，入渗深度取滑面深度。

3.4 计算参数选取

根据《云南金鼎锌业有限公司北厂-架崖山矿段露天采场边坡结构参数优化及稳定性研究》报告，各岩土层参数见表1；水平地震系数（Kn）：滑坡处于抗震设防烈度Ⅶ度区，按规范规定，A 取0.15；量取滑动面长度（L）与倾角（α）、计算滑块面积（A）与重量（G）在计算断面上量取与计算；滑坡稳定安全系数（Fst）：工况一取1.20；工况二取1.05；工况三取1.05。

表1 岩土层的稳定性验算指标建议值表

3.5 计算结果

滑坡在工况一条件下Fs=1.03，滑坡处于欠稳定状态，工况二条件下Fs=0.93，滑坡处于不稳定状态；工况三条件下Fs=1.01，滑坡处于欠稳定状态。

3.6 发展趋势及危害

现状滑坡稳定性较差，目前处于滑动变形阶段，处于欠稳定状态，暴雨饱和后处于不稳定状态，将产生滑动。北厂-架崖山露天采场西北顶部滑坡现状直接威胁下方采矿人员及设备的安全，威胁人数约30 人，威胁资产约500 万元，地质灾害险情等级为中型。

4 滑坡地质灾害防治方案研究

4.1 防治目的

采取技术可行、经济合理的综合防治体系。滑坡防治目标是消除地质灾害产生的威胁和隐患，控制和减小滑坡灾害损失，确保地质灾害危险区内采矿作业人员生命和设备安全。

4.2 防治原则

坚持“以防为主，防治结合，运用科学方法，经济合理”的指导方针，按照以人为本，安全经济，因害设防、统筹兼顾、重点整治的工程防治，行政措施，植物措施三者并举进行防治的原则。

（1）以人为本原则：坚持以人为本，针对滑坡威胁对象进行地质灾害防治策略。

（2）设计安全可靠，经济合理的原则：滑坡地质灾害防治工程应以保护和美化环境为原则，密切配合露天采场总体发展规划，合理布置，精心设计，力求工程治理措施可行、经济合理、安全可靠。

（3）因害设防、统筹兼顾、重点治理原则：针对滑坡威胁对象进行重点工程治理，对坡面及周边在自然和人为因素作用下可能诱发滑坡边坡失稳危害的地段采取工程或植物措施进行防治，达到防治结合的目的。

（4）防治与管护相结合：工程治理、行政措施两措并举，除设置工程治理外，要提高防灾意识，加强对治灾设施的管护。

4.3 防治方案设计

地质灾害防治方案的拟定，需要遵循前述地质灾害防治原则，根据地质灾害体的特征、地形地貌、地层岩性等情况确定。方案设计时主要考虑治理效果、投资、环境影响及施工难度等因素，以最优者为推荐方案。总体方案为分台放坡+地表排水的综合治理措施。

4.4 防治工程布局和工程措施

4.4.1 分台放坡

滑坡位于现状露天采场坡顶，采用削坡降低坡比的方式护坡。以现状露天采场2612m 平台开始分台放坡，具体参数为：分台台阶高度12m，坡比为1：1.00，平台宽度40m，台阶坡面角45°，最终边坡角13°。分为2588m、2600m、2624m、2636m、2648m、2660m、2672m、2684m、2696m、2708m 共10 个平台。

4.4.2 排水系统工程

露天采场为山坡露天，最低开采标高位于当地侵蚀基准面沘江河以上，地下水对采矿活动无太大的影响。露天采场内积水主要为大气降雨。露天采场内采用分台阶截流的排水方案，在露天采场台阶内侧修建场内排水沟，排除地表大气降水和地表裂隙水。

4.4.3 废石排放

为了避免削坡后产生的土石方对地质环境的二次破坏，应将削坡废石排入现有排土场内。

4.5 方案治理工程量

根据上述设计方案，根据现状地形，本次共分10 个平台，主要工程为分台削坡、土方外运、排水沟开挖、征用土地，其工程量见表2。

表2 治理工程工程量表

4.6 效果评价

设计治理工程主要有：分台削坡、土方外运、排水沟开挖、征用土地等。对地质灾害进行清除，降低采场边坡坡度，从根本上解除了地质灾害对采矿工作人员及采矿设备的威胁。滑坡治理设计科学合理，施工可操作性强，预期工程设计效果较好。

5 结论

（1）滑坡现状处于欠稳定～基本稳定状态，暴雨饱和条件下处于不稳定状态，地震条件下处于欠稳定～基本稳定状态。

（2）降雨、地表水入渗是滑坡形成主导诱因，地震加剧了滑坡体的变形。

（3）建议对滑坡重点地段采取清理及削坡措施，完善滑坡区范围的截、排水设施。

（4）前期工作中，先对滑坡区修建完善的排水系统对维护场区稳定是确切有效的，能够尽早完成滑坡的施工治理工作。

（5）为保证滑坡治理措施的施工安全性，验证治理效果尚应进行短期或长期监测，并设立相应的警示标志及预警预报体系。