矿山工程中滑坡地质灾害特征及成因分析

江宁

摘要：滑坡地质灾害在矿山工程建设过程中具有严重的破坏性，加剧水土流失、减弱了水分涵养功能、降低了生物多样性等一系列生态环境问题，对周围土壤、空气造成影响。本文通过对某矿山工程边坡的基本特征、成因分析、稳定性影响因素和破坏模式进行分析评价，提出针对性的矿山工程边坡滑坡防治建议，为该工程区域的防灾减灾提出科学依据，对保护当地人民生命和财产安全具有重要意义。

关键词：矿山滑坡；成因分析；破坏模式；稳定性；地质灾害

1.矿山滑坡基本特征

矿山施工区域为早期人工开挖形成的高陡边坡，后经人工复绿，坡面现状大部为草本植物及灌木覆盖。部分边坡坡面顶部在强降雨作用下发生滑坡，滑坡后缘坡面岩土体裸露，发生滑动岩土体总量约10800m3。目前矿山滑坡发育尚未成熟，主要发育有如下形态要素：滑坡周界、滑坡体、滑坡床、滑动面、滑坡台阶及滑坡裂缝。滑坡后壁发育明显，未见滑坡舌，滑坡前缘未见鼓丘及土垄。

1.1矿山滑坡区地貌形态及滑坡周界

矿山滑坡区位于人工边坡坡面顶部，早期坡面呈阶梯状，因滑坡造成坡面阶梯损毁，坡面坡度呈40°～60°。边坡坡顶山区原始地貌自然坡度一般为20°～30°，属剥蚀残丘地貌单元。滑坡区顶界为因滑坡形成的陡坎，其上为原始自然山体，坎高9m，坡度70°～80°，揭露矿带矿体结构为强风化粉砂岩，目前处于相对稳定状态；滑坡区东、西两界分别为人工边坡，坡面阶梯排水设施相对完好。由上述边界所圈定的范围即为滑坡周界，滑坡体平面总体呈扶手椅状，主滑方向303°，滑坡体纵向斜长约67m，横向平均宽约112m，分布面积约3600m2，滑体平均厚约3.0m，体积约10800×104m3，从滑体体积判断属中型滑坡。

1.2滑坡体及其物质结构特征

矿山工程施工中滑坡而产生的整体向下滑动的土体即为滑坡体。空间范围上滑坡体是滑坡周界所圈闭的区域。纵向上，滑坡位于约40m～110m標高之间，滑坡体厚度呈顶厚底薄的特征。矿山滑坡体为早期人工边坡表层整体滑动形成，主要由表层人工填土、全风化粉砂岩及部分强风化粉砂岩，滑坡体表层上部区域夹大量强风化粉砂岩碎块。

1.3滑坡后缘与裂缝

该滑坡强变形区发生在滑坡体上部。滑坡体上部形成明显的滑坡台阶，并于滑坡顶部，滑坡顶部两侧人工边坡台阶出现不同程度拉张裂缝。

滑坡顶部99m～102m标高之间地势相对平缓区为滑坡后缘，该区宽4m～8m。后缘边坡坡高约9m，坡度60°～70°，坡面凹凸不平。坡面裸露岩土体显示：碎石错动产生若干空隙，降雨后伴有土块崩落现象；组成台阶主要滑坡物质为松散状态的全—强风化粉砂岩。

1.4滑动面及滑坡床的基本特征

滑动面即滑坡体沿之滑动的软弱结构面，而滑床为滑动面下部未发生相对运动而保持原状的岩土体。滑坡体主要由表层人工填土、全—强风化粉砂岩组成，滑坡无明显的塑性变形带、剪切变形带，滑坡面（带）基本以松散状态的滑坡体与滑床接触间不连续的碎石土产出。而滑床以密实较好的强风化岩为主。

2.形成机制分析

滑坡体上覆泥盆系上统春湾组全—强风化粉砂岩、石英砂岩，岩体本身透水性弱，但节理裂隙发育，构成倒水通道，形成渗流场；风化程度较高的全—强风化粉砂岩遇水软化，物理力学性质下降严重，岩体稳定性较差。滑坡体为人工填土及风化粉砂岩为主，岩性由上至下为杂填土及全—强风化砂岩，其结构疏密不均，各层土体之间、残坡积层和基岩之间，以及在土体的垂直和水平方向之间的透水性都存在显著差别。

降雨时在地表上所形成的积水，渗入矿山边坡表层渗透性较强的松散土体，水流渗至强风化及基岩面渗透性较弱的底层而受阻，水流则顺接触带形成渗流面，使渗流面土体软化，土体的抗剪强度降低。同时，地下水渗流会带走土体中的细小颗粒，使土体结构变得更加松散。

特别是地下水长期沿着基岩相对不透水面渗透、侵蚀，在基岩相对不透水层与风化坡积层之间形成软弱带，而边坡滑动又使软弱带土体结构扰动和破碎，导致地下水侵蚀强度增大，侵蚀作用又加剧矿山滑坡体的不稳定。水流侵蚀作用是长期、缓慢的变化过程，使土体抗剪强度降低，处于边缘稳定状态，边坡土体滑动是滑动带土体的抗滑力和土体下滑力长期作用的结果。

场区基岩发育一组与边坡近同向的构造面279°∠79°。因此与地形斜坡倾向一致的软、硬相间的岩土组合体是滑坡产生的内在因素。该边坡为早期人工开挖削坡形成，边坡坡面削坡较陡，且边坡表面仅做了削坡、简易护坡及截排水设施，未做深部加固，因此矿山工程是造成边坡失稳的直接外因。降雨引起的地下水渗流、侵蚀作用和风化作用使边坡滑动带土体结构疏松、软化，强度降低，边坡土体容重增大，特别是土体的表观凝聚力丧失，导致边坡处于边缘稳定状态。因此，降雨是导致滑坡发生的直接诱因。

3.稳定性影响因素分析

矿山工程边坡稳定性的影响因素十分复杂，主要有边坡岩土体类型及性质、地质结构、水文地质条件等。除此之外，还有岩石风化、地表水和大气降雨作用、地震和人类工程活动。这些因素综合起来可以分为两大方面，即内在因素和外在因素。内因主要包括：组成矿山边坡岩土体的类型和性质、地质构造、水文地质条件；外因主要包括：降雨作用、岩石风化、人为因素、地震等。

3.1产生滑坡的内因

3.1.1岩土体的类型及性质

组成边坡岩土体的性质是决定边坡稳定性的基本要素。结构松散、抗剪强度和抗风化能力低，在水作用下容易发生软化的松散覆盖层、粘土、粉砂岩等是滑坡发生的物质基础。该滑坡体即以松散状态的人工填土、全—强风化砂岩为主，岩土体易被水浸软化。

3.1.2地质构造

该区发育一组与坡向近同向的构造面（279°∠79°）。实际上，滑坡方向与上述结果面基本吻合，滑坡为顺层滑坡。

3.1.3坡形

根据地区经验：边坡越高，坡内应力则越大，发生崩塌、滑坡的可能性也越大。坡角越大，坡脚应力集中越突出，斜坡也越容易失稳。调查区滑坡顶底高差近215m，滑坡区斜坡总体上坡度约40°～60°，岩土体应力集中。从形态上分析，该区斜坡属高陡边坡，参考地区类似工程经验，该区边坡稳定性欠佳。

3.1.4水文地质条件

区域地下水埋深较深，地下水对边坡稳定性影响甚微。但边坡岩土体结构松散、孔隙发育，降雨时雨水可轻易入渗，滑坡土体富水饱和后其物理力学性质将显著降低，从而影响边坡的整体稳定性。富水介质其本质上也是由岩土体类型及性质所决定的，是诱发滑坡重要的内在因素。

3.2产生滑坡的外因

3.2.1降雨作用

降雨是诱发滑坡的重要因素，降雨对滑坡的影响主要体现在以下几个方面：

3.2.1.1雨滴溅蚀：降雨发生时，坡面在雨滴的击打下出现溅蚀，这是降雨冲刷的最初形式。雨滴平均降落速度为7m/s～9m/s，会对坡面产生较大的冲击力，使土颗粒分散、破坏、迁移，为后续径流搬运提供物质基础；雨滴冲击径流，引起径流紊乱，增大了径流动能，可使径流挟砂能力大大提高。

3.2.1.2坡面径流侵蚀：在坡面侵蚀过程中，降雨和径流提供了侵蚀作用的动力，土壤是侵蚀搬运的物质基础，坡面则是作用发生的场所。降雨和径流在坡面上作用可能导致水土流失或破坏边坡，最终导致滑坡的发生。

3.2.1.3降雨入渗：雨水入渗使土体饱和，土体自重增加，同时引起抗剪强度的大幅下降。持续降雨还可引发地下水位上升或相对隔水层以上出现暂时性地下水。所以，当持续降水的时间和强度超过一定限度，则可能发生滑坡。

总之，降雨是诱發滑坡的重要因素，雨水入渗改变了滑坡体原有的平衡状态，加速滑坡的形成；同时，多次的干湿状态交替变化使得岩土体更容易发生开裂，这不仅为地表水入渗提供了通道，也加速了裂缝的发展。

3.2.2风化作用

长期风化是一个缓慢的过程，它不能立刻改变边坡岩土体的性质，但最终将破坏原岩体结构。如滑坡体中上部分布的危险岩体，主要是由于顺层裂隙面遭受长期风化侵蚀而使部分岩体脱离母岩而形成的。

3.2.3人类活动

人类工程活动是导致滑坡地质灾害的又一重要因素。实际上，现状边坡即为早期矿山工程施工所致。山体开挖致边坡表土剥离，原岩体结构受到爆破震动影响表层节理裂隙发育。同时，对矿山周围山体进行开挖，使边坡呈阶梯状，部分坡面坡度较陡，这也加剧了中上部岩土体的下滑趋势。总之，滑坡区域边坡现状是人类工程活动的结果，不稳定的边坡形态也是产生滑坡的重要原因。

根据边坡所处地质环境条件并结合上述分析：造成边坡失稳而产生滑坡的因素较多，而产生滑坡的根本原因是边坡岩土体物理力学性质无法满足自身稳定的要求。降雨是改变岩土体物理力学性质的最重要原因。因此，导致滑坡发生的最主要因素为降雨，尤其是连续性的强降雨。

4.破坏模式分析

滑坡体以浅层松散状态人工填土及全—强风化粉砂岩为主。滑坡体覆于与坡面坡向基本相同的结构面之上。该结构面平直、延展性良好，滑坡区均有出露。由于早期人工开挖削坡过度，中下部岩土体挖损严重，滑坡体前缘边坡较陡，前缘土体下滑牵引后缘土体。因此，从整体上看滑坡属牵引式顺层滑坡。

根据上述分析结合“滑坡发生机理（黄润秋）”，现阶段强变形区内各级台阶破坏模式属于“滑移—拉裂—剪断（三段）式”机理模式滑坡。该模式是指边坡的变形破坏具有三段发育的特征，即下部沿近水平或坡外结构面蠕滑、后缘拉裂、中部锁固剪断。这种滑坡机理往往具备如下地质结构特征：①坡体由相对均质的脆性岩体或半成岩体构成；②坡脚发育缓倾、外倾结构面；③以坚硬岩土为主，但夹有相对较薄弱的软弱夹层。而该滑坡恰好具备上述特征。坡面人工填土、全—强风化粉砂岩为半成岩土；整个区域发育有与滑坡基本同向的外倾结构面；粉砂岩、石英砂岩属坚硬岩，且局部节理裂隙发育。这说明该滑坡具备“三段式”滑坡的结构特征。

5.防治建议

目前，常用的矿山边坡治理手段主要有削方整形、坡面防护、工程排水等措施。根据金龙后山边坡特征、成因及破坏模式，建议采用削坡+锚索+格构锚固的形式进行防治，利用按一定角度加固于边坡岩土体中的锚杆，使破碎的岩石提高粘聚力、承载力和抗剪强度，达到增加边坡岩土体稳定性的目的，通过对预应力锚索的二次张拉，达到锚杆的永久锚固。同时，坡面格构梁兼顾深层锚固和浅层稳固的作用，提高后期维护效果较好。

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