边坡支护在工程地质灾害治理中的应用分析

孙永利

（四川省冶金地质勘查局六0 五大队，四川 眉山 620800）

边坡支护技术可以改变边坡的荷载，提高边坡的结构稳定性，有效地控制地质灾害，提高施工现场的安全性。因此，相关人员应结合实际情况，加强支护技术在施工中的应用方法研究，确定危险部位，充分发挥支护结构的作用[1]。

1 应用边坡支护对矿山稳定性的作用

1.1 降低边坡的应力变形

边坡在重力作用下变形，在开采过程中因应力过大而受损。根据边坡破坏模式和应力变化的特点，将边坡断裂模式分为四种类型：倾倒、平移变形、拉裂开裂、楔形体变形。

倾倒：倾斜力矩的形成主要受岩体自重的影响。由于力矩超过了岩石的承载力，岩石很容易失稳而落在边坡较大的岩石上。特别是当岩石不连续时，倾斜变形更容易在断裂方向发生，最终发生块体弯曲和崩塌。在横缝的影响下，岩体也会产生连续剪切，从而导致弯曲变形和坠落。

边坡的平移拉开断裂形式，通常发生在滑动构造或倾斜较低的顺层边坡上，受自重的影响，边坡与节理之间的裂隙会互相剪切，张力是在自身重量的影响下产生的。当周围的约束条件被移除时，坡度等于岩石的内摩擦角，所以一旦矿点发生了爆破或是降雨造成岩块的结构稳定性降低，岩块就很容易沿着滑移面形成平移拉开的断裂形式。楔体变形通常在两个或以上构造平面的边坡中发生，主要原因是结构面切割产生的楔体变形，沿切割线滑动，对边坡造成严重破坏[2]。

结合以上故障模式的分析，所有故障模式都会在应力作用下使边坡发生变形，导致边坡薄弱部位的结构破坏，并逐渐扩展到整个结构的破坏，从而导致最终事故。倾斜支护可以对外施加反向拉力，抵消重力等荷载对边坡的影响，控制边坡的形成，避免边坡结构的破坏，实现对边坡的持力作用。

1.2 解决危险岩体坠落隐患

在矿山开发过程中，采用了爆破和其他开发方法，导致岩体受到内部振动和结构破坏的影响。如果有外力，岩石很容易沿着裂缝断裂。这类岩体是矿山中的危险岩体，对矿山设计人员的安全构成极大的威胁，制约了该技术在矿山开发中的应用。为了解决潜在的安全风险，通常情况下，相关人员要定期检查和清除小的危险岩石。

一旦边坡表面出现大量危岩，必须及时清除松动的岩石，以清除风化层和有裂缝的岩石表面，并进行边坡加固，坡体具有适当的坡度，提高了边坡结构的稳定性。边坡支护结构的使用可以支护破碎岩体，保证矿山结构的安全。在处理危险岩体时，边坡防护工程通常采用柔性人网覆盖危险岩体，通过竖向约束和作用力，可以有效地控制岩体的空间运动，以限制坠落和坠落。支撑结构是一种主动控制方法。在确定承载结构时，我们需要了解岩块裂缝的分布情况，确定围岩的钻孔，制定放置锚索和注浆的操作技术，以合理使用锚索，加固危险的巨石和潜在的滑动体[3]。该结构还保证了植被恢复空间，能适应不同的边坡结构。

2 使用边坡支护工程对矿山边坡的深层加固

2.1 加大边坡抗滑力

分析坡度的稳定能力，要在研究边坡破坏模式的基石上展开。我们可以作一个假想：将刚性滑动岩块某一点当作回转的中心点，以滑裂平面作为速度不连续平面，从岩块上任意选取一微分的单元体，此时的旋转角就可设定为日。当坡度岩体在临界状况时，就可能得出坡度的稳定能力系数，即是函数f(θ)的极低值。而通过边坡稳定系数，就可能得出坡度稳定能力的效果分析结论，同时边坡定量承载力分析结论也必须根据岩石条件、实际荷载量、支护情况等条件。为了明确锚索支撑稳定性系数的具体范围，应该将传统边坡稳定性分析方法更改为锚索支撑稳定能力分析方法，对边坡系统的内外功率变化做出测算，最后通过得出的计算结果，应该增加对坡度维持稳定能力的防滑力，从而使坡度的稳定能力大为提高。

2.2 支护结构提升边坡抗震能力

边坡的支撑构件能和岩体形成一个整体结构，用支撑构件就提高了岩体的整体结构，从而增加了岩体的承载力和抗震性。在矿山企业的开采过程中，随着边坡的影响发生变化，在开挖的影响下，岩体的初始应力不断释放，应力状态也发生变化。岩体结构的变化可以促进岩体向新平衡状态的转变，但也会导致岩体结构的破坏。边坡支护结构能更好地改善岩体结构的均布张力，提高岩体结构的稳定性。此外，边坡支护结构也适用于岩体支护，它不仅能控制岩体的自由运动，还可以通过对岩体形成反作用力来控制岩体的自由移动，同时支撑加固结构。由于岩体与支护构件紧密相连，可以形成刚体，滑动推力也从外部传递到更深的固体岩层。同时，嵌入效应可以使岩体具有更强的抗震能力，因为支撑元件增加了垂直于滑动面的表面张力，从而改变了滑动面的动力特性。同时，滑动面的表面摩擦力增大，岩体的滑动推力显著减小，最终抗震能力显著提高[4]。

3 边坡支护试验分析

3.1 稳定力学参数

以某矿山工程为例，分析了边坡处理过程中的稳定性和力学参数。对现场采集的10 例滑动岩石和10例滑动带岩土进行室内力学试验。通过测试和分析抗剪强度，岩体的抗剪强度参数确定如表1 所示。

表1

经过对实际的勘测结果进行综合分析，判断边坡的力学平衡参数如表2 所示。

表2

3.2 边坡稳定性分析

为了检验边坡支护技术的效果，分析地质灾害治理的作用，有必要分析边坡支护前后的稳定性变化，研究边坡各特征点在水平和垂直方向上的位移，然后比较数据。通过分析强度折减，确定支护边坡的安全系数约为1.27。虽然总体情况相对稳定，但部分地区仍存在不平衡问题，尤其是在矿山附近较高的边坡，安全隐患更为严重，因此有必要进一步加强对这些地区的管理。经过支护加固后，该高边坡的安全系数达到1.9，得到了显著提高，证明通过支护工作可以在工程地质灾害防治方面取得更好的效果。

4 实际案例分析

4.1 地质概括

山地斜坡土壤，主要由填筑物、残坡积黏性土和前寒武系黄洞口组上段的全、强风化作用粉砂石等构成。针对斜坡的岩石的成分、土壤结构、物理力学等特性测试结论，简介如下：（1）杂填泥土：土灰白、棕红色，略湿润，成松散状况，以黏性土居多，含碎岩矿渣粉、砖块等建筑材料废弃物，为高压缩力黏土，透水性较强，一般厚度范围为0.30～3.80m。（2）含碎岩粉状黏土：系粉砂石坡积物，褐红色、棕黄色，略湿或～湿，成可塑状况～硬塑土壤，以粉状黏土居多，含碎岩约百分之十，粒度通常为2～4cm，成棱角形。（3）粉质黏土：系粉砂石坡积物，棕红色、褐发黄，稍湿～湿，可塑状态～硬塑，以粉体颗粒居多，土质较平整，为中压缩力黏土，具有遇水后易软化，硬度迅速下降等特征，一般厚薄范围为0.40～3.50m。（4）黏土：系粉砂石山坡残积物，棕红色、褐发黄，稍湿～湿，可硬塑～坚固，以体粉粘粒居多，属于中压缩力黏土。

4.2 边坡支护设计

鉴于坡度高程较大，面积广阔，为减少坡度建筑施工过程对斜坡稳定性的影响，坡度保护工程适宜于采用自上而下分期砌筑、推进保护的逆作法开展建设；并且充分考虑到坡度岩石的生产状、结构组成、节理裂缝发育状况等，本坡度建设过程对斜坡表面主体构造采用土钉+框架柱+植草实施稳定性保护，对部分边缘路面采用挂网喷水泥实施保护。而针对本坡度建设过程的特殊性和实际施工经验，本建设过程按照特性及工序的差异，大致包括以下5 个分项部分：（1）削坡清表砌筑。（2）截沟渠（排水沟）砌筑。（3）锚索支撑结构砌筑。（4）砼框架梁砌筑。（5）植草绿化砌筑。其中锚索+框架梁+植草是本边坡的重点建设项目。

基于工程设计经验和实际施工类比情况，并采用了锚索结构内部刚度验算和外部稳定性验算，设计中边坡面每层倾斜度选择65°，土钉在面层的垂直布置上下倾角为10°，垂直和水平距离各为2.5M 钉材选择中25 热轧螺纹钢筋，钻孔孔径为100Mm 钉孔内注浆方法材料选择中M25 水泥砂浆。土钉孔径为8～18m，钉材表层喷涂了聚砜环氧树脂涂层以增强防腐蚀力量。为使混凝土钢筋的直径尺寸处于钻孔中，在每隔2m 设有定位支架。框架混凝土钢筋则使用C25 水泥，竖柱、气窗的尺寸为30cm×30cm，间距2.5m×2.5m。框架柱和锚索连为一体，在框架柱内喷播草种，进行园林绿化。

边坡排水系统能否得到改善，将直接影响后续的防护效果。因此，根据设计特点，在边坡外侧2m 处设置底宽80cm×80cm 的梯形槽，在边缘中部设置60cm×60cm的矩形排水槽，在残缺处设置100cm×100cm 的矩形排水槽。集水沟和排水沟收集的降水与相邻的城市排水系统相结合。边缘表面也设置排水孔，直径75mm，横向间距2.0m。横向排水系统外坡5%，设置不小于50cm的砾石反滤袋。

4.3 施工技术、方法与要求

1.削坡施工的流程：施工前准备，清除边坡表层植被，勘测放线，人工削土方，将土方对外运送，边坡表面修整，单项工程验收合格。建设技术规定：（1）在清方建设之前进行现场施工技术监测，并严密把控清方工程量，削方建设时应进行严密的把控，拟专设一观测组随挖随测地形情况，用观测设备指挥削方沙坪的工作。（2）在建设之前，必须首先做好现场清洁工作，把坡面的部分杂草、不平衡林木和所有废弃物清除出场，而后针对具体的坡体形状特征或有坡度治理工程设计需要，按照工程设计坡度进行挖除的方式进行削方工程和斜坡表面沙坪。（3）削方沙坪从后往前逐步进行，因现场坡度较斜，禁止在建筑坡度范围内堆放大块土石方，对破碎的土石方工程要及时地运到场边。（4）开挖高度不得高于工程设计剖面模型中所标记的开挖高度，并严密按工程设计所述削坡线进行施工，以确保等值线的圆顺。（5）所采取的削坡程序应当保证边坡表面的稳定性，在施工过程结束合格之前，对所有的施工过程边坡表面稳定性与安全问题负责，在建筑施工过程中，对边坡表面的不平衡泥土、碎石等应该进行削坡清除以保证安全。

2.锚杆支护施工方法。（1）锚索成洞方式：针对原本容易破坏山体整治施工的性质和特征，将抗滑锚杆的锚孔用风动潜洞锤钻入施工中，该施工方式的好处是不需要用水和泥浆清洞工艺，可有效减少冲击坡体，且速度快。锚杆钻孔施工时采用潜孔锤机，部分锚孔口径均为中130mm，并安装一定锤体。沿锚杆轴线走向，按照设计图上对不同施工区域的规定，每隔2.0m 设定一对中支撑;锚杆体按国家防腐蚀规定经过了防腐蚀处理。（2）锚索体注浆材料：张拉锚杆体注浆方法材质为M25 水泥砂浆，选用Po32.5 等水泥混合，设计配置比为：水泥:混凝土:砂浆=0.45:1:1.25，每立方米水泥砂浆材料用量比为360kg:800kg:1000kg，采取洞底返浆灌注法。水泥砂浆搅拌机一般采用普通搅拌器，搅拌机的每次搅拌砂量不能低于0.3m³/次，搅拌时间也不能低于2min。注浆材料一般采用UB 负二型灰浆挤压泵进行，运输管道应采用耐压不低于2.0MPa的高压胶管，管零接头选用快速接头以提高注浆速度。

5 结语

边坡支护技术对地质矿山灾害的影响分析表明，边坡支护的使用可以满足提高边坡稳定性的要求，显著减少机械工程地质灾害，确保矿山开发安全。在研究过程中，除了考虑岩石和土壤的影响外，还需要分析矿山周围的地下水文作用对矿山的影响，加强矿山环境的模拟，分析地质环境的实际情况，确定最合理的支护形式。