抗滑桩在矿山地质灾害治理中的有效性分析

杨 峰

（湖北省地质局第八地质大队，湖北 襄阳 441000）

经济的发展受到环境的限制，自然资源环境空间要具备高度的完善性才能够作用于经济建设中，但部分企业或者单位不顾集体利益，随意开采矿产资源，使得区域地质环境遭到破坏，因此发生了地质灾害问题，影响人们的生命财产安全，因此要只针对矿山地质灾害治理作出反应。准确分析地质灾害发生的原因，针对其中可行的治理方法展开讨论，而其中抗滑桩的应用凸显出现实价值，下文将立足于此分析其在灾害治理方面的有效性。

1 抗滑桩的简介

（1）技术施用优势。抗滑桩技术是20世纪50年代所发现的可作用于水利工程与灾害治理工程中的有效措施，由于其在地质灾害防治方面所起到的作用，因而已广泛应用于矿山地质灾害的治理过程，但技术应用仍有可完善的空间，需要结合具体项目工程给出进一步的优化措施。而抗滑桩能够发挥出多样化的优势得益于其多种应用特点，首先整体来看，构造抗滑桩的环节较少，施工流程较为简便，在实际施工作业环节无需过多机械化设备即可完成任务，所挖出的土石方数量小，对于保障原有结构的稳定性起到相应的作用，有助于降低矿体遭受不良侵害问题产生的几率[1]。其次，在抗滑桩使用的过程中涉及到应用多种桩型的作业，说明需要针对不同的工程地质条件合理选用，因此较为灵活，仅需录用相关地质条件信息，说明工况和条件因素即可选用科学的抗滑桩桩型，具备灵活调整施工方案的优势。抗滑桩能够提升桩体本身的抗滑效能，对于抵抗地质灾害发生起到促进作用，并且具备一定的适应性和灵活性，能够服务于治理作业，起到现实效果[2]。

（2）应用原则。随着技术的不断拓展，在对矿山地质灾害治理过程中除了要保证治理效果满足预期外，还需要针对不同的技术以及工程建设条件确定应用原则。就抗滑桩在地质灾害治理工程中的应用来看，要保证将此结构发挥出最大效能需要确保所设置的位置符合周围环境特征，具备科学合理的特性，位置的改变将直接改变后期应用的效能，因此出于安全性和稳固性的考量，要精准计算抗滑桩的设置位置。抗滑桩的位置受到多方面因素的限制，例如：水文条件等，按照矿山地质灾害所呈现的具体形态，就其前边缘、滑床速率等展开讨论，设定相符合的施工方案，及时调整抗滑桩位置，确保所设置的倾斜角能够满足水平承载的需要，钻入适宜的孔洞深度，从而提升地质灾害治理效果。

2 矿山地质灾害治理工程选用抗滑桩的原因

此工程为三顾路两侧路堑边坡，其中所面对的地质具备结构、物质组成和地貌形态的差异，整体来看在14号边坡中应用设置抗滑桩的方式能够有效发挥其作用。由于此部分，该段目前边坡已发生多处滑移变形，边坡发育两个连续的滑坡体，两滑坡体相邻，且相互独立。矿体的坡面为林地，种植果木，坡脚修建有挡土墙及截排水沟。边坡坡顶地形平缓，前缘临空，坡面较陡，坡度在35°左右，坡面形态利于雨水汇集下渗。受降雨影响，边坡坡体越过前缘挡墙滑移变形，滑坡体裂隙发育，边界特征明显。因此更为适合运用增设抗滑桩的方式。

3 抗滑桩应用于矿山地质灾害治理工程的有效性分析

3.1 建立计算模型

本文将以运用FLAC3D软件构建计算模型为例。首先要确定好初始应力条件，根据初始应力场开展弹塑性计算，在所有矿区地表、土层均处于水平状态时，运用K0系数法，若没能处于水平状态，则需要应用施加重力场的方式，对接计算模型确定的要求。结合本工程中的具体环境和地质特点，模拟地质灾害发生后情况，满足非水平状态的计算特点，置零速度场和位移场，设定模拟应力场中的初始状态。在确定初始状态后，记录模型总长、详述剖面图中显示的地质灾害发生后矿体的结构，完成以上作业的目的是更好的契合施工经济和安全的要求，并使得抗滑桩的位置等能够切实符合水平位移和受力的基本情况，准确设定桩径和桩间距。在计算模型的构建中使用库伦本构模型，分不同的桩单元进行模拟，给出其中桩径、桩间距、弹性模量和泊松比，完成滑坡土层参数的记录工作，确定好在天然状态下矿体土层的体积模量、剪切模量、重度、黏聚力和内摩擦角，根据实际治理工程的参数，设定模型边界条件，按照两个方向x、y的不同情况，给出满足约束条件的边界条件，为后续分析模型打好基础。运用FLAC3D软件经过准确的评测后，可以看出，运用下部开挖的方式对于原有平衡的影响较为明显，其中上部地质结构已经出现了一定的位移形变，说明呈现出滑坡的特点，按照此结果对比真实矿山开挖导致的地质灾害发生的情况，发现其与真实情况相契合，由此证明所设计的模型符合真实地质灾害发生的情况，接下来所给出的分析结果具备可信度。

3.2 计算模型分析

（1）桩位改变的分析结果。为更准确的研究桩位改变对原有矿体结构的影响，就不同的位置设置了抗滑桩，并保证土体等其他参数维持原状，分别在距离坡顶35m、70m、105m的位置设置了模拟用桩体，此实验中不同桩体的锚固深度为桩径的三倍。按照以上的操作方式记录了弯矩、水平位移，形成对应的变化图，从而更好的分析其中所具备的规律。图1为在距滑坡坡顶35m处设置抗滑桩，各项参数的变化效果，结合图示结果可以看出在35m处设置抗滑桩可维持稳定系数在1.26的范围内，并且位移较为明显，并没有达到相应的抗滑效果。通过分析桩体弯矩可以看出，其所能承受的最大弯矩值为4000KN▪m，而剪力为1700KN，所呈现的位移最大值是3.4mm，因此所设定的距离不合理，布设的桩体位置过高。即便是抗滑桩仅仅移动了较小的位移，但不能对下部滑体起到实际作用，无法限制其继续向下滑动，呈现出安全系数小的不稳定效果，无法针对滑坡滑动起到实际效用，因而不利于管控工程造价，不能够满足经济与安全的双重需求。结合以上分析结果可以发现，在给定滑坡治理方案的环节要尽可能在地质灾害发生区域增设抗滑桩。

图1 桩身弯矩图

将抗滑桩布置在距坡顶70m时，同样要生成桩体弯矩图，根据分布图分析可得，在70m处设置抗滑桩可维持稳定系数在1.34的范围内，并且位移并无明显的变化，并达到相应的抗滑效果。通过分析桩体弯矩、剪力、位移图可以看出，其所能承受的最大弯矩值为6200KNm，而剪力为2100KN，所呈现的位移最大值是4mm。因此，将抗滑桩布置在距离坡顶70m处较为合理，符合实际要求。

将抗滑桩布置在距坡顶105m时，还需要生成桩体弯矩、剪力和位移图，根据分布图分析可得，在105m处设置抗滑桩可维持稳定系数在1.28的范围内，并且位移有明显的变化，出现整体坡体位移偏大的问题，无法达到相应的抗滑效果。通过分析桩体弯矩图可以看出，其所能承受的最大弯矩值为3800KN▪m，而剪力为1560KN，所呈现的位移最大值是6.5mm。因此，在此种环境下，位移过大不利于保持矿体的稳固性，在最不利的条件下，不具备合理埋深。

（2）锚固深度改变的分析结果。对于锚固深度改变对于矿体稳定性的影响分析过程来讲，通过设置1-5倍的桩径，模拟实际环境和条件，准确记录了不同参数变化所对应的数值，依次记录好弯矩、剪力、位移，结合上文针对桩位改变所形成的分析结果将此实验设定在距坡顶70m处，从而保证研究不同锚固深度的最优解具备现实意义。

首先，分析在抗滑桩为无桩、1-5倍锚固深度的情况下，分别绘制出在所对应的稳定安全系数值变化图，对应关系是：无桩-1.05、1-1.2、2-1.28、3-1.34、4-1.35、5-1.35，由此可见，锚固深度为3倍时开始达到稳定状态下对安全系数大于等于1.3的标准，但随着锚固深度的逐渐增加，其安全系数并未有明显的变化，因此说明将抗滑桩锚固深度设置为3倍即可达到防滑、提升安全性能的效果。若太小，会出现不安全的问题，而太大，不符合经济的需求。

在锚固深度变化的过程中，水平位移、剪力和弯矩值均在随之变化，根据模拟结果来看，其对应关系见下表1。

表1 不同锚固深度下桩身位移、剪力值和最大负弯矩值

结合上表分析可知，在同时考量安全系数、水平位移值、剪力值、最大负弯矩值的基础上，当锚固深度为1或者2倍时，无法达到预防地质灾害的作用；当锚固深度逐渐提高的过程中，处在4-5倍的锚固深度状态下，其所承受的最大剪力并未有明显的变化，仍未2000KN，所能承载的能力仍处在3倍的水平上，因此为保证经济与安全的双重效果，需要将抗滑桩的锚固深度设置在3、4倍的范围，从而提升抗滑效果。

（3）模拟分析总结论。基于以上模型分析结果，可以看出，在其他影响稳定性的要素维持不变的情况下，将抗滑桩的位置设置在距离坡顶70m处能够达到最佳的预防地质灾害发生的效应，而将其设置在最低处并不能真正意义上满足经济的要求，因此要兼顾最不利滑面处具备合理埋深的条件，充分提升对矿山地质灾害治理的效果，将抗滑桩布置在出口段到推力分布曲线的反弯点最为有利。就锚固深度的结果来看，即便是随着深度逐渐增加，防治效果有所显现，但相较于3-4倍的深度并未出现明显的增强，而深度增加代表所需要的工程量也随之增加，因此为践行绿色工程的原则，一般将抗滑桩锚固深度设置在3倍桩径处。

4 结语

综上所述，经过上文的分析，将抗滑桩应用于矿山地质灾害的防治工程中可达到提升矿体稳定程度，而在本工程中将抗滑桩设置在距坡顶70m处、锚固深度为3倍最为合理。