某滑坡破坏机理分析及治理方案的选择-矿业114网 
首页 >> 文献频道 >> 矿业论文 >> 正文
某滑坡破坏机理分析及治理方案的选择
2019-12-30
以某矿山露天采场西帮土体边坡为例,分析其滑坡事件的发生及勘察、治理方案的选择。结合以往 勘察资料,通过对台阶土体边坡失稳前后稳定性系数的计算及破坏机理分析,排除本次边坡失稳并非是土力学方 面的原因,得到其失稳主要原因是:土体边坡坡肩附近有地表水体的存在,地表水体通过具有液化性的粉质粘土与 粉砂互层(俗称流砂层)的缓慢渗透,局部产生涌泥、涌水,最终产生管涌,导致土体边坡局部坍塌,并在地表水体的 冲击作用下,进一步扩大边坡坍塌范围。基于滑坡破坏机理分析,从而否决“块石压坡、边坡再造”原方案,改以“填 退水体,注浆改土”综合治理方案,为企业节约了治理成本。
Series No. 522 金 属 METAL MINE 矿 山 总第 522 期 2019 年第 12 期 December 2019 某滑坡破坏机理分析及治理方案的选择 郝学冉1 允21 王 1. 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司,安徽 马鞍山 243000;2. 华东冶金地质勘查局综合地质大队, ( 安徽 马鞍山 243000) 摘 要 以某矿山露天采场西帮土体边坡为例,分析其滑坡事件的发生及勘察、治理方案的选择。结合以往 勘察资料,通过对台阶土体边坡失稳前后稳定性系数的计算及破坏机理分析,排除本次边坡失稳并非是土力学方 面的原因,得到其失稳主要原因是:土体边坡坡肩附近有地表水体的存在,地表水体通过具有液化性的粉质粘土与 粉砂互层(俗称流砂层)的缓慢渗透,局部产生涌泥、涌水,最终产生管涌,导致土体边坡局部坍塌,并在地表水体的 冲击作用下,进一步扩大边坡坍塌范围。基于滑坡破坏机理分析,从而否决“块石压坡、边坡再造”原方案,改以“填 退水体,注浆改土”综合治理方案,为企业节约了治理成本。 关键词 滑坡 破坏机理 边坡稳定性 管涌 注浆改土 中图分类号 TD854.6 文献标志码 A 文章编号 1001-1250(2019)-12-178-04 DOI 10.19614/j.cnki.jsks.201912031 Analysis of Landslide Failure Mechanism and Selection of Treatment Scheme 1 22 Hao Xueran Wang Yun ( 1. Sinosteel Maanshan Institute of Mining Research Co.,Ltd.,Maanshan 243000,China;2. General Geological Prospecting Brigade of East China Bureau of Geology & Exploration for Metallurgy,Maanshan 243000,China) Abstract Taking the soil slope in the west side of an open pit as an example,the occurrence of landslide and the selec‐ tion of investigation and treatment scheme are analyzed. Combined with the previous survey data,and through the calculation of the stability coefficient before and after the instability of the soil slope on the step and the analysis of the failure mecha‐ nism,it is concluded that the instability of the slope is not caused by the soil mechanics. The main reason for the instability is: the existence of surface water near the slope shoulder of the soil slope. The slow infiltration of the surface water through the liq‐ uefied silty clay and silty sand interbed(commonly known as quicksand layer),locally generate mud breakout,water gush‐ ing,and finally piping,which lead to local collapse of soil slope,and further expand the scope of slope collapse under the im‐ pact of surface water. Based on the analysis of the landslide failure mechanism,the more economical treatment plan for land‐ slide as "filling pond and grouting to replace soil" is proposed,instead of the original plan of "pressing slope with block rock and reconstructing the slope". Keywords Landslide,Failure mechanism,Stability of slope,Piping,Grouting to replace soil 随着我国国民经济的持续快速发展,资源、能源 消耗持续增长,矿山地质环境保护面临的压力越来 越大,矿山地质环境问题将成为露天矿山持续稳产 的约束瓶颈。当前,我国矿山地质环境形势依然很 严峻,治理难度越来越大。科学规划地质灾害防治 工作,加强地质灾害的防治与管理,对保证国家和人 民的生命与财产安全具有十分重要的意义。本研究 通过某矿山露天采场西帮土体边坡从滑坡事件的发 生,到勘察及治理方案的选择全过程分析,意图说明 滑坡的勘察与设计应当注意的问题,特别是土及水 力作用的特殊性。治理方案应针对引起滑坡的主导 因素进行,在保证安全的前提下,还要注重时效性及 经济性。 1 滑坡概况 某矿山经多年露天开采,目前采场已形成东西长 约 1 100 m,南北宽约 1 000 m,绝对高度约 150 m 的采 2 矿坑,面积约 0.734 km 。采场的底盘标高为-147.72 m,由山坡露天、深凹露天开采转为扩帮开采及平硐 作者简介 郝20学19冉-1(01-92721—) ,男,高级工程师。 · 178 · 郝学冉等:某滑坡破坏机理分析及治理方案的选择 2019年第12期 开采。2013年 10月矿山对西南帮边坡进行了稳定性 研究及工程地质与水文地质补充勘察工作。 2 016 年 10 月,露天采场西帮发生了滑坡地质灾 害,构成采场西帮顶部起至第四级台阶的边坡土体 发生滑动,标高范围+8~-21 m,滑坡主轴方向约 1 50°,滑坡破裂缘(后缘)至滑坡舌(前缘)长约 100 3 m,滑坡宽约 200 m,滑坡体规模约 10 万 m ,平面展布 2 面积约 0.02 km ,属于小型滑坡。边坡倒退 10~55 m。 倒退距离最大处位于南端,因水塘岸帮垮塌,塘水冲 刷、侵蚀滑坡壁所致(图 1、图 2)。未受水塘岸帮垮塌 影响的部分边坡倒退 10~20 m。地质灾害点西侧为 人口聚居村庄,距离灾害点最近仅约 126 m。事故发 生后,矿山撤退附近居民,并委托专业单位进行了勘 察及抢救性治理设计。 2 极限平衡法滑坡破坏机理分析 为研究滑坡后边坡稳定性,工程勘察施工了 21 [ 1] 个钻孔,并开展了多次标准贯入试验、动力触探试 验及注水试验等原位试验,并进行了一系列室内土 工试验。测得土体内黏聚力和内摩擦角等相关系 数。 利用工程勘察工作成果,用极限平衡法 分别在 1-1、2-2剖面(图 3)上对边坡滑坡前及滑坡后的稳定 性进行验算,为找出诱发滑坡地质灾害发生的主要 因素提供依据。 计算公式为 τ = c + σtanϕ , (2) Ks = W2 × γ × d2 + τ × L σ = ( W cosβ + W cosβ2 ) × γ , (3) 179 · 1 1 2 , (1) W × γ × d 1 1 · 总第522期 金 属 矿 山 2019年第12期 式中,Ks 为边坡稳定性系数;τ 为抗剪强度,kPa;c 为 黏聚力,kPa;ϕ为内摩擦角,(°);σ为作用在滑动圆弧 上法向方向的应力,kPa;L 为滑动圆弧全长,m;γ 为 3 滑坡土体容重 ,kN/m ;W1、W2 为滑体下滑部分、滑体 2 阻滑部分单位宽度面积,m ;d1、d2 为对应 W1、W2 通过 滑动圆弧中心的铅垂线的力臂,m;β1、β2 为滑体下滑 部分、阻滑部分作用在滑动圆弧上的法向夹角,(°)。 圆弧滑面计算示意见图 4。 参数选择依据现场调查得出。滑坡滑动面位于 中细砂中等富水含水层,故 c、ϕ、γ等土力学特征参数 均选用中细砂中等富水含水层的实验结果。滑动圆 弧同样位于该含水层中,系根据钻孔揭露的土层界 线、和滑坡后缘壁上实地观测到的地层界线,三点作 [3] 圆连接而成 。计算结果见表1。 参 照《滑 坡 防 治 工 程 勘 查 规 范(GBT32864- 流长期作用下,土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔 隙孔道中,缓慢移动并被带出,逐渐形成管状通道。 地下水位以下的土质边坡面多为淋水边坡,坡面出 现渗水、管涌状渗水,沼泽化现象(图5、图6)。 [2] 2 016》 ,滑坡稳定状态根据滑坡稳定系数 Ks 的大小 划分为4个等级见表2。 从表 1计算结果可以看出,滑坡前后的稳定系数 Ks≥1.15,处于稳定状态。实际上,原各台阶土边坡是 按照有关规范设计并已使用近 50 a 未发生任何失稳 事故。从滑坡现场观察,滑坡壁土层水平层理结构 清晰,未发现土体蠕变及明显软弱滑动面的存在。 滑坡何故发生,由土力学难以得到科学的解释。 3 缓慢渗透导致管涌 根据 2013 年及本次工程勘察资料,发生滑塌的 主要土体是第③层粉质粘土与粉砂互层:灰色,局 部呈青灰色,软塑,呈饱和状态。主要为粉质粘土 与粉砂交替沉积,有清晰的沉积韵律,各孔均有该 层分布,揭露层厚 16.90~23.20 m,揭露层底标高- 据矿山长期观测资料:6~7 月连日降雨使水塘 及边坡附近农田中累积的大量地表水,缓慢渗透逐 步加剧。滑坡发生当天,采场西帮最上部台阶的土 体首先滑下,不久后,南端水塘塘底即出现大量渗 水。地表水通过含水层渗水通道涌入采场,一段时 间后水塘靠近采场一侧的岸帮即垮塌,使得水塘与 1 9.36~-13.18 m,具有液化现象。这种土体颗粒大小 比值差别大,往往缺少统计粒径;磨圆度好,孔隙直 径大而互相连通,细粒含量较少,不能全部充满孔 隙。局部含少量的粉土、云母碎片、植物腐殖物。颗 粒多由比重较小的矿物构成,易随水流移动。在渗 · 180 · 郝学冉等:某滑坡破坏机理分析及治理方案的选择 2019年第12期 采场连通。塘水继续通过地表水体豁口涌入采场, 携带大量塘底和岸帮泥沙的同时也冲刷、侵蚀滑坡 [4] 壁,使得滑坡后缘向南西扩张 。扩张范围逐渐增 大,中部水塘也出现岸帮不稳现象。后因南端水塘 中塘水泄干、降水停止以及矿山方面及时组织治理, [5] 滑坡后缘扩张趋势得以控制 。 4 治理方案的选择 由于此项工程属抢险项目,某勘察设计单位快 速地完成了“以块石压坡、边坡再造”方案详图,块石 3 棱体挡土墙长度达 292 m,土石量超过 10万m 。因工 程量较大,且完全从土力学角度去整治这一滑坡,没 有考虑破坏机理的本质—缓慢渗透导致管涌的事 实,此方案没有被采纳。经过研究,勘察设计单位重 新提出了“填退水体,注浆改土”综合治理方案(图 7 ):沿滑坡后缘线平行布置 3 条注浆线,在②层粉质 粘土层下,标高 4~-20 m 范围内(③粉质粘土与粉砂 互层分布范围)以间距 5 m 的孔距(约 150 个钻孔)进 行压密注浆,阻止地下水向采坑方向渗透,并提高土 的抗剪能力。由于此方案主要针对缓慢渗透,对症 下药,能较快地实施,还因其投资少,工期短,且较好 地保护了采坑周边基本农田,新的治理方案最终被 采纳,并很快进行了工程施工。 5 结 语 从事边坡治理的勘察人员,在按照有关规范查 明边坡工程地质条件同时,还应当考虑地下水的不 良作用。对于流土应分别查明土的细颗粒含量及临 界水力比降。对于易发生管涌的非粘性土,除了查 明上述有关参数外,还应当从接触冲刷和接触流失 以及渗透变形等方面加以判别。设计单位在进行边 坡治理设计时,应针对引起滑坡的主导因素进行,在 保证工程安全的前提下,尽力争取一定的建设时间, 并应保证工程的长期效率。按“填退水体、注浆改 土”综合治理方案竣工后取得的效果:治理前边坡渗 [2] GB/T 32864-2016 滑坡防治工程勘查规范[S].北京:中国标准出 版社,2016. GB/T 32864-2016 Code for Geological Investigation of Landslide Prevention[S].Beijing: Standards Press of China,2016. [ 3] 张向东,张哲诚,张 玉,等 . 瑞典圆弧法的积分形式及其广义 数学模型[J].应用力学学报,2014,31(2):162-168. Zhang Xiangdong,Zhang Zhecheng,Zhang Yu,et al. Integration form and the general mathematical model of Sweden Circle Method [J].Chinese Journal of Applied Mechanics. 2014,31(2):162-168. 3 3 水总量约 400 m /d,治理后边坡渗水总量 100 m /d 以 下,缓慢渗透得到有效扼制。与此同时,边坡后缘注 浆范围土体边坡抗剪强度也大大提升。 [4] 郑禄璟,郑禄林,常晓娜,等 . 露天边坡稳定性影响因素分析及 防治措施[J].金属矿山,2014(2):161-164. Zheng Lujing,Zheng Lulin,Chang Xiaona,et al. Influencing factor analysis and control of open pit slope stability[J].Metal Mine,2014 (2):161-164. 参 考 文 献 [5] 王道临,董瑞荣,吕龙飞 .水对露天矿边坡稳定性的影响及治理 [ 1] 常士骠,张苏民 .工程地质手册[M].4版 .北京:中国建筑工业出 措施[J].露天采矿技术,2013(6):34-38. 版社,2006. Wang Daolin,Dong Ruirong,Lu Longfei. Effect of water on slope stability and control measures[J]. Opencast Mining Technolgy, 2013(6):34-38. Chang Shipiao,Zhang Sumin.Engineering Geoglogy Manua[l M].4th ed. Beijing:China Architecture & Building Press,2006. (责任编辑 石海林) · 181 ·
  • 中矿传媒与您共建矿业文档分享平台下载改文章所需积分:  5
  • 现在注册会员立即赠送 10 积分


皖公网安备 34050402000107号