熊 朋，王文軍，仇 明

（中國有色金屬長沙勘察設計研究院有限公司，長沙 410000）

1 工程概況

成功采礦結束后隨之而來的是大量的大型廢棄礦坑，國土資源的緊缺和環(huán)保意識的提升，礦坑資源的利用是全社會重點關注的難點和研究方向。

長沙某礦坑項目是專為少年兒童打造的全室內(nèi)、全天候、全季節(jié)世界頂級童話神話主題公園，各建筑物單體大部分在坑頂邊線40m以外，坡頂規(guī)劃道路標高為48～60m，，較現(xiàn)狀地面堆土平均高約10m。

2 場地巖土工程與水文地質(zhì)條件

2.1 原始地貌

本項目屬于湘江Ⅲ～Ⅳ級階地，上部為網(wǎng)紋狀砂質(zhì)黏土，部分砂質(zhì)黏土被剝蝕，下部為砂、砂礫、礫卵石，階地丘陵化較強烈，沖溝較發(fā)育，局部分布礫卵石層。2018年7月6日測得礦坑內(nèi)積水水位標高為-6.20m，水深約57.50m。

2.2 地層巖性

場地內(nèi)分布的上覆地層有人工填土層（Q4ml）、第四系新近沖積層（Q4al），第四系沖積層（Qal），第四系殘積層（Qel），土層整體厚度不大?；鶐r為泥盆系灰?guī)r及泥灰?guī)r，較為單一，產(chǎn)狀210°～290°∠45°～50°，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ～V級，局部存在溶蝕裂隙、溶溝溶槽、溶洞等巖溶充填物。場地東北側存在開挖礦石所形成的采空區(qū)空洞，形態(tài)大小不一，底部多為泥漿沉淀，視厚度4.20～52.00m。

本文涉及的坑壁巖土體的物理力學參數(shù)詳見表1。

2.3 水文地質(zhì)條件

地表水主要為泉水、巖溶水、礦坑頂排水明渠、水塘和礦坑積水，與大氣降水密切相關。與地表水無直接水力聯(lián)系，僅礦坑內(nèi)洞口通道處可見泉眼，為上升泉。礦坑周邊場地地下水主要有上層滯水、潛水及基巖裂隙或巖溶裂隙水三種。

3 坑壁治理前穩(wěn)定性分析

該礦坑現(xiàn)已廢止，西北側存在一巖質(zhì)滑坡，2003年之前發(fā)生過一次大型楔形體破壞，后又經(jīng)人工活動，坡底開采、修路，于2011年順節(jié)理裂隙面形成滑坡，局部存在危巖及崩塌，巖溶及塌陷，采空區(qū)等不利因素。礦坑南側巖層產(chǎn)狀290°∠50°，開采邊坡近于直立，臨空側應力釋放，外加長期雨水侵蝕，形成較發(fā)育裂隙，呈“X”狀，裂面有明顯的擦痕，在巖層層面及節(jié)理裂隙的切割作用下，形成危巖體?？颖趲r體形成巖溶裂隙、溝槽及溶洞。

地下水也是一項重要影響因素，雨水、地表水或淺層土層中地下水沿縫隙滲入巖體，潤滑或沖蝕結構面膠結物，降低結構面物理力學強度，加快邊坡失穩(wěn)速度。其次，風化和人類建設的影響也是主要因素，溫差變化過大，爆破震動都會加快邊坡破壞的進程。

擬建場地為大型游樂場所，使用年限長，人員流動密集，坑壁的穩(wěn)定是保證坑頂人員和建筑物安全的前提，因此，需要進行坑壁治理。選取礦坑南側典型斷面進行分析。

采用理正巖土軟件極限平衡法進行邊坡現(xiàn)狀折線滑動整體穩(wěn)定性分析計算，計算結果安全系數(shù)為1.200，如圖1。采用Midas Soilworks軟件強度折減法計算現(xiàn)狀邊坡安全系數(shù)為1.263，邊坡最大變形為48.0mm，如圖2。均不滿足規(guī)范整體穩(wěn)定性要求。

圖1 按折線滑動法現(xiàn)狀邊坡計算結果

圖2 按強度折減法法現(xiàn)狀邊坡計算結果

4 坑壁治理后穩(wěn)定性分

圖3 按折線滑動法加固后邊坡計算結果

圖4 按強度折減法法加固后邊坡計算結果

該方案根據(jù)勘察地質(zhì)調(diào)查的主要裂隙結果，上部按1∶0.5坡比通過爆破切除卸荷裂隙形成的楔形體危巖，避免頂部裂隙進一步擴展，避免楔形體破壞和危巖崩塌；坡面設置系統(tǒng)錨桿和面板防護，加固表層巖體裂隙，并避免坑壁巖體風化和雨水侵蝕；再增設長預應力錨索和環(huán)梁對邊坡深層進行錨固，已達到整體和局部均穩(wěn)定。采用理正巖土進行加固后的邊坡按折線滑動法整體穩(wěn)定性分析計算，計算結果安全系數(shù)為1.422，如圖3。采用Midas Soilworks軟件強度折減法計算加固后的邊坡安全系數(shù)為1.435，邊坡最大變形為30.9mm。如圖4。均滿足整體穩(wěn)定性要求。

表1 巖土體物理力學參數(shù)表

5 結語

本文以長沙礦坑旅游開發(fā)為例，采用理正軟件極限平衡法分析治理前后邊坡的整體穩(wěn)定性，采用MIDAS有限元強度折減法對邊坡的變形和治理效果進行分析，得到了以下結論：

巖質(zhì)高邊坡的穩(wěn)定性主要由巖體節(jié)理裂隙控制。通過詳細的巖土勘察和地質(zhì)調(diào)查，準確獲得巖體結構構造、產(chǎn)狀及軟弱結構面等物理力學參數(shù)，是巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析和支護設計與施工的關鍵和重要依據(jù)，其準確性和充足性尤為重要。

由于礦坑頂部開挖陡峭，應力釋放最大，卸荷裂隙最多，結構面也最發(fā)育，擬破壞的巖快體積一般較大，滑面也較深，下滑分力較大，若直接采用強拉硬錨的支護型式，會做成很大的施工量，支護成本大，工期長。若采用直接爆破切除危巖或切坡后再支護，則在保證工程穩(wěn)定安全的基礎上能有效縮減了工程量和工期。

在巖質(zhì)高邊坡的支護中，系統(tǒng)錨桿和錨索能有效地增加邊坡局部和整體穩(wěn)定性，坡面設置面板對裸露的巖面能有效的防護和分散錨桿錨索應力。

在巖質(zhì)高邊坡的支護中，單一支護方法已難于滿足其復雜的支護體系，多種計算分析軟件的相互驗證能夠為設計提供有效的技術保障。

結合礦坑自然資源進行旅游發(fā)展，能夠促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。相信在今后的規(guī)劃和規(guī)范建立中，一個完善的礦坑治理和利用體系能夠建立，也會讓這一個個“地球疤痕”實現(xiàn)華麗的蛻變。