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        礦山地質(zhì)災(zāi)害治理方案研究

        2021-11-03 06:20:20
        世界有色金屬 2021年14期
        關(guān)鍵詞:條塊滑面滑動

        楊 可

        (1.太原理工大學(xué),山西 太原 030024;2.山西省地質(zhì)勘查局二一四地質(zhì)隊,山西 運(yùn)城 044000)

        1 礦山地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)的基本情況

        礦山地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)及其周邊多屬侵蝕構(gòu)造丘陵緩坡地貌,地形起伏大、形態(tài)復(fù)雜,斜坡、沖溝、落水洞、天坑等微地貌交錯發(fā)育,起伏跌宕、隨地而異[1]。

        馬官鎮(zhèn)礦山地質(zhì)災(zāi)害后緣以山坡坡面上部形成的弧形拉裂縫為界,礦山地質(zhì)災(zāi)害右側(cè)邊界以基巖巖蓋下錯區(qū)為界;礦山地質(zhì)災(zāi)害左側(cè)邊界不明顯,以地裂縫延伸末端為界;礦山地質(zhì)災(zāi)害前緣經(jīng)地質(zhì)測繪及地質(zhì)調(diào)查,原管溝開挖后,未及時回填,期間連降大雨,致使上部坡體滑動,繼而管溝回縮,故礦山地質(zhì)災(zāi)害前緣以原管溝溝壁為界。在平面上呈近“門”字形,立體形態(tài)呈“圈椅”狀。礦山地質(zhì)災(zāi)害平均縱長148m,后緣寬37m,中部寬79m,前緣寬90m,平均寬約75m,面積10864m2;滑體厚度一般為1.0m~4.0m,平均厚度3.0m,體積約3.25×104m3,從滑體的規(guī)模、力學(xué)機(jī)理和物質(zhì)組成劃分應(yīng)屬小型牽引式淺層巖質(zhì)順層礦山地質(zhì)災(zāi)害,礦山地質(zhì)災(zāi)害體相對較為平緩,地形坡角約13°~18°;礦山地質(zhì)災(zāi)害后部地形坡度角約17°~20°(見圖1)。

        圖1 馬官鎮(zhèn)礦山地質(zhì)災(zāi)害全貌

        2 礦山地質(zhì)災(zāi)害的形成原因

        礦山地質(zhì)災(zāi)害的形成因素較多,人為因素、自然因素都可以影響礦體的穩(wěn)定性。而礦區(qū)的巖土工程條件、水文地質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造及地形地貌條件是形成礦山地質(zhì)災(zāi)害的自然因素;排水方式的改變或?qū)χ脖坏钠茐氖钦T導(dǎo)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)最為常見的人為因素。

        導(dǎo)致馬官鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的主要原因:從地質(zhì)勘查及調(diào)查成果來看,導(dǎo)致礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的原因主要是地形地貌及地層巖性,該礦體粉質(zhì)黏土層較厚,下伏基巖坡度較大,管溝開挖在斜坡坡腳形成新的高陡臨空面,原斜坡巖體應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破,后又由于降雨等因素影響,于是管溝內(nèi)側(cè)之后的斜坡前部巖體開始滑動,后期中、后部斜坡巖體因失去前部巖體的支撐相繼被牽引滑動,因此此種類型的災(zāi)害為牽引式地質(zhì)災(zāi)害。該斜坡礦石產(chǎn)狀315°∠18°,因此判定災(zāi)害類型為順層地質(zhì)災(zāi)害。

        3 礦體的穩(wěn)定性分析

        3.1 定性評價

        根據(jù)調(diào)查,礦體被地裂縫及溶蝕溝槽切割成各個分離體,黏性土充填,降雨把黏土沖走后,形成臨空面,從而造成礦山后緣區(qū)域滑動現(xiàn)象比較明顯,現(xiàn)階段并未造成實(shí)質(zhì)性的危害,但是不排除后期存在的潛在危害。該礦體后緣及坡面均已發(fā)生較明顯的變形跡象,目前處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在大的降雨、地震條件下,礦體更加不穩(wěn)定,威脅經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)安全。

        3.2 定量評價

        3.2.1 計算工況的確定

        本區(qū)為地震多發(fā)帶,地震烈度為6度區(qū),考慮地震荷載;本區(qū)屬降雨較強(qiáng)區(qū),考慮暴雨對滑體加載及對滑帶軟化的影響(采用20年一遇暴雨)。據(jù)以上分析結(jié)合礦山地質(zhì)災(zāi)害特征及其礦體荷載情況,依據(jù)《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》(DZ/T 0219-2006),選定以下三種工況計算評價礦體的穩(wěn)定性[2]。

        計算工況如下:①天然工況:僅考慮自重;②暴雨工況:天然+暴雨工況(礦體表層土質(zhì)松散,巖體分離有利于降水滲入,暴雨情況按滑體土全飽水的不利情況考慮);③地震工況:自重(天然)+地震(地震烈度6度,考慮水平地震力)。

        3.2.2 計算模型

        采用勘查確定的滑面來計算,滑面呈折線形,取單位寬度的主滑方向斷面,對礦體進(jìn)行分條,假定每一分塊為一剛體,即不考慮塊體內(nèi)部的變形與應(yīng)力,建立塊體間平衡方程,穩(wěn)定計算采用折線型滑動面計算公式,剩余下滑力計算按傳遞系數(shù)法。計算公式如下:

        (1)滑坡穩(wěn)定系數(shù)Kf計算公式如下:

        式中:Kf—穩(wěn)定系數(shù);Wi—第i條塊的重量(kN/m);Ci—第i條塊的黏聚力(KPa);φi—第i條塊的內(nèi)摩擦角(°);Li—第i條塊滑面長度(m);αi—第i條塊滑面傾角(°);βi—第i條塊地下水水力坡度;A—地震加速度(單位:重力加速度g);φj—第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數(shù)(j=i),即:

        (2)滑坡推力計算。

        采用傳遞系數(shù)法計算,計算公式如下:

        滲透壓力平行滑面的分力:

        式中:Ks——滑坡推力設(shè)計的安全系數(shù);Pi——第i塊滑坡剩余下滑力(kN/m)。

        3.2.3 計算參數(shù)的選取

        (1)參數(shù)反演。

        參數(shù)反演根據(jù)變形體定性判斷的穩(wěn)定狀態(tài),礦體剖面整體進(jìn)行參數(shù)反演,參數(shù)反演公式依據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(GBT 32864-2016)13.3.1條進(jìn)行[3]。

        參數(shù)反演采用以下方法:

        (2)經(jīng)驗(yàn)值根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值。

        (3)參數(shù)取值:通過地質(zhì)調(diào)查和綜合分析,對室內(nèi)試驗(yàn)值采取快剪值。

        3.2.4 穩(wěn)定性計算結(jié)果

        經(jīng)計算,將剖面穩(wěn)定性計算及剩余下滑力成果表1。

        表1 礦體穩(wěn)定性計算成果表

        根據(jù)計算結(jié)果綜合判定:在天然狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài);在持續(xù)暴雨的影響下處于不穩(wěn)定狀態(tài);在強(qiáng)震影響下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

        4 礦山地質(zhì)災(zāi)害的治理方案

        4.1 修建排水設(shè)施

        排水不利是影響礦山地質(zhì)災(zāi)害治理的主要原因之一,施工時針對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)情況,合理修建排水溝、在溝底設(shè)置防滲土布,或利用平水排水法排出地下水,防止地下水沿土石面滲流,此種方法可行性較大,并且節(jié)省費(fèi)用、效果較佳。

        4.2 礦體減載

        對礦體后緣進(jìn)行一定面積的削坡,就是對礦體減載。

        4.3 修筑擋土墻

        馬官鎮(zhèn)位于省道邊,一旦發(fā)生滑動,會造成道路破壞或人員生命安全的危害。修筑擋土墻來防止礦體的下落也是比較常見的手段。

        4.4 錨索加固或抗滑樁

        這是一種對地質(zhì)災(zāi)害體治理的重要手段之一,其抗滑能力大,效果明細(xì),并且錨索或抗滑樁的樁位可根據(jù)現(xiàn)場條件靈活設(shè)置。

        5 結(jié)語

        本文以馬官鎮(zhèn)易發(fā)礦山地質(zhì)災(zāi)害為例,該研究區(qū)距省道較近,發(fā)生滑動必然危害性大,因此對其的治理必須一次根治,為了確保道路及人員安全不受到威脅,本文通過對礦山地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)狀分析及研究,提出相關(guān)的治理方案,希望對類似工程具有一定的借鑒意義。礦山地質(zhì)災(zāi)害治理工程已于2019年完成,根據(jù)其監(jiān)測資料來看,已處于穩(wěn)定狀態(tài),與礦山地質(zhì)災(zāi)害治理后的穩(wěn)定性驗(yàn)算相符合,說明本次提出的地質(zhì)災(zāi)害治理方案可行可靠,也達(dá)到了其治理效果。

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