湯江平，劉玉明，曹云健

（湖北省地質局第八地質大隊，湖北 襄陽 441000）

1 工程概況

湖北省竹山縣文峪河流域的圣母山硫鐵礦區(qū)地形地貌復雜多樣，環(huán)境地質條件復雜，不良地質作用及地質災害頻發(fā)。本文通過對礦區(qū)不良地質作用隱患的發(fā)育類型、特征進行分析，查明了災害形成機理及變形影響因素。在查明不穩(wěn)定斜坡物質組成及物理力學性質參數(shù)的基礎上，采用反演分析法獲得抗剪強度黏聚力c、內摩擦角φ，作為飽和狀態(tài)廢石堆的抗剪強度指標；采用折線形滑面穩(wěn)定性分析方法對穩(wěn)定性較差的和變形明顯的坡體進行3 個工況下的穩(wěn)定性分析，計算結果與實際情況基本吻合，為治理工程地質災害工程設計和實施提供了基礎地質數(shù)據(jù)。

2 勘查區(qū)地質環(huán)境條件

勘查區(qū)屬構造侵蝕中山區(qū)，屬秦嶺東延余脈的界嶺—武當山系，地貌單元為構造剝蝕地貌?？辈閰^(qū)地層時代主要有震旦系圣母山組亞組（Zs）、寒武系-志留系下統(tǒng)大貴組（Э-S1d)以及礦山廢石堆積物（Qml）。巖性可分為第四系松散巖類和變質巖類。

1）第四系松散巖類主要為廢石堆（Qml），土體結構松散，工程地質問題主要有不穩(wěn)定斜坡、崩塌、滑坡。

2）變質巖類的巖性主要為含礦層的絹云片巖、炭質絹云片巖。片巖力學強度低，抗壓強度8～10 MPa，易產(chǎn)生水土流失，沿片理或層理面會發(fā)生小規(guī)?；冃?。

勘查區(qū)位于構造侵蝕中山區(qū)溝谷地帶，場區(qū)地下水類型主要為松散巖土孔隙水及變質巖類裂隙水。分別為賦存于上部①層廢石堆的上層滯水、②層含碎石粉質黏土中的孔隙潛水、③層絹云片巖中的變質巖類裂隙水。

區(qū)域人類活動主要為礦山開采，歷史人工粗放開采形成的多處礦洞、高陡邊坡及廢石堆堆積形成許多不穩(wěn)定斜坡，廣泛分布于礦區(qū)。

本次勘查區(qū)位于竹林寺區(qū)域與大剝皮區(qū)域，總面積約1.14 km2。未治理區(qū)域為本次勘查工作的重點區(qū)域，包括竹林寺、大剝皮東北區(qū)、大剝皮東區(qū)廢石堆堆積區(qū)?，F(xiàn)階段廢石堆廣泛分布于斜坡坡面及沖溝內，堆積坡角20°～45°，厚度在5～20 m 不等，在降雨及地表水條件下，易形成局部坍滑、礦洞涌水現(xiàn)象等地質災害。

3 地質災害基本特征

3.1 地質災害隱患類型

未治理的廢石堆堆積體形成的不穩(wěn)定斜坡，其局部已發(fā)生溜滑，存在擴大繼續(xù)滑移風險，威脅擬建地下水防治工程。主要包括3 處不穩(wěn)定斜坡，由松散碎石及含碎石黏性土組成，堆積坡角27°～45°。

3.2 不穩(wěn)定斜坡基本特征

根據(jù)現(xiàn)場調查，大剝皮東區(qū)廢石因坡就勢堆積，坡度、坡向等形態(tài)各異，形成多處小斜坡。根據(jù)其分布特點，按照有獨立邊界且坡度大于20°的原則，大剝皮東區(qū)劃分出8 處不穩(wěn)定斜坡，對其進行調查與評價。大剝皮東北區(qū)和竹林寺各有1 處不穩(wěn)定斜坡。

3.3 災害形成機理分析及變形影響因素

區(qū)內人類礦山開采造成不穩(wěn)定斜坡具有高陡地形的特點，礦山廢棄碎石、碎渣未經(jīng)處理露天堆積，由于斜坡具有較好的匯水條件，土體遇水后自重增加，物理力學性質降低?，F(xiàn)由于無防護工程，導致不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性較差，坡體在降雨期間易發(fā)生小型塌滑及溜滑等變形。通過對災害體現(xiàn)狀調查及變形特征的綜合分析，災害變形影響因素主要有人類工程活動、地形地貌、地層巖性、降雨。

4 巖土物理力學性質

勘查采用原位測試、鉆探取樣及室內土工試驗、大重度試驗等方法，通過對各巖土層所測得的參數(shù)進行分層統(tǒng)計，獲取場區(qū)地層的物理力學性質指標。廢石堆以碎石角礫土為主，本次勘查對廢石堆堆積體形成的不穩(wěn)定斜坡局部變形部分取小剖面進行反演分析，分別以未明顯、明顯受暴雨影響變形計算天然狀態(tài)及飽和狀態(tài)下廢石堆抗剪強度參數(shù)。根據(jù)不穩(wěn)定斜坡目前整體處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)，局部發(fā)現(xiàn)變形現(xiàn)象，可以認為現(xiàn)狀情況下局部出現(xiàn)裂縫變形反演穩(wěn)定系數(shù)取Fs=1.01，暴雨情況下局部出現(xiàn)塌滑變形反演穩(wěn)定系數(shù)取Fs=0.99，選取此時廢石堆對應的c、φ 值，作為飽和狀態(tài)廢石堆的抗剪強度指標。

5 穩(wěn)定性分析評價

5.1 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性分析與評價

不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性計算方法采用GB/T 32864—2016 《滑坡防治工程勘查規(guī)范》 中推薦的折線形滑面的穩(wěn)定性計算方法進行計算[1]。

1）計算剖面選取與模型建立。本次工程設計采用實測代表性地層剖面進行單寬巖土體推力計算，根據(jù)各不穩(wěn)定斜坡典型剖面搜索最危險滑面，計算不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性，并以此建立計算模型，做剩余推力計算。如圖1、圖2 所示。

圖1 D1—D1′穩(wěn)定性計算模型圖

圖2 D3—D3′穩(wěn)定性計算模型圖

2）計算工況和荷載組合。（1）計算工況時根據(jù)不穩(wěn)定斜坡變形現(xiàn)狀及區(qū)內水文地形等特點，擬采取下列工況組合：工況Ⅰ為自重+地下水；工況Ⅱ為自重+地下水＋暴雨（20 年一遇）；工況Ⅲ為自重+地下水＋地震（烈度7 度）[2]。（2）荷載組合地表荷載中基本荷載為坡體的自重。降雨載荷是廢石堆土層無固定地下水位線，含極少量上層滯水，降雨時，計算考慮地下水孔隙水壓力作用，暴雨按20 年一遇降雨量核算。降雨時地下水位線的確定是利用理正巖土軟件滲流問題有限元分析進行模擬，運用二維簡化模型。

3）模擬選用參數(shù)。廢石堆積體滲透系數(shù)為0.16 cm/s，孔隙率30.14%，基巖滲透系數(shù)為5.44×10-5cm/s，按隔水邊界考慮。降雨強度取20 年一遇最大降雨量94.1 mm/d，計算以集中降雨時間4 h 考慮，降雨量23.5 mm/h。其中，大剝皮東區(qū)8 處不穩(wěn)定斜坡位于溝谷，降雨時兩側山坡雨水向溝中匯集。經(jīng)測算得知，東區(qū)總匯水面積為0.197 km2，其中，廢石堆積分布面積0.028 km2，按最不利工況考慮，降雨全滲入廢石堆積體，兩側山坡雨水全部補給廢石堆，單位入滲量按0.165 3 m3/（m·h-1）計算，采用不穩(wěn)定滲流分析，初始水位為基巖面，模擬得出各模型最高時段等水頭線，計算結果為：東區(qū)上段水位線與地形相關，水位線基巖以上0.5～2.0 m；東區(qū)下段水位線與地形相關，水位線基巖以上0.3～1.2 m。

5.2 計算參數(shù)的選取

區(qū)域內各災害點地質環(huán)境條件基本類似，本次計算參數(shù)選取主要參考勘查試驗數(shù)據(jù)成果，結合反演分析及工程經(jīng)驗綜合確定。計算采用參數(shù)為各巖土層（包括強、中風化軟弱結構面）天然狀態(tài)及飽和狀態(tài)的重度、抗壓強度、凝聚力、內摩擦角。

5.3 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性計算結果及評價

5.3.1 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性計算結果

根據(jù)上述計算公式、計算剖面模型、參數(shù)，選取了2 段剖面，對不穩(wěn)定斜坡在不同狀態(tài)條件下的穩(wěn)定性進行了計算分析，各剖面計算值為自然坡面穩(wěn)定系數(shù)值。計算結果見表1。

表1 不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性計算結果

5.3.2 穩(wěn)定性綜合評價

綜合分析結果，各不穩(wěn)定斜坡在工況Ⅰ、工況Ⅱ、工況Ⅲ情況下，不穩(wěn)定斜坡有塌滑、溜滑的可能；暴雨情況下可能發(fā)生塌滑、淺部滑移，裸漏廢石堆滾落?，F(xiàn)場調查不穩(wěn)定斜坡現(xiàn)狀出現(xiàn)小范圍變形跡象，有小規(guī)模塌滑的可能；暴雨情況下陡峭處易發(fā)生塌滑，裸漏廢石堆易被沖蝕；不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性計算結果（見圖3、圖4）與實際情況基本吻合。

圖3 東區(qū)1 號不穩(wěn)定斜坡（工況Ⅰ）穩(wěn)定性計算成果圖

圖4 東區(qū)1 號不穩(wěn)定斜坡（工況Ⅱ）穩(wěn)定性計算成果圖

6 結語

地質災害防治工程應主要考慮地災隱患穩(wěn)定性和災害發(fā)生對綜合防治工程安全的危害程度，結合環(huán)境影響因素和經(jīng)濟效益，選擇合理的工程設計方案對不穩(wěn)定斜坡進行綜合有效的治理。本工程參數(shù)選取和穩(wěn)定性分析方法為類似環(huán)境地質條件下礦區(qū)地質災害勘查和工程治理提供了借鑒。