蚌埠市大洪山林场焦山宕口矿山滑坡特征及稳定性分析.pdf

冶金与材料第 44 卷蚌埠市大洪山林场焦山宕口矿山滑坡特征及稳定性分析牟成志（安徽省地质矿产勘查局三一二地质队，安徽 蚌埠233000）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 1 期2024 年 1 月Vol.44 No.1Jan.2024摘要：文章选取了蚌埠市大洪山林场焦山废弃宕口矿山为研究对象，在对研究区地质环境特征的判定分析的基础上，着重对区内的 HP01 滑坡的特征以及影响因素进行分析，确定了其稳定性。认为 HP01 滑体软弱的岩性组合、人工活动以及持续的降雨是导致滑坡活动的主因；在天然工况下，其稳定性为欠稳定；在暴雨工况条件下，该滑坡的稳定性为不稳定。关键词：大洪山林场；滑坡；影响因素；稳定性评价作者简介：牟成志（1990），男，安徽淮北人，主要研究方向：水工环地质。蚌埠市大洪山林场焦山废弃宕口矿山开采历史较长，从 20 世纪 80 年代开始开采，形成多个开采宕口，开采边坡高陡，极易形成崩塌、滑坡等地质灾害隐患，目前各宕口开采均已闭坑，矿山治理责任主体灭失。本次选取蚌埠市大洪山林场焦山废弃宕口矿山作为典型的历史遗留矿山作为研究，在矿区所处地区有一定代表性，因此本次在对研究区实地勘查的基础上，重点对研究区内的滑坡类地质灾害的形成特征及稳定性进行研究，以期对该区域历史遗留矿山的地质灾害研究提供参考。1地质环境特征研究区位于淮河台坳的蚌埠台拱与淮南陷褶断带的过渡带，褶皱构造总体为淮南复式向斜的一部分，为淮南复向斜系次级上窑复式向斜大磨山吴家山向斜带，研究区位于该向斜的北翼，未见明显的断裂构造。区域地貌属于江淮丘陵和波状平原区，按照地貌形态类型和成因划分为平原和丘陵两种，研究区及周边水系属淮河水系。区域主要水系为淮河南部支流，研究区内主要水系为人工开挖的水塘。2工程地质水文地质特征2.1工程地质特征根据基岩成因类型、岩性特征，评估区内岩体建造类型为沉积岩建造，根据其岩性可划分为较坚硬中厚层碳酸盐岩工程地质岩组、较软弱薄层碎屑岩工程地质岩组。较坚硬中厚层碳酸盐岩工程地质岩组：岩性为寒武系下统馒头组上段的灰岩。岩溶不发育，未见溶沟、溶槽、溶洞等溶蚀现象，多见有 60毅和 70毅节理裂隙。岩石较坚硬，强度高，新鲜岩石抗压强度 45171MPa，耐崩解性指数 98.2%89.9%，自由膨胀率轴向 0.00389%0.0310%，径向 0.00486%0.0562%。经统计 RQD 值为65%73%，岩石完整度中等。岩石质量系数 0.1419，岩石质量中等。软化系数 0.350.93，岩组工程稳定性良好。较软弱薄层碎屑岩工程地质岩组：岩性为寒武系下统馒头组上段的紫红色泥岩。溶蚀裂隙一般，抗风化能力弱，岩石质地较软弱，新鲜岩石抗压强度 2040MPa，耐崩解性指数 95.8%96.9%，自由膨胀率轴向 0.241%0.38%，径向 0.00352%0.114%。经统计 RQD 值为 30%60%，岩石完整度较差。岩石质量系数为 0.0479，岩石质量差。软化系数 0.400.95。岩组工程稳定性差。2.2水文地质特征根据地下水含水介质特征，研究区地下水类型主要划分为 2 个含水岩组。碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组：主要为寒武系灰岩。水量丰富但不均一，泉流量小于 1l/s，径流模数为2L/s km2（裸露型）；单井涌水量一般为 100500m3/d（埋藏型），地下水化学类型以 HCO3-Ca、HCO3-Ca Mg 型为主，矿化度小于 1g/L。碎屑岩类裂隙水含水岩组：由寒武系紫红色泥岩组成。分布于研究区北部，呈薄层状分布于边坡坡体，裂隙弱发育，富水性弱。3滑坡特征蚌埠市大洪山林场焦山废弃宕口由于山体开采，形成 7 处开采边坡，坡体节理裂隙发育，局部坡面发育有多条拉张裂缝，裂缝长度 15.6200m 不等，宽 0.23m，切深 2.58.4m，共发现 2 处滑坡和 3 处危岩体，此次对研究区内比较具有代表性的 HP01 滑坡进行研究。HP01 滑坡位于焦山宕口开采边坡水塘南侧，为牵引式滑坡。由于山体开采，形成高陡边坡，受降雨和爆破震动影响，局部存在滑塌迹象。该滑坡体长 65m，宽350m，坡度 35毅，滑动方向 10毅，滑坡体上发育有多条拉张裂缝，长 50200m 不等，宽 0.22.5m，切深 37m，滑58第 1 期坡整体沿开采边坡方向向下滑动。截至 2023 年 5 月，该滑坡仅破坏开采山体边坡，未造成财产损失、人员伤亡。3.1滑坡体结构特征HP01 滑坡位于焦山废弃宕口水塘南侧，地貌类型为中丘，其坡向约为 10毅，坡度约为 35毅。滑坡体的岩性为寒武系中下统馒头组灰岩。滑坡为岩质顺层滑坡，滑坡体主滑动方向约为 10毅，滑面为灰岩和泥岩接触面，滑动面较破碎，碎石泥质充填，产状 10毅蚁30毅。滑坡体平面呈弧形，长约 65m，宽 350m，厚 7.29.9m，平均厚度7m，面积约为 13500m2，体积约为 94500m3。滑坡后缘壁高约 7m，滑坡体上发育有多条拉张裂缝，走向近东西向，倾向 340毅115毅，倾角 70毅耀80毅，裂缝长50200m 不等，宽 0.22.5m，切深 37m。滑坡体前缘滑无堆积体，为开采形成水塘，水塘深 89m。滑坡特征见表 1。3.2滑坡体岩性特征HP01 滑坡滑坡体为上部灰岩，厚 7.29.9m，灰色，灰绿，微晶结构，砂质泥状结构，波纹层状构造，瘤状构造，主矿物方解石，次矿物黏土矿物。岩石质地较坚硬，锤击声音较清脆，下部见 50毅和 70毅节理裂隙，节理裂隙弱发育，岩石较完整，岩芯多呈长柱状、短柱状，局部碎块状，RQD 65%73%。3.3滑带特征HP01 滑坡滑动面为岩体层理面，即寒武系中下统馒头组灰岩和寒武系中下统馒头组紫红色泥岩分隔面，前缘由于山体开采形成临空面，及降雨期雨水入渗，岩体层理面抗剪强度降低，在地形和自重影响下，发生滑动变形，滑带厚度小于 0.3m。3.4滑床特征滑床为寒武系中下统馒头组紫红色泥岩，厚度约16m，勘查已揭穿该层。4滑坡成因剖析4.1滑坡的成因滑坡所在开采边坡坡度为约 37毅，开采边坡表层为寒武系中下统馒头组灰岩，岩石质地较坚硬下部为寒武系中下统馒头组紫红色泥岩，岩石质地较软弱，在暴雨和震动情况下，因重力作用沿岩层软弱结构面发生逐级移动，前部低洼陡峭区域优先变形，运动属牵引式。蚌埠市大洪山林场焦山废弃宕口矿山开采历史长，该矿山从 20 世纪 80 年代开始开采，由于矿山开采，边坡坡面形成多处拉张裂隙，边坡前缘形成 57m 高临空面，以及深约 810m 水塘。矿山开采时常年爆破震动，坡脚常年地表水体浸润，降雨期，地表径流冲刷坡脚，使临空面处于极易崩滑的状态，稳定性较差，同时地表径流入渗坡体拉张裂隙和滑面形成静水压力差，使得边坡发生滑动变形，形成滑坡地质灾害。综合分析，该滑坡属矿山开采切坡引发的滑坡，形成原因为：淤人类工程活动，矿山开采爆破震动使坡体形成多条拉张裂隙，边坡前缘形成 57m 高临空面；山体开采在坡脚处形成深约 810m 水塘，坡脚常年地表水体浸润；盂开采边坡表层为寒武系中下统馒头组灰岩，岩石质地较坚硬，下部为寒武系中下统馒头组紫红色泥岩，岩石质地较软弱。诱因是连续的强降雨，地表水沿拉张裂隙大量入渗，增加坡体内水压力，下部紫红色泥岩遇水易软化，抗剪强度低，减少了滑床的抗滑阻力，在以上因素共同作用下发生该滑坡。4.2滑坡的影响因素影响两处滑坡地质灾点稳定性的因素主要有地形地貌条件、地层岩性、人类工程活动、气候条件等。4.2.1地形地貌条件勘查区位于江淮丘陵，地貌类型为中丘，微地貌类型为陡坡、陡崖，滑坡处于矿山开采边坡坡面，滑坡范围内标高分别为 70105m、100130m，地形坡度 15毅35毅，地形南高西北低。为滑坡发育提供了有利的地形条件。4.2.2地层岩性根据现场工程地质测绘与勘探成果资料，勘查区采边坡表层为寒武系中下统馒头组灰岩，岩石质地较坚硬，下部为寒武系中下统馒头组紫红色泥岩，岩石质地较软弱。降雨期，地表水沿拉张裂隙大量入渗，增加坡体内水压力，下部紫红色泥岩遇水易软化，抗剪强度低，可能沿岩层面上下的不同结构岩层之间存在的力学性质差异性面产生滑移。4.2.3水文气象条件勘查区位处暖温带半湿润季风气候区，本区多年平均降水量 907mm，水量充沛，降水主要集中于每年68 月份，降水大部以地表径流的形式排泄，但仍有部分沿地表拉张裂隙入渗，在密实度相差较大的两种岩性接触面，地下水受到阻滞，顺势向下游排泄，地下水的长期活动可形成一个浸润面，减小岩体之间的摩阻力。为滑坡发育提供了有利的条件。4.2.4植被条件勘查区位于蚌埠市西南大洪山林场，由于山体开表 1HP01 滑坡特征一览表滑坡体规模形态长65m、宽350m，滑 体 平 均 厚 度7m，呈弧状。地形地貌及边界条件地貌属中丘，坡面顺山势倾斜方向10毅，地形坡度35耀37毅，后缘陡坎高7m，前缘无堆积体，为一水塘。坡面见有多条拉张裂隙。滑体物质组成结构寒武系中下统馒头组灰岩破坏特征暴雨和爆破震动使开采边坡发育有多条拉张裂缝，向水塘方向倾倒，未造成财产损失和人员伤亡。地下水特征为碳酸盐岩裂隙岩溶水和基岩裂隙水，地下水向坡脚水塘排泄。牟成志：蚌埠市大洪山林场焦山宕口矿山滑坡特征及稳定性分析59冶金与材料第 44 卷采，区内局部基岩裸露，仅北侧见有植被覆盖，主要植物为马尾松和杂草等，整体植被覆盖率低。4.2.5人类工程活动勘查区为矿山采坑，现已经废弃，考虑到矿山开采采用爆破或大型机械设备采矿时，产生强烈振动，滑坡体由于惯性作用沿滑带会产生与滑床不同步的振动，使滑面上的岩体进一步被碾压，导致滑面的粗糙度和起伏差变小，从而降低抗滑力的作用，是滑坡滑动的主要因素。5滑坡的稳定性分析及发展趋势5.1滑坡的稳定性评价5.1.1模型选择据前述以及勘探剖面形状，蚌埠市大洪山林场焦山废弃宕口 2 处滑坡为岩质滑坡，现状滑面形态为近似折线形，因此根据 滑坡防治工程勘查规范（GB/T328642016）1、岩土工程勘察规范（GB 500212001）2-3 的相关要求并结合该滑坡的特点，采用岩质滑坡模型及极限平衡法对滑坡进行稳定性分析。5.1.2荷载组合与工况条件荷载组合根据勘查成果，作用在蚌埠市大洪山林场焦山废弃宕口 2 处滑坡的荷载有：坡体自重、静水压力。坡体自重在天然状态下，滑坡体位于地下水之上，坡体自重为天然重度。静水压力根据 滑坡防治工程勘查规范（DZ/T 02182006）相关规定，对于岩质滑坡，尚应考虑降雨入渗在后缘裂隙和滑面形成的静水压力。工况条件与稳定系数的确定综合分析蚌埠市大洪山林场焦山废弃宕口 2 处滑坡岩土体特征及其可能承受的各种荷载，确定此次滑坡稳定性的两种工况条件及其荷载组合。蚌埠市大洪山林场焦山废弃宕口 2 处滑坡危害等级属于三级，根据 建筑边坡工程技术规范（GB 503302013）与 滑坡防治工程勘查规范（DZ/T 02182006）的有关规定，综合确定出各工况条件的稳定系数，见表 2。表 2滑坡稳定性计算工况与荷载组合工况编号工况1工况2稳定系数1.201.15工况内容自然暴雨荷载组合自重+地震自重+地震垣暴雨在此基础上对 HP01 滑坡的稳定性参数进行选取（表 3），最终对该滑坡的稳定性进行评价，经过判定HP01 滑坡在天然条件下稳定性系数为 1.02，判定为欠稳定，在暴雨条件下稳定性系数为 0.84，判定为不稳定。表 3滑坡稳定性计算参数选取表参数工况条件天然暴雨r/kN/m326.627S/m2612612/3030A/g0.10.1C/kPa6754/3834L/m7272rw/kN/m31010H/m045.2滑坡发展趋势及危害性预测5.2.1发展变化趋势大洪山林场焦山废弃宕口 2 处滑坡均为岩质滑坡，坡体发育有多条拉张裂隙，滑坡前缘局部有渗水现象，还存在潜在滑坡体的进一步滑动破坏。在强降雨和地震（震动）的作用下，滑坡有可能发生急剧破坏变形情况，需做好防灾工作。5.2.2危害性预测大洪山林场焦山废弃宕口 2 处滑坡目前处于欠稳定状态，考虑在强降雨的作用下，滑坡为不稳定，滑坡可能溜滑，由于距离公路和居民区较远，滑坡失稳将会损毁少许大洪山国营林场树木，危害性较小。6结论（1）研究区内发育 2 处岩质滑坡体，均由矿山开采形成。其中 HP01滑坡体规模较大。该滑坡体长 65m，宽350m，坡度 35毅，滑动方向 10毅，滑坡体整体沿开采边坡方向向下滑动。（2）滑坡体的岩性为灰岩，为岩质顺层滑坡，滑面为灰岩和泥岩接触面，滑动面较破碎，碎石泥质充填，产状 10毅蚁30毅。人工爆破震动及连续的强降雨，是引起滑坡的主要因素。（3）通过滑坡稳定性分析，该滑坡体在天然工况条件下，稳定性等级为欠稳定；在暴雨工况条件下，该滑坡的稳定性等级为不稳定。参考文献1 赵军勇.某山体膨胀性滑坡防治工程勘查稳定性计算参数的选取 J.西部探矿工程，2014，26（8）：19-22.2 曾令晴，李毅.浅谈 城市轨道交通岩土工程勘察规范 与岩土工程勘察规范 的区别与联系 J.中国标准导报，2015（10）：33-36.3 高大钊.对修订国标 岩土工程勘察规范 若干问题的思考J.工程勘察，2011，39（8）：1-6+54.60