无锡市滨湖区某崩塌地质灾害生态治理.pdf

第 卷 第 期 年 月 世 界 地 质 文章编号:()无锡市滨湖区某崩塌地质灾害生态治理刘宝生 李伟 刘瑾 江苏省地质调查研究院 南京 自然资源部地裂缝地质灾害重点实验室 南京 河海大学 地球科学与工程学院 南京 摘要:废弃露天矿山存在地质灾害、生态破坏等一系列地质环境问题 笔者以无锡市滨湖区某崩塌地质灾害生态治理工程为例 探讨了以预应力锚索、钢绳锚杆 主动防护网以及被动防护网等措施彻底消除地质灾害隐患的应用效果 同时深入研究了基于客土喷播、生态袋铺设、高分子固化剂补喷等方法的高陡岩坡生态修复技术 实践表明 锚索等工程措施稳定提升坡体安全系数 高分子固化剂等生态修复措施使坡面植被覆盖率由 提升至 以上 项目成效显著 可为类似工程提供参考关键词:地质灾害 生态修复 预应力锚索 高分子固化剂中图分类号:文献标识码:/收稿日期:修订日期:基金项目:江苏省地质勘查专项资金项目(苏财资环 )第一作者:刘宝生()男 工程师 硕士 主要从事地质灾害防治和生态修复研究:.:引言江苏省地处中国东部沿海 是“一带一路”交汇点和长三角一体化的重要组成部分 矿产资源开发利用为社会经济发展做出了重要贡献 但是多年超强度开发和特定历史时期对生态文明建设重要性的认识缺位 诱发了地质灾害、土地损毁、生态破坏等一系列地质环境问题 针对矿区地质灾害治理中生态修复问题 相关学者开展了一系列研究 张进德等结合地形地貌、区域生态系统结构与功能等因素 提出废弃矿山生态修复的主要模式 陈仲超把矿区滑坡治理工程措施与景观设计融为一体 使地质灾害治理与当地历史人文环境相协调 罗敏敏等提出生态袋 柔性生态防护技术并应用于岩质边坡生态修复工程 为解决岩质陡坡的生态防护提供了新的方法和思路 刘黎明等从生境基材的物理、化学、微生物特性研究和护坡植物研究 个方面总结了植被混凝土生态修复技术的研究进展 总体来说 目前相关研究更集中于如何消除地质灾害隐患 对于如何在消除隐患的同时 恢复受损的矿区生态系统 研究成果相对较少 笔者以无锡市滨湖区某崩塌地质灾害生态治理为例 调查分析研究区地质背景、地质环境 针对地质灾害隐患及生态环境问题 探索以预应力锚索、钢绳锚杆 主动防护网、被动防护网、客土喷播、生态袋、高分子固化剂等措施消除地质灾害隐患、修复矿山生态 使研究区与周边自然环境和谐共生 研究区概况研究区位于无锡市滨湖区石塘山东北 占地面积约 坡面面积约 属于废弃露天矿山 宕底废弃地建有培训中心 人员活动频繁 坡体存在崩塌地质灾害隐患 对坡脚人员生命财产安全构成严重威胁 亟须治理 研究区工程地质及工程部署见图 地形地貌研究区地貌单元为低山丘陵 自然山体呈南北向展布 坡度 研究区边坡坡顶高程 坡脚高程 最大高差 边坡坡度 地层岩性研究区位于扬子地层区江南地层分区 前第四纪地层为上泥盆统观山组()主要岩性为石英砂岩夹泥质粉砂岩 产状 工程地质条件研究区主要分为 个工程地质层:层含碎石粉质黏土()呈灰黄、黄褐色 湿、可塑图 无锡市石塘山东北区工程地质及工程部署 主要为粉质黏土 碎石体积分数为 成分为石英砂岩 砾径 次圆次棱状 大小混杂 韧性、干强度低 刀切面稍粗糙平均厚度 左右 层石英砂岩夹泥质粉砂岩()(图)石英砂岩属于较坚硬坚硬岩 紫红色、灰白色 中厚层厚层状 一般为中风化岩体单轴抗压强度 岩体基本质量等级为 级 层面抗剪强度参数 为 为 泥质粉砂岩呈夹层形式存在 灰白灰绿色 薄层中薄层状 强风化为主 属软岩 遇水易软化崩解 厚度分布不均 一般 连续性较好 岩体基本质量等级为级 抗剪强度参数远低于石英砂岩层面 是导致研究区崩塌的第 期 刘宝生 等:无锡市滨湖区某崩塌地质灾害生态治理 内因图 石英砂岩夹泥质粉砂岩典型照片 水文地质条件地下水类型主要有松散岩类孔隙水、基岩裂隙水 种类型 松散岩类孔隙地下水主要赋存于第四系含碎石粉质黏土中 富水性较差 单井涌水量一般小于 /水位埋深受大气降水和地形地貌控制 补给来源主要是大气降水 排泄方式主要是蒸发和补给下部基岩裂隙水 基岩裂隙水主要赋存于泥盆系观山组中 其富水性受岩性、构造和汇水条件控制 富水性较小 单井涌水量一般小于/补给来源为入渗和大气降水 排泄方式主要是径流排泄 人类工程活动研究区人类工程活动主要为矿山开采 形成最大高差 的临空面 破坏了山体自然生态景观为崩塌创造了地形条件 历史上发生过多次崩塌培训中心于 世纪 年代在边坡坡脚修建了一道钢筋混凝土拦石墙 墙高 墙厚 年区局部曾采取 长短锚钉 主动网作为应急消险 这些措施对防范小型崩塌发挥了一定的作用 存在问题 崩塌隐患典型崩塌隐患位于区 坡长约 坡向 坡脚高程 坡顶高程 高差约 高程以下平均坡度约 高程以上坡面多呈锯齿状 坡度约 多处悬空 岩性为观山组石英砂岩夹泥质粉砂岩 地层产状 此外还发育 组结构面、产状分别为 (结构面间距约 )、(结构面间距约 )由于坡体存在多层泥质粉砂岩软弱夹层 被多组结构面切割 在暴雨等极端因素作用下 易发生滑移式崩塌 生态环境问题研究区位于太湖重要保护区 属于省级生态空间管控区域 露天开采破坏了原始地貌 造成基岩裸露 危岩密布 形成严重的视觉污染 与周边优美的太湖自然景观极不协调 其次地表植被遭到大面积破坏 土壤侵蚀强度高 水土流失现象较为严重 此外边坡坡高壁陡 侵占了部分生物栖息地对动物迁徙形成了一定阻力 不利于生物多样性保护 地质灾害治理设计 赤平投影分析以区为例 赤平投影分析(图)表明 地层层面 同坡面 夹角仅 且层面倾角小于坡度 为典型顺向坡 被结构面、切割后易沿层面发生平面滑动 对边坡稳定不利、结构面与边坡坡向夹角较大 对边坡稳定性影响不大图 区赤平投影分析 世 界 地 质 第 卷 平面滑动计算 计算方法根据 滑坡防治工程设计与施工技术规范(/)规定 岩质边坡平面滑移破坏计算方法见式()计算模型见图 图 滑移式崩塌计算模型(极限平衡法)()()()()式中:为稳定系数 为滑体的重量(/)为静水压力(/)为扬压力(/)为滑体的内聚力()为内摩擦角()为滑面长度()为滑面倾角()为地震加速度(重力加速度)据调查 研究区坡体后缘未发现明显裂隙 坡面未见渗水 因此不考虑静水压力及扬压力影响仅考虑滑体下滑力及滑面抗滑力 计算工况及计算参数计算工况采用天然工况以及暴雨工况计算 滑动面计算参数采用室内试验结合规范参考值综合选取(表)计算结果根据岩体各项物理力学参数 采用极限平衡法对区典型剖面(图)潜在滑移式崩塌进行整体稳定性计算(表)天然工况下边坡稳定性系数为 处于稳定状态 暴雨工况下边坡稳定性系数为 处于欠稳定状态 需采取治理措施表 边坡稳定性计算滑动面参数综合取值 滑动面天然重度/()饱和重度/()天然工况暴雨工况/()/()泥质粉砂岩夹层 图 各区典型设计剖面 第 期 刘宝生 等:无锡市滨湖区某崩塌地质灾害生态治理 治理设计 设计计算根据规范要求 设计安全系数自重工况取 暴雨工况取 设计剩余下滑力计算结果(表)选取最大值 /用于锚固设计 锚索水平向间距为 垂直向布置 排则单根锚索轴向拉力设计值为 锚索轴向拉力锁定值为设计值的 即 经计算 股直径 钢绞线符合要求表 区滑移式崩塌稳定性计算结果 计算工况滑体总面积/容重/()条块重/滑面倾角/()滑面长度/滑面抗剪强度滑体作用力/()抗滑力/下滑力/稳定系数天然 暴雨 表 设计剩余下滑力计算结果 计算剖面计算工况稳定系数稳定状态设计安全系数设计剩余下滑力/()区典型剖面工况 (自重)稳定 工况 (暴雨)欠稳定 设计方案根据研究区边坡地质地形条件及治理工艺的不同 分为 个区(图)绘制 个典型设计剖面(图)采用预应力锚索、钢绳锚杆 主动防护网、被动防护网消除崩塌隐患 基于客土喷播、生态袋铺设、高分子固化剂补喷等方法恢复矿区高陡岩坡生态系统 因地制宜开展生态治理预应力锚索 在区沿等高线布置无粘结式预应力端头锚索 锚索长度均为 锚索锚固段长度均为 倾角均 锚孔直径 锚索由 股直径 钢绞线组成 锚索竖直向间距 水平向间距 (锚索沿等高线呈梅花形布置)钢绳锚杆 主动防护网 在 区边坡坡面布设 其中钢绳锚杆采用 根直径 粘结式热镀锌钢丝绳(钢丝绳公称抗拉强度为 )全长粘结式 锚孔直径 下倾 锚杆长度均为 锚杆竖直向及水平向间距均为 主动防护网型号为 钢丝绳网型为/钢丝格栅网型为/纵横向支撑绳为直径 的钢丝绳 缝合绳为直径 的镀锌钢丝绳被动防护网 区边坡坡脚设置一道被动防护网 被动防护网选用 型 设计高度 走向沿坡脚线 生态修复设计废弃露天矿山大多存在大量高陡岩坡 其生态修复 核 心 在 于 提 高 坡 面 保 土、保 水 两 方 面 能力 此外 在物种选取上应考虑生物多样性保护及植被成活性等方面因素 普通客土喷播支护设计中采用的主动防护网为钢丝格栅网和钢绳网双层铺设 较以往在挂网客土喷播中常用的镀锌钢丝网具有更强的保土作用 因此在主动防护网基础上直接采用普通客土喷播 根据文献分析及样地调查 无锡市本土物种中灌木覆盖较广的有锦绣杜鹃、红叶石楠、紫藤、紫穗槐、刺槐等 喷播种子选取以本土物种为主、外来驯化物种为辅 以期与周边山体相协调 生态袋在区局部光滑岩面位置铺设生态袋绿化 有利于 进 一 步 提 高 保 土 效 果 生 态 袋 尺 寸 采用聚酯纤维()为原材料制成双面熨烫针刺无纺布加工 将喷播基质种植土、东北泥炭、保水剂、复合肥、微量元素提前装入袋中 世 界 地 质 第 卷 高分子固化剂在区坡度较陡区域 采用聚氨酯高分子固化剂补喷 聚氨酯高分子固化剂的基本参数:密度为 /黏度为 饱水性大于 倍 聚氨酯高分子固化剂(图)可以与任意比例的水进行稀释 因其中含有十二烷基硫酸钠 能够减缓预聚体的凝胶化 避免了水和固化剂分层现象的出现 稀释后的聚合物溶液十分稳定 呈乳白色均匀流体(图)达到稳定状态的水凝胶具有优良的弹性、抗压性、抗拉性等性能可显著增强土体强度、抵抗雨水冲刷、提高坡面保土效果、具有保水性能、促进植被生长且无污染、易降解 满足高陡岩质边坡生态修复需求图 聚氨酯高分子固化剂()及其水溶液()()()综合效益分析 生态效益采用生态修复技术提高了高陡岩坡的保水、保土能力 坡面绿化面积显著提升(图)植被覆盖率达 以上 降低了水土流失 提高了生物多样性 增强了植被初级生产力和碳汇能力 有助于提升研究区生态系统服务 保障生态系统安全 社会效益通过地质灾害治理有效消除了研究区崩塌地质灾害隐患 保障了坡底培训中心人员生命财产安全 群众满意度显著提升 促进当地人民生活质量提高以及和谐社会建设 经济效益通过综合治理技术应用 修复废弃矿山边坡面积约 原先宕底约 崩塌危险区的土地资源安全利用 用于修建停车场等设施 经济效益显著图 治理区前后对比 结论()研究区斜坡结构为顺向坡 地层岩性主要为上泥盆统观山组石英砂岩夹泥质粉砂岩 其中泥质粉砂岩以软弱夹层形式存在 遇水易软化崩解 成灾模式为降雨诱发沿软弱泥质夹层破坏的滑移式岩质崩塌()经分析计算滑移式崩塌地质灾害物理力学参数 采取预应力锚索、钢绳锚杆 主动防护网等措施增大了超 单宽抗滑力 将坡体稳定系数由 提升至 以上 满足规范要求 彻底消除地质灾害隐患()该项目研究采用客土喷播、生态袋铺设、高分子固化剂补喷等生态修复措施 增强了坡面保水保土能力 合理选取本土物种恢复生态系统 植被覆盖率由 提升至 以上 成效显著 可为类似工程提供有益参考参考文献:郭真.采矿活动对生态环境的污染及治理.世界地质 ():.():.娄昊 木日根.基于层次分析法的矿山岩土工程系统第 期 刘宝生 等:无锡市滨湖区某崩塌地质灾害生态治理 环境质量多目标评价模型.世界地质 ():.():.李丽 杨金中 陈栋 等.长江经济带江苏段废弃露天矿山分布与生态修复遥感调查研究.水文地质工程地质 ():.():.张进德 郗富瑞.我国废弃矿山生态修复研究.生态学报 ():.():.陈仲超.浅谈地质灾害治理与景观融合设计:以广东肇庆市蓝塘中石化加油站东侧山体滑坡治理设计为例.中国地质灾害与防治学报 ():.:.():.罗敏敏 徐超.生态袋 柔性防护网在岩石护坡中的应用.地下空间与工程学报 (增刊):.():.刘黎明 宋岩松 钟斌 等.植被混凝土生态修复技术研究进展.环境工程技术学报 ():.():.李伟 李明 理继红 等.江苏残坡积土质滑坡预警模型和判据研究.世界地质 ():.():.李伟 宋京雷 喻永祥 等.无锡市雪浪山滑坡监测及诱发因素分析.世界地质 ():.():.中华人民共和国国土资源部.滑坡防治工程设计与施工技术规范:/.北京:中国标准出版社.:/.:.朱晓勇 胡国长.花岗岩露天关闭矿山生态修复技术应用.地质与勘探 ():.():.白俞 周文亮.露天矿山开采的生态环境问题及其修复技术研究.世界有色金属 ():.():.张波 沈奕锋 张玉倩 等.“类壤土基质”喷播技术及其在矿山环境恢复治理中的应用.中国地质灾害与防治学报 ():.“”.():.王娟 张明娟 张馨韵 等.无锡市本地木本植物指数研究.中国园林 ():.():.袁海军.矿山生态修复中生态袋防护技术的应用与实践.世界有色金属 ():.():.汪勇 刘瑾 宋泽卓 等.高分子稳定剂加固河道边坡表层砂土室内试验研究.南京大学学报(自然科学)():.()():.世 界 地 质 第 卷