李爱兵
(1.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012；
2.金属矿山安全技术国家重点实验室，湖南 长沙 410012)
常德某石灰石矿在矿山开采的过程中，从2015 年起在矿山露采坑上部的东南、西南、西北端边坡体顶部的土体边坡存在一定程度的垮塌，特别是在2016 年6-7 月，受强降雨的影响垮塌加剧，其中位于矿区西北的3#滑坡体，是当时矿区内滑坡长度与宽度最大的滑坡体。滑体纵向最大长约49 m，横向宽约180 m，滑体厚度3～25 m，滑坡垂直范围为+35～+58 m，体积约 32×104m3，主滑方向23°，且坡面上有多股长流水渗出，部分滑坡土体呈软塑-流塑状，属中型中层土质滑坡（见图1）。滑体前台阶边沿有明显的开裂与滑坡下滑现象，滑坡体危及矿山的出入道路、排水水仓等重要的矿山工程，并对采场安全生产造成了一定的影响，需要对其进行滑坡工程治理，消除其对矿山安全生产的威胁。
图1 石灰石矿西北侧3#土体滑坡（2017 年4 月）
滑坡区顶部表层多为农田、耕植土，离3#滑坡体130～140 m 有一个农用水塘。该滑体表层主要为第四系中更新统（Qp2），堆积物为紫红色、砖红色蠕虫状黏土（粉质黏土），组成矿区岗丘地形，一般厚度10～20 m。上层为蠕虫状红土及黏土（粉质黏土），下层为湖相沉积层。根据注浆帷幕的钻孔资料统计，该湖相沉积层厚度在20～22 m 左右。
该滑体的滑动面位于蠕虫状红土及黏土与湖相沉积层之中，再下部为中风化灰岩层。中风化灰岩层以灰色为主，隐晶质结构，中厚层状构造，局部溶蚀，节理裂隙较发育，方解石脉或泥质充填；
岩体较破碎，局部较完整，岩心多呈不完整短柱状，其RQD为40。
（1）地质因素。滑坡区域耕植土、蠕虫状红土及黏土（粉质黏土）等厚达10～25 m，滑动面主要位于粉质黏土与湖相沉积层之中，滑体主要为土体。土体边坡岩土物理力学参数受雨水、耕植水与地下水影响，边坡土体浸水饱和，土体强度大大降低，在渗透压力和重力作用下，向边坡下部溜坍，导致边坡滑坡。
（2）降雨及地下水影响。经现场踏勘分析，滑坡的发生绝大多数与强降雨有关，并与在本区坡顶的耕植水、水塘水体、地下水有关。
（3）未进行坡面防护。土体边坡开挖后，对土体边坡的表层未采用防护措施，坡体裸露，雨水的冲蚀及水沟渗漏，造成边坡失稳破坏。
（4）无排水沟。本区原设计有排水沟，受耕植（有水田、耕地）、多年未维护垮塌、封堵等因素的影响，排水沟未发挥其应有的作用，致使地表水体灌入采场边坡，影响到该土体边坡的稳定性。
（5）生产爆破。矿山频繁的生产爆破对土体边坡的稳定性也有一定的影响。
3#滑坡属土层牵引式滑坡，其形成机制为：滑坡前缘土体在自重、降雨及地下水的作用下，土体强度降低，坡体前缘开裂、下滑滑动，为后方土体滑移提供临空条件和滑移空间，牵引后缘滑体不断向前滑移。经多年的雨水及地下水的浸泡，土体饱水浸泡软化，沿坡体软弱层下滑，形成本次较大范围的滑坡地质灾害。
2.1 分析剖面
采用RIEGL VZ 系列地面三维激光扫描系统。扫描确定了3#滑坡体滑动现状的地形线[1]，结合已有的地勘报告、滑坡区注浆帷幕孔确定的土层厚度、岩性出露界线、现状平面图等技术资料，沿3#滑坡体的滑动方向分别切取了3个典型的分析剖面。
2.2 岩土力学参数
在现场工程地质调查，室内岩土体力学参数试验、岩体力学参数确定、滑坡的反分析以及经验分析值[2]的基础上，选取滑坡体的岩（土）体力学参数，见表1。
表1 滑体边坡的岩体力学参数
2.3 边坡稳定性计算
根据滑坡防治工程设计与施工技术规范[3]，该滑坡的防治工程级别为Ⅲ级，分析时考虑的载荷工况组合为：工况1，自重，取表1 的天然黏结力与天然内摩擦角；
工况2，自重+地下水（降雨），主要是土体取饱和强度，假定滑体全部饱和；
工况3，自重+地震（校核工况）。
采用GEO5 岩土设计和分析软件[4]的土质边坡稳定分析模块，对3 个分析剖面边坡的稳定性进行极限平衡分析，分析方法主要为简化Bishop（毕晓普）法、Morgen-Prince（摩根斯坦—普赖斯）方法以及不平衡推力（隐式）方法。
根据《滑坡防治工程勘查规范》[5]中对滑坡进行稳定性分析评价的规定，以及《非煤露天矿边坡工程技术规范》[6]中对该矿边坡工程安全等级的规定，且考虑到矿山的生产服务年限，将滑坡体稳定性划分为4 级：稳定系数Fs≥1.15 为稳定，1.15＞Fs≥1.05 的基本稳定，1.05＞Fs≥1.0 为欠稳定，Fs＜1.0 为不稳定。
2.4 分析结果
现状边坡的稳定性分析结果为：
（1）3 个分析剖面在工况1 条件下，1-1 剖面安全系数最小，处于欠稳定状态，1-2，1-3 分析剖面的安全系数基本上能满足对边坡稳定性的要求，边坡是稳定的；
（2）在工况2 下，3 个剖面的安全系数都不能满足对边坡稳定性的要求，边坡是不稳定的，说明边坡体的稳定性受水的影响较大；
（3）在工况3 下，1-1 剖面安全系数最小，处于欠稳定状态，1-2，1-3 分析剖面的安全系数能满足边坡基本稳定的要求，边坡是基本稳定的；
设计境界边坡的稳定性分析结果为：3 个分析剖面在设计边坡状态下，无论是在工况1、工况2还是工况3 条件下，剖面的安全系数都不能满足边坡稳定性的要求，边坡是不稳定的。因此有必要进行边坡支护与加固处理或者对边坡结构参数进行优化调整。
滑坡推力采用余推力法计算，由GEO5 岩土设计和分析软件自行解算。分析剖面为边坡稳定性最差的1-1 剖面，其潜滑面根据现场调查及软件搜索获得，计算工况为：自重工况、自重+暴雨+地震的校核工况，计算得到达到稳定时所需滑坡推力为256 kN/m（现状边坡）与832 kN/m（设计边坡）。设计境界需要的滑坡推力较大，说明本区的边坡境界也需调整。
土体层滑坡的工程治理方法有削坡减载、截水、疏水及采用抗滑桩或挡土墙加固等[2]。通过对该矿滑坡稳定性的分析可知，水对边坡的稳定性起到主要的作用，治水是需采用的重要工程技术措施，再辅以对滑坡体的支挡措施及境界的调整等技术措施，以达到稳定边坡的目的。
3.1 支撑渗沟对水的疏导工程
支撑渗沟[7-8]主要用来支撑滑坡前缘潮湿土体兼引流排土体中的浅层滞水、地下水的作用，埋于坡体的支渗沟可有效拦截、疏干边坡土体中的层间渗水，将渗水汇集于主渗沟，通过主渗沟排至台阶的边沟，再排出边坡体外；
另一方面，沟身主要为砌片石结构，砌体沟身在整个坡体中，主渗沟与支渗沟相连形成框架结构，将坡体划分为若干个小块，各骨架分别承受一定范围内的土体重力，增强了自身稳定性又可防止局部土体失稳给周围土体带来影响。支撑渗沟既防止了坡面受冲刷又阻止了坡体渗水的集中，同时把坡体划整为零，使土体充分被砌体所支撑，不易形成整体坍塌。
在3#滑坡体区域，通过计算分析[9]设计了纵向与横向的支撑渗沟，渗沟断面采用矩形。纵向的支撑渗沟作为主渗沟，按间距10 m 沿坡体的纵向布置，设计从滑坡体上段坡顶标高+58 m 到下段+29 m，沟深2.5 m，沟宽2 m，共15 排。横向的支撑渗沟作为边坡支撑渗沟，沿3#滑坡体走向横向布置，设计在+45 m 平台位置布置1 排，沟深2.5 m，沟宽2.2 m。
横向的支撑渗沟排水层采用筛选洗净的卵石、碎石、砾石；
纵向支撑渗沟排水层应用干砌片石充填，用SNG 350-6 型反滤土工布包裹，排水层与渗水的沟壁之间需设置反滤层，反滤层采用砂砾石和砂夹卵砾石，各层厚0.15 m。渗沟基底置于边坡潮湿带以下较稳定的土层内，沟底设30 cm M7.5 浆砌片石流水面，四周用反滤土工布包裹，纵向支撑渗沟整体坡度与修整后的坡度一致。
3.2 格宾挡墙的支挡工程
对滑坡体的支挡，经对比分析重力式抗滑挡墙和抗滑桩方案后，选用重力式挡土墙进行支挡加固，并根据该矿的富水滑坡特点，选用格宾挡墙[10-12]对滑坡体进行支挡，起到支挡、防止滑坡体滑动与发展的作用。
格宾防护工程是一种将蜂巢形格宾网片组装成箱笼，并装入块石等填充料后，用作护岸、护坡的新技术。由于构成蜂巢格网防护体的钢丝具有一定的抗拉强度，不易被拉断，填充料之间又充满了空隙，具有一定的适应变形的能力。当地基情况发生变化时，如发生不均匀沉降、地震等，箱内填充料受箱笼的约束不会跑到箱笼外，而会自行调整形成新的平衡；
又因箱笼为柔性结构，防护工程表面可能会发生小的变异，但不会发生裂缝、网箱被拉断，从而造成防护体被破坏的现象。在石笼内填入适当的石块，石间筑土，还可在填石筑土时人工移植当地草皮、灌木或切茎，并撒草籽，然后绑扎盖网形成的石笼、石垫整体护面。格宾挡墙具有透水性、可植被性、经济性、施工方便、抗变形、整体性好等特点。
本次支挡设计布置上下2 排格宾挡墙。经挡墙的稳定性抗滑和抗倾覆等验算[3]，设计挡墙高度为2 m，墙顶宽1 m，墙底宽2 m。上排：+45～46 m，根据开挖出的湖湘沉积层的位置调整。下排：+29～+35 m，南侧高，根据开挖出的中风化灰岩的位置调整。
设计的挡土墙均为换填式挡土墙，上排挡墙的换填深度大于1.0～1.5 m，换填材料为矿山块石或毛石，下排挡墙无需换填。换填前将滑坡体所滑的土体，按1:1 坡度将其剥离，可与边坡支撑渗沟的施工一起完成，换填深度可为支撑渗沟的深度。挡墙后用块石或毛石回填，坡面坡度为1:1。
3.3 边坡境界坡面结构参数的调整
针对滑坡体下部的湖湘沉积层，在原设计开采境界的基础上削坡减载，优化边坡结构参数。上段：在+45～+46 m 的格宾挡墙台阶留2 m 的平台宽度，其以上的坡面维持现状。下段：根据湖湘沉积层在边坡体上的赋存标高，对1-2，1-3 剖面的+46 m 标高下设+40 m、+34 m、+29 m 3 个高为5～6 m 的小台阶，格宾挡墙置于+29 m。对1-1 剖面的+45 m 标高下设+40 m、+33 m 2 个高为5～7 m 的小台阶，小台阶宽度都为2 m，坡面角为1:2.747（20°）。格宾挡墙布置在+29～+35 m 的水平，其平台宽度设为4 m。
3.4 对滑坡体坡面的绿植生态护面
在滑坡体坡面上进行植绿植复垦，撒播当地的草种，起稳定坡面及降低水对坡面冲蚀的作用；
护坡范围为+29～+58 m。
3.5 坡顶与坡中部截水沟工程
在目前3#滑坡体的坡顶眉线外5 m 处以及坡中部+34 m 处修筑截水沟，对坡体表层及外围的地下水进行拦截，减少水对滑坡体边坡稳定性的影响。截水沟的尺寸为：120 cm×50 cm（宽度×深度），C20 混凝土或毛石混凝土筑砌，厚15 cm，碎石垫层10 cm。
本滑坡体治理工程的施工程序为整坡→排水渗沟施工→格宾挡墙施工→生态护坡施工等。整体施工顺序为：从滑坡体顶部到坡底部分段分台阶施工，施工区段高度一般控制在12 m。
治理后的3#滑坡区形貌见图2。
图2 3#滑坡治理后的形貌
本治理工程2019 年完成后，两年多的实际观测表明：未发现滑坡有新的变形和位移，坡面未见湿润土体与水出露，坡体内排水畅通，坡面复垦绿植生长发育状态好，边坡稳定性良好，说明该滑坡的治理措施和方法是正确和可行的，可为类似滑坡事故的治理提供借鉴。
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