郭軍峰

(山西潞安集團慈林山煤業(yè)有限公司，山西 長治 046605)

0 引言

邊坡是自然或人工形成的斜坡，是工程建設(shè)中最常見的工程形式。邊坡工程的穩(wěn)定性分析一直是工程界和學(xué)術(shù)界極為關(guān)注的研究課題，而邊坡穩(wěn)定性分析與評價是邊坡工程的核心問題。邊坡穩(wěn)定工程涉及到水利水電工程、鐵道工程、公路工程、礦山工程等諸多工程領(lǐng)域，能否正確評價邊坡穩(wěn)定性則是此類工程成敗的關(guān)鍵，也是確保工程安全和降低建設(shè)費用的重要環(huán)節(jié)。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，越來越多的工程會涉及到大量的邊坡問題。許多學(xué)者對此作了大量研究[1-4]，徐邦棟[1]等對滑坡分析與防治做了詳細(xì)的解析，祝玉學(xué)[3]等邊對坡可靠性分析做了大量研究，張茂省[4]等對黃土滑坡誘發(fā)因素及其形成機理進行了深入探索。

長子縣慈林山煤礦有地質(zhì)災(zāi)害(采空區(qū)、地面塌陷、不穩(wěn)定斜坡等)、含水層破壞、地形地貌景觀的破壞等地質(zhì)環(huán)境問題。邊坡威脅礦區(qū)道路、過往車輛和行人、村民人身及房屋財產(chǎn)和耕地安全。綜上，對慈林山煤礦邊坡進行穩(wěn)定性分析具有尤為重要的現(xiàn)實意義。

1 地形地貌及氣象水文

1.1 地形地貌

勘察區(qū)所在的慈林山煤礦一帶，由北部慈林山經(jīng)南嶺到南部鮑寨山頂形成一條起伏脊線，分別向東西兩側(cè)逐漸降低，地面標(biāo)高由南部的1 208.8 m(鮑寨山頂)逐漸降為北部的960 m(東田良村)。在標(biāo)高1 060 m以上絕大部分為基巖出露的陡坡，標(biāo)高1 060 m以下的溝谷中有黃土沉積覆蓋物，形成黃土沖溝。慈林山井田地貌單元劃為黃土陡崖沖溝，河漫灘低地和低山侵蝕3種。地形最高點位于礦區(qū)南部鮑寨山頂，海拔高程為1 208.8 m，最低點位于勘察區(qū)西部西馬戶村西部，海拔高程979.2 m，最大相對高差為229.6 m?？傮w地勢表現(xiàn)為南部高，北部低，區(qū)內(nèi)基巖出露良好，植被較發(fā)育。地形起伏較大，地形坡度一般為20°～35°，相對高差大，地面傾向與巖層傾向多為斜交，地形地貌復(fù)雜。區(qū)內(nèi)溝谷縱橫，地形切割較深，風(fēng)化剝蝕較為強烈，在溝谷切割較深地段，可見崩塌下來的黃土等形成的崩積物?？辈靺^(qū)所在區(qū)域地面海拔標(biāo)高974.00～1 016.00 m，最大相對高差為約42.00 m。地形地貌為低山丘陵區(qū)，總體地勢為北高南低、東高西低。邊坡坡體巖性為二疊系上石盒子組泥巖，其間夾雜薄層的砂巖，坡體表層巖體風(fēng)化破碎。

1.2 氣象水文

本區(qū)具大陸性氣候特征。夏季午間較熱，早晚涼爽，晝夜溫差較大。春、冬季多風(fēng)，雨量小，氣候干燥。據(jù)山西長治市長子縣氣象局1981—2015年資料統(tǒng)計，礦區(qū)年平均溫度最高為1982年的10.3 ℃，最低為1984年9.3 ℃，年平均9.8 ℃，日最高溫度37.2 ℃(1980年5月29日)，最低溫度為-19.8 ℃(1982年12月)。年最大降水量897.9 mm(2003年)，最小降水量349.9 mm(1965年)，雨季多集中在七、八、九3個月，月最大降水量265.8 mm(1988年7月)，日最大降水量為134.7 mm(2001年7月26日)，1 h最大降水量40 mm(2004年5月11日)，10 min最大降水量31.5 mm(1991年7月17日)。年最大蒸發(fā)量為1986年的2 002.9 mm，最小為1984年1 230.6 mm，平均為1 406.5 mm。年最多風(fēng)向為西北風(fēng)，最大風(fēng)速為14～16 m/s。每年10月至次年4月為結(jié)冰期，凍土深度一般為0.60 m，最大凍土厚度為0.68 m。

礦區(qū)內(nèi)地表河流主要為礦區(qū)南部的鮑寨河，位于濁漳河南源淘清河上游，經(jīng)鮑寨村向東流，在色頭轉(zhuǎn)為北東向流出礦區(qū)，河水流量0～8.960 L/s，雨季時最高洪水位高出河床2 m左右，向東流出礦區(qū)后在長子縣境內(nèi)匯入陶清河。

礦區(qū)范圍內(nèi)有兩條較大的溝谷：一條近南北向展布，為董家溝村所在的溝谷N1；另一條西北—東南向展布，為東、西馬戶村所在的溝谷N2，N1、N2兩個溝谷在風(fēng)井場地西北交匯在一起。較小的溝谷位于主副井工業(yè)場地東北約500 m處，為矸石溝。

礦區(qū)內(nèi)溝谷基本上屬大小不一的基巖或黃土沖溝，旱季一般無水，僅在局部有小股流水，雨季在少數(shù)沖溝之中有小溪流淌。溝谷多數(shù)呈“V”字型。

2 滑坡特征

2.1 滑坡規(guī)模、形態(tài)特征

XP1邊坡位于工業(yè)場地至新排矸場地的道路兩側(cè)，該邊坡微地貌為陡坡，坡面形態(tài)微凸，坡頂為一平臺，邊坡下部為耕地，東部坡體長約150 m，寬約10 m，高約10～20 m，坡度約為60°，坡向為260°，邊坡體北部以小水渠為界，南部以慈林山煤業(yè)有限公司的洗煤管道為界，東部以道路為界，西部以坡上平臺房屋為界。西部坡體坡長約100 m，寬約8 m，高約5～10 m，坡度約60°，坡向約70°，邊坡體北部以道路為界，南部以慈林山煤業(yè)有限公司的洗煤管道為界，東部以煤礦居民區(qū)為界，西部以道路為界。本次勘察的工程地質(zhì)平面圖、工程地質(zhì)剖面圖如圖1、圖2所示。

圖1 XP1邊坡工程地質(zhì)平面圖

圖2 XP1邊坡2-2′工程地質(zhì)剖面圖

李家溝移民新村XP2邊坡，該坡體原為滑坡，微地貌為陡坡，坡面形態(tài)微凸，坡頂為耕地，邊坡下部為李家溝移民新村；現(xiàn)存為后經(jīng)削方遺留的邊坡，在降雨下重新發(fā)生滑動變形破壞。邊坡的范圍為南至南部邊坡，北至道路，東至邊坡上部田地，西至坡角。該邊坡南部高、北部低，邊坡長度約為150 m，高度約為10～20 m，坡向為260°，坡度約60°。

2.2 巖土體結(jié)構(gòu)

XP1邊坡坡體表面部分被第四系上更新統(tǒng)(Q3)黃土覆蓋。巖層產(chǎn)狀：走向140°，傾向230°，傾角33°；上部巖性為二疊系上石盒子組黃色鋁質(zhì)砂質(zhì)泥巖，夾薄層淺黃色粉砂、細(xì)砂巖，巖石表面風(fēng)化較大；中部巖性為黃色厚層鋁質(zhì)泥巖和細(xì)砂巖，風(fēng)化程度較大；下部巖性為厚層雜色泥巖，較破碎。整個坡體表面巖塊松散破碎。東部邊坡巖層與坡向的關(guān)系屬于順坡順層；西部邊坡屬反坡逆層。

XP2邊坡坡體上部黃土層巖性為第四系中更新統(tǒng)粉質(zhì)粘土，淺黃色，堅硬狀態(tài)，含云母、氧化鐵、氧化鋁等，稍有光澤，無搖震反應(yīng)，干強度及韌性高，具低壓縮性。厚度約為4 m，屬非濕陷性黃土。二疊系下石盒子組泥巖砂巖互層，巖層產(chǎn)狀：傾向280°，傾角10°～20°。上部巖性為黃色泥巖、灰色砂質(zhì)泥巖，中部巖性為黃色中-細(xì)砂巖與泥巖互層，下部巖性為厚層砂巖。巖層風(fēng)化程度較大，裂隙發(fā)育，部分坡體有碎屑巖塊崩落，向坡腳滑動的跡象。

2.3 滑坡變形特征

XP1邊坡體整體無變形，變形主要表現(xiàn)在東部坡體局部，西部坡體基本無變形，變形表現(xiàn)形式主要為表土層滑移及少量巖塊崩滑，巖塊崩滑形式為切層，崩滑體整體垂直落距約2.5 m，坡度約55°，崩滑體厚度約2.5 m，長度約30 m，高約15 m，崩滑體坡面坡向與邊坡坡向一致，約260°，估算崩滑方量約800～1 000 m3。

XP2邊坡體發(fā)生局部少量崩滑，目前整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，崩滑滑面為圓弧形態(tài)，崩滑體整體垂直落距約2.5 m，坡角約60°，崩塌體厚度約2.5 m，長度約100 m，高約10～20 m，崩塌體坡面坡向與邊坡坡向一致，約260°。

3 滑坡成因分析

XP1邊坡的崩滑區(qū)地形為一傾向西的邊坡，坡角約60°，高度約10～20 m，坡角為道路排水溝，南、北部均為裸露巖層。巖性為二疊系上石盒子組破碎泥巖，夾薄層砂巖，坡體表面巖塊松散破碎。邊坡體內(nèi)無地下水，外部無地下水滲出，地表水主要為大氣降水，治理區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡單。但是該邊坡是由于修建道路開挖形成，因此原始坡體較為穩(wěn)定，卻因修路挖方使坡腳減壓，造成邊坡局部崩滑。

XP2邊坡的崩滑區(qū)地形為一傾向西的邊坡，坡角約60°，高差約10～20 m，厚度約20 m，崩滑體的西部為移民新區(qū)。該處邊坡巖性均為第四紀(jì)中更新統(tǒng)粉質(zhì)粘土。目前沒有發(fā)現(xiàn)有地下水滲出，地表水為大氣降水，地質(zhì)構(gòu)造簡單。該處邊坡東、南、北部均為田地，原始坡體較為穩(wěn)定，由于修路挖方使坡腳減壓，在大氣降水的影響下造成邊坡局部崩滑。

4 邊坡穩(wěn)定性分析

4.1 XP1邊坡穩(wěn)定性分析

對XP1邊坡采用簡化Bishop法計算邊坡的安全系數(shù)，公式如下

式中：K—穩(wěn)定系數(shù)；b—單個土條的寬度；W—條塊重力；θ—條塊的重力線與通過此條塊底面中點半徑之間的夾角；c、φ—土的抗剪強度指標(biāo)。

對XP1邊坡現(xiàn)場調(diào)查、測繪表明，邊坡體局部已發(fā)生崩滑，局部屬于欠穩(wěn)定狀態(tài)。由于修路挖方形成的臨空面，引起邊坡體滑動，在強降雨及其它條件下可能會發(fā)生坡體下滑。由于治理區(qū)內(nèi)無地下水，故不考慮地下水作用。XP1邊坡下部目前未發(fā)現(xiàn)采空區(qū)，故不考慮采空區(qū)對邊坡的影響。如若將來在該區(qū)域下部進行采煤活動，應(yīng)預(yù)留保安煤柱，以保證該邊坡安全性不受采煤活動影響。治理區(qū)所在區(qū)域地震烈度為Ⅵ度，不考慮地震作用。本次勘察在XP1邊坡所采樣品試驗結(jié)果見表1。對于XP1邊坡考慮工況1(天然工況)、工況2(暴雨工況)進行整體穩(wěn)定性進行定量計算。

表1 XP1邊坡試驗參數(shù)統(tǒng)計表

將相關(guān)巖體參數(shù)代入公式，得天然工況下的安全系數(shù)為1.375，暴雨工況下的安全系數(shù)為1.073，XP1邊坡目前整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

依據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，XP1邊坡現(xiàn)狀條件下對礦區(qū)公路路面、過往車輛和行人及礦區(qū)周圍居民的安全造成威脅；邊坡坡面部分崩滑，崩滑距約2.5 m，威脅過往車輛和行人的安全。由于邊坡體目前出現(xiàn)部分崩滑，整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，但遭遇強降雨、地震及其它條件下可能會發(fā)生邊坡體下滑，對邊坡下方礦區(qū)周圍村莊村民房屋、生命財產(chǎn)和礦區(qū)公路造成威脅。根據(jù)邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果，結(jié)合威脅對象、危害程度和險情等級，有效地防止和減少邊坡造成的災(zāi)害損失，建議采取以下防治措施：①建議對治理區(qū)XP1的道路東部一側(cè)進行坡體松散碎石清理，在坡腳修筑擋土墻，坡面用素噴混凝土進行防護，坡后緣及坡四周設(shè)置截水溝，在擋墻前設(shè)置排水溝；②對治理區(qū)XP1的道路西部一側(cè)進行坡體松散碎石清理，坡面用素噴混凝土進行防護，在坡腳前設(shè)置排水溝。

4.2 XP2邊坡穩(wěn)定性分析

與XP1邊坡采用相同的簡化Bishop法計算邊坡的安全系數(shù)進行計算。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，邊坡體局部已發(fā)生崩滑。由于修建居民區(qū)挖方形成的臨空面，引起邊坡體滑動，在強降雨、地震及其它有利組合條件下仍有可能會發(fā)生坡體下滑。由于邊坡體位于地下水位以上，因此本次計算不考慮地下水作用。XP2邊坡下部有部分采空區(qū)，但根據(jù)收集的資料，已進行注漿處理，但處理結(jié)果未知。本次勘察不考慮采空區(qū)對邊坡的影響，但不排除采空區(qū)對邊坡穩(wěn)定性的影響。若將來在該區(qū)域進行采煤活動，應(yīng)預(yù)留保安煤柱，保證該邊坡安全性不受采煤活動影響。治理區(qū)所在區(qū)域地震烈度為Ⅵ度，不考慮地震作用。本次勘察在XP2邊坡所采樣品試驗結(jié)果見表2。對于XP2邊坡考慮工況1(天然工況)、工況2(暴雨工況)整體穩(wěn)定性進行定量計算。

表2 XP2邊坡試驗參數(shù)統(tǒng)計表

將相關(guān)巖體參數(shù)代入公式，XP2邊坡天然工況的安全系數(shù)為1.334，暴雨工況的安全系數(shù)為1.020。XP2邊坡目前在天然條件下處于基本穩(wěn)定的狀態(tài)。

依據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，李家溝村邊坡現(xiàn)狀條件下部分發(fā)生崩滑；邊坡坡面坡角較大，落距約2.5 m，威脅坡角移民新區(qū)的安全，危險性中等。由于邊坡體目前已發(fā)生部分崩滑，局部處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，一旦遭遇強降雨、地震及其它條件下可能會發(fā)生邊坡體下滑，對邊坡下方李家溝村村莊村民房屋、生命財產(chǎn)和邊坡周邊耕地造成威脅。

根據(jù)邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果，結(jié)合威脅對象、危害程度和險情等級，有效地防止和減少邊坡造成的災(zāi)害損失，建議采取以下防治措施：①對該邊坡進行分臺階放坡，在坡腳設(shè)置擋墻、坡面采用漿砌塊石護坡；②在邊坡體外緣設(shè)置截水溝，坡腳擋墻前設(shè)置排水溝，另在分級開挖形成的臺階處設(shè)置排水溝，通過坡面縱向排水溝與擋墻前設(shè)置的排水溝相連通。

5 結(jié)論

(1)慈林山煤礦礦區(qū)XP1邊坡位于礦區(qū)公路兩側(cè)，目前東部邊坡局部發(fā)生少量崩滑，坡角堆積碎石顆粒，但整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，天然工況下的安全系數(shù)為1.375，暴雨工況下的安全系數(shù)為1.073。在遭遇強降雨、地震及其它條件下可能會發(fā)生邊坡失穩(wěn)，威脅礦區(qū)道路、過往車輛和行人、及礦區(qū)周圍居民的生命及房屋安全。潛在經(jīng)濟損失70萬元，地質(zhì)災(zāi)害險情危害程度為小。

(2)李家溝移民新村XP2邊坡位于村東南移民新區(qū)的東部，目前邊坡局部發(fā)生少量崩滑，天然工況下的安全系數(shù)為1.334，暴雨工況下的安全系數(shù)為1.020，XP2邊坡局部處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。一旦遭遇強降雨、地震及其它條件下可能會發(fā)生邊坡體下滑，威脅李家溝村村民人身及房屋財產(chǎn)和耕地安全。威脅人數(shù)約200人，房屋約40間，潛在經(jīng)濟損失約1 010萬元，地質(zhì)災(zāi)害險情危害程度為中。

(3)應(yīng)盡快根據(jù)XP1及XP2邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果，結(jié)合威脅對象、危害程度和險情等級，進行有效地防治并且減少邊坡造成的災(zāi)害損失。