阜新海州露天矿边坡滑坡机理研究

陈军典，李思晋，靳慧杰，魏 军 ，常 影

(1.辽宁有色勘察研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110013；2.辽宁志和房地产土地评估有限公司，辽宁 沈阳110000；3.辽宁省地质勘探矿业集团有限责任公司，辽宁 沈阳 110081；4.阜新工大合力科技有限公司，辽宁 阜新 123000）

阜新海州露天矿经多年开采，形成了长约3.9km、宽约1.8km、深约350m的大型深凹露天矿坑。其中，南、北帮长度大、地质条件复杂、变形显著，是主要的滑坡区；东、西帮处于两个长边的过渡带，变形不明显、滑坡不显著。通过对滑坡模式、滑坡类型及形成因素进行分析研究，进一步分析滑坡形成机理，为总体治理方案的制定和后续治理工程的实施提供技术保障和科学依据[1]。

1 地质边坡滑坡模式综述

1.1 顺层地质边坡

顺层地质边坡的滑坡模式主要包括以下9种：①滑移～拉裂模式；②滑移～压致拉裂模式；③塑流～拉裂模式；④滑移～弯曲模式；⑤弯曲～拉裂模式；⑥滑移～前缘剪出模式；⑦滑移～弯转（推动式）模式；⑧顺层滑移模式；⑨滑劈模式。

1.2 逆层地质边坡

逆层地质边坡是指具有反倾结构面（边坡倾向与结构面倾向相反）的边坡，这类坡体结构形成的滑坡为切层滑坡。逆层地质边坡破坏模式主要有以下3种：①蠕滑～拉裂模式；②倾倒～拉裂模式；③塑流～拉裂模式。

1.3 排土场边坡

露天矿边坡破坏最重要的途径是滑动，即滑坡。根据滑动面位置的不同，滑动变形可分为三种类型:基底以上滑动、沿基底滑动、基底滑动：

（1）基底以上滑动，即废弃材料的内部滑动，废弃材料的内部滑动是指:滑动面全部产生于废弃材料的内部滑动。底部的抗剪强度高于底部，可以承受顶部的压力[2]。

（2）沿基底滑动，滑面下部通过基面或通过基面中较浅的弱接触面。有时也可水平，其抗剪强度较小。

（3）基底滑动，指的是基底层在旋转剪切作用下的滑动。与上述两种滑动不同的是，基底滑动有其主要的外部特征，即基底底鼓出现在排水场地之前，形成沿边坡的地质体。

2 海州矿滑坡类型及形成因素

2.1 滑坡类型

按物质组成，滑坡可分为土滑坡和岩滑坡。前者可分为粘土滑坡、黄土滑坡和堆积物滑坡。后者可分为风化岩浆岩型滑坡、沉积型滑坡和变质片岩型滑坡。

按滑动面与地质结构面之间的关系，可划分为：同类土滑坡、顺层滑坡和切层滑坡。海州矿的滑坡主要为顺层滑坡和切层崩滑。

按滑坡体厚度，可划分为：浅层滑坡、中层滑坡以及深层滑坡。这样划分便于进行稳定性评价和确定防治措施。海州矿的滑坡主要为浅层～中层滑坡。

按年代不同，可分为古滑坡、老滑坡、新滑坡以及正在发展中的滑坡。

按运动形式不同，可分为牵引式滑坡和推动式滑坡。海州矿滑坡两种形式都有：北帮边坡由于大范围排土，多形成堆载引起的推动式滑坡。

2.2 滑坡形成因素

根据海州露天矿地质特征和发生的滑坡历史资料分析，边坡角大小并不是滑坡的主要因素。50多年来只有一次因为坡度过大而导致滑坡的发生，而且规模也不大。海州矿边坡一直处于不断的发展和变化之中，滑坡形成因素也在不断变化。

2.2.1 地质构造因素

由中上侏罗系盆地陆相地堑沉积生成的，露天矿层是一系列雁行式背斜中的海州背斜，褶曲构造上总体上为单斜构造，南部和深部呈背向斜构造，背斜轴与向斜轴基本平行。构成边坡的岩体中不连续面的倾角对边坡的稳定性影响很大。

2.2.2 矿区地层特性

断层和不连续面对边坡的变形和滑动起着控制作用，据统计发生的滑坡灾害中，约有1/2受断层和不连续面控制。

2.2.3 水文地质条件

露天矿深部的地质层主要由坚硬的砂岩矿、砂质页岩矿所构成，其中页岩矿和结构致密的砂质页岩为隔水层，隔水层中的岩土体解理不发育。第四系含水层与下覆基岩含水层垂向有水力联系，由于该含水层内含有弱层，地下水对弱层及边坡岩体的不断作用，对边坡滑移有一定影响。

2.2.4 采矿等人为活动

矿山闭坑后，坑底及边帮下仍有部分采矿活动，导致各边帮的形态一直在改变，进一步破坏了原有地质层系统结构，打破了原系统平衡，引起坡体应力分布的变化失去平衡，从而对滑坡的产生创造了条件。

3 海州矿边坡滑坡机理

3.1 南帮边坡滑坡机理

3.1.1 南帮边坡滑坡模式

采用边坡中部的典型E10剖面为例，分析南帮逆倾层状岩质边坡的破坏模式。E10剖面地质层结构主要由杂填土、粉质粘土、全风化砂质页岩矿、强风化砂质页岩矿、中风化砂质、中风化砾岩矿及中风化砂质页岩矿等组成。地质层呈缓倾角的方式倾向坡内，其倾角与现今边坡的坡角基本反向。

根据边坡破坏滑动面形态，可以判断出海州露天矿南帮逆倾层状岩体边坡为崩滑-拉裂破坏模式。从E10剖面边坡破坏模式分析，边坡失稳破坏一方面由于边坡面地质层风化、雨水侵蚀等作用使物理力学指标降低，从而导致边坡中下部崩塌破坏。

3.1.2 南帮不稳定区划分

根据以上滑坡机制分析结果，将南帮分为3个滑动区段：①西部崩滑群W3～E4，②中部崩滑群E5～E15，③东部崩滑群E16～ E23。

3.2 北帮边坡滑坡机理

3.2.1 北帮边坡滑坡模式

就北帮历次滑坡统计可知，北帮人工顺层边坡产生滑坡最早始于20世纪50年代后期，而最多的则是产于80年代以来。目前，北帮已形成18°～20°的到界边坡，边坡走向基本上与层状地层的走向方向一致，而且地层呈缓倾角的方式倾向坡外。北帮自上而下分布有9层的弱层，形成了北帮滑坡的滑床控制面。在开采剥离过程中，坡脚附近切断了4～9#弱层中的某一层位，使弱层临空而产生滑动。

由于弱层倾角与坡面倾角相当，当坡体受到扰动，如排土堆载、边坡下井采、放炮振动等，对降低弱层强度的影响是显著的。

北帮的滑坡或蠕动变形体，除底面受到弱层影响之外，其前缘还受到陡倾坡外的太平中部一号（F中1）和太平东部一号（F东1）两个大断层的切割影响。其中，F中1断层为与矿层走向斜交的张性正断层，致使露天深部矿层下降，并斜切矿层底板下弱层，给边坡稳定带来一定隐患。F东1断层陡倾坡外，散体结构的断层破碎带，在坡体后部层状结构岩层的重力作用下，容易发生塑性变形，被挤压隆起，导致层状岩层在断层带内或断层带附近剪出。

3.2.2 北帮不稳定区划分

当前的海州矿北帮边坡是满足整体稳定性要求的。但由于坡面无序堆载、部分地下采空和正断层切割等因素的影响，形成了2个典型局部不稳定区：①西部不稳定区W4～E6，②东部不稳定区E18～E24。

3.3 内排土场滑坡机理

海州露天矿主要包括北帮西部和矿坑东部的两座大型内排土区域。

（1）北帮西部排土区。该区域是指矿坑北帮西部W3～E5、N8.5～N13的排土区，滑坡模式属于排弃物料内部滑动和沿X#弱层基底滑动的组合式滑坡类型。由于该区域大范围的内部排土造成荷载急剧增大，从而形成典型的推动式滑坡。

（2）矿坑东部排土场区。该区域是指矿坑东帮前E21～E23、SN0～N8的大型矿渣堆积体，堆积厚度达50m～80m。该排土场区北部边界达F东1断层，在北帮下部边坡面堆积；南部边界接近南帮坡脚。该排土场区由于尚未沉降稳定，存在以F东1断层为基底的滑动可能性和堆积体的内部滑坡隐患。该排土场区在一定程度上抑制了北帮顺层边坡的滑坡趋势，并对北帮东部和东帮边坡起到了压坡脚的有利作用。