anagement and other
大型露天矿山边坡治理与设计研究
李书敏
本文从变形形式与影响因素两个角度入手，分析了大摘要：
型露天矿山边坡失稳的形成机制。之后，结合边坡治理设计原则、矿山工程护坡设计、矿山生态护坡设计以及矿山边坡监测设计四个部分，提出了大型露天矿山边坡治理工程的主要设计策略。
大型露天矿山；边坡失稳；边坡治理；护坡工程关键词：
在大型露天矿山中，边坡在成坡位置、成坡形态、地质条件等方面存在无法选择的情况，且容易受地质、气象、人为活动等因素影响而出现变形、破坏的情况。一旦矿山边坡失稳，将引发泥石流、山体滑坡等多种次生灾害，进而对自然环境与矿山作业构成极大威胁。基于此，有必要针对大型露天矿山的边坡治理问题展开探讨，并积极探索维护边坡稳定、预防灾害风险的可行路径。
素之分。其中，内部因素主要涉及岩性、土质、地层结构、地质运动、地下水等方面。例如，若岩性脆弱、岩体松散，由其构成的坡体将不具备高水平的应力抗性与结构强度。这样一来，一旦坡体受到过大的冲击影响，便很容易出现失稳破坏的情况。再如，地下水冻融变化会产生一定的膨胀作用力或收缩作用力。若地下水在边坡内部结构中的渗透量过大，将会对其原有应力分布产生扰动作用，继而导致内部形变发生。外部因素主要包括人为因素、气象因素。例如，在人为采矿作业中，若设备机械运动对边坡岩土体产生扰动作用，或工程运输负荷超过边坡的承载阈值，便很可能导致边坡结构发生受力变形，进而埋下边坡失稳、地质灾害的风险隐患。再如，在暴雨天气或连续降雨天气下，边坡表面会形成大规模、较剧烈的地表径流。此时，不仅径流雨水会对坡面岩土产生持续性、高强度的冲刷作用，水体在流动过程中也会携带或推动边坡上方的岩土体向下滑移。如此一来，便很容易导致滑坡灾害的发生，并对边坡的结构稳定性产生严重影响。除此之外，植被覆盖率也与大型露天矿山的边坡稳定性存在密切关联。若边坡表面裸露较严重，无有效的植被层作为防护基础，其对应力作用及风雨侵袭的抵御能力都将大打折扣。
1 大型露天矿山边坡失稳的形成机制
1.1 矿山边坡的变形形式
在大型露天矿山中，当边坡因稳定性丧失而变形、破坏时，可表现出多种形式。若边坡处于失稳初期，或变形程度相对过低，通常会表现出松动或蠕动的形式。其中，松动即边坡岩土结构的整体性降低，易在应力作用下出现岩土体小幅度位移、少部分脱落的情况。而蠕动则是边坡在剪应力、抗剪强度不均时，发生的持续、缓慢向临空面变形的情况。结合既往案例经验来看，这两种情况都是矿山边坡稳定性降低的前期表现，同时也是边坡结构破坏、地质灾害发生的先兆。若不及时采取治理措施进行控制，松动、蠕动等变形程度会不断加深，进而转变为边坡的破坏性灾害。当边坡稳定性降低至一定程度时，会出现严重的破坏现象，并以崩塌、倾倒、滑坡最为常见。其中，崩塌通常是岩性、雨水、温度、人为活动等多种因素共同作用的结果，发生时边坡岩体会呈现大规模崩落或坍陷。倾倒多见于陡峭边坡，发生时边坡结构面会在应力作用下分割为多个平行块体，并沿临空方向倾斜或倾塌。滑坡是边坡失稳破坏的最常见形式，也是导致泥石流、岩体滑坡等次生灾害的主要原因。滑坡发生时，地表水、岩土滑坡体及坡面泥土会按球状体沿坡滑落，并对下方环境产生破坏、冲击等负面影响。1.2 边坡失稳的影响因素
大型露天矿山边坡的稳定性受多种因素影响，并有内外因
2 大型露天矿山边坡治理的设计策略
2.1 边坡治理的设计原则
在大型露天矿山的边坡治理工程中，明确基本设计原则不仅是保证治理方案设计质量的必要前提，也是保障工程综合效益的导向基础。结合行业研究成果与工程实践经验来看，主要应遵循如下边坡治理设计原则：
第一，稳定性原则。开展矿山边坡治理作业的根本目的，是通过有效的人为干预手段，实现边坡失稳现象的规避与控制，进而达到降低矿山地质灾害发生几率、保障自然环境质量与矿山作业安全的效果。所以，相关工程设计必须以提高边坡稳定性、遏制内外因素负面影响为第一要义。
第二，综合性原则。矿山边坡失稳的形成机制、表现形式及影响因素具有多样化特点，若采用的治理手段过于单一，将很难达到全面化、精细化的工作效果。同时，行业已经在对边坡稳定性的研究和长期大量的工程实践中开发出了多种技术类型。基于此，在开展大型露天矿山边坡治理的设计与作业时，应尽可能
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
163
M管理及其他
效改善。
anagement and other
此类情况，还需将人工填充环节加入大型露天矿山边坡治理的设计体系中。在开展填充作业时，应做好边坡阻滑力和下滑力的对应控制，并立足实际情况对回填缓坡平台的高度、宽度、台阶数量和间隔距离进行科学规划。如此一来，便可在提高边坡结构稳定性的同时，实现滑坡体下滑速度及连续性的有效控制，从而降低滑坡、泥石流等次生灾害的发生几率。选择填充材料时，应尽量以矿山生产作业中产生的废石、废土为主。通过这样的材料设计方式，不仅有助于适当降低矿山边坡治理的投入成本，还有助于解决矿山作业区域内开采废料的堆放问题。
第三，防水治水。作为大型露天矿山中防止边坡滑坡的必不可少环节，主要针对地表水和地下水对于边坡稳定性产生的负面影响，如径流冲刷、内部侵蚀、应力扰动、滑坡体浮托等。首先，可在边坡上方和水渗路径上设置截水设施，例如截水沟和截水帷幕等。这种设计不仅能截住地表水径流，防止其冲刷边坡表层土体和上方滑坡体，同时也充分利用非饱和土截水帷幕作用，对边坡结构中的入渗点进行气体填充，减少地下水渗入边坡岩土结构内的实际量级，达到降低地下水位，保障边坡稳定的目的。其次，在边坡结构中设置排水设施，例如排水盲沟、排水洞和排水孔等，并采用虹吸排水和负压排水等方法，实现地下水的大量导出或实时外排。在进行边坡排水作业时，应严格控制地下水位降至透水孔段以下，并做好排水孔的注浆封闭工作，以确保排水效果。除此之外，根据不同地质条件选择合适的防水治水方案也是十分重要的。
第四，岩土强化。在地质运动、水体侵蚀和自然风化等多种因素的共同作用下，边坡岩土体可能出现结构疏松和表面裂缝等现象，从而导致失稳情况。因此，在大型露天矿山的边坡治理设计中，应采取有效的人为干预措施，对边坡岩土体的结构强度、力学性能和抗裂能力进行强化处理。具体实践时，可采用混凝土加压注浆或灌浆喷射等方法。其中，前者主要通过压力作用将预制混凝土泥浆注入边坡岩土内部，以增加固结内部结构和改善边坡性能。后者则是采用挂网喷浆的方式，在边坡外部构建混凝土防护层，从而封堵边坡表面存在的形变裂缝和受蚀孔洞，同时提高坡面对径流侵蚀、自然风蚀和滑坡体冲击的抵御能力。这样一来，边坡整体的稳定性将大为提升，达到相对理想的调整效果。
第五，结构支护。在边坡原有结构的基础上构建人为支护体系也能够对边坡稳定性起到支撑强化作用。在大型露天矿山边坡治理设计中，可采用的结构支护手段主要包括抗滑桩和拉力锚杆等。其中，将抗滑桩打入边坡岩土体后，能够有效地将滑坡体推力传导至桩体下部，然后充分利用桩下土体的侧向作用力来抵御上方的推力。由此，便可提高坡面结构的稳定性，避免其出现变形、破坏等问题。将拉力锚杆应用到边坡治理中，能使边
实施集拦、排、填、护、强、植等多种方式于一体的综合治理举措，以全方位、多角度地提高边坡稳定性，并促成矿山环境的有
第三，适宜性原则。在大型露天矿山边坡的治理设计中，必须要坚持因时制宜的基本原则。一方面，要根据边坡地形、地质、岩性、变形状态、破坏程度等实际情况，有针对性地选用工程技术、采取治理措施。另一方面，要结合短期、长期的工程、环境、气象等变化因素及实践需求，做好安全保障、环境监控、天气应对等工作。只有这样，才能最大程度地保证治理效果达到理想水平，实现工程设计与技术应用价值的充分发挥。除此之外，还应注重投入成本方面的适宜性，在严格保证边坡治理质量的前提下，尽量体现工程设计的经济性。
第四，耐久性原则。大型露天矿山边坡治理是一项长期性工作，若仅关注边坡在短期内的稳定性修复与环境恢复，将很难深层、有效地达到防灾减灾目的。一方面，应尽量保证短期治理与长期治理相结合，在解决矿山边坡现有负面问题的同时，保证相关支护结构、护坡设施具有高度的耐久性，能够长时间保持稳定、达标的治理性能。另一方面，需要综合考量多种因素，对边坡的变形规律、破坏风险、灾害隐患进行合理预测、前瞻分析，继而建立预防预控性的护坡机制。2.2 矿山工程护坡的设计
在大型露天矿山的边坡治理设计中，主要可采取如下工程护坡手段：
第一，削坡减载。岩土荷载过大、应力分布不均，是导致矿山边坡失稳的主要原因之一。同时，若边坡过斜、过陡，不仅会降低坡面岩土体的稳定性，还会加大水体径流的冲刷作用，进而埋下泥石流、滑坡等灾害的形成隐患。所以，在设计矿山边坡治理策略时，首先应运用削坡减载手段，对边坡的轮廓形态进行改善处理，并适当降低坡面荷载量，实现滑坡体的有效控制。具体实践中，应先结合前期工程调查结果，选择坡度过陡、荷载过大的坡面、坡段作为施工对象。其后，使用机械挖掘设备，将陡坡上部的土块、岩石适当挖除，并将削坡作业后的坡面处理平整。如此一来，便可达到减缓坡面、减少滑坡体的效果，并有效降低矿山边坡所承受的纵向作用力。另外，在执行削坡减载工作时，一方面要做好挖除岩土体运输荷载的把控，确保设备与岩土体的负荷总量处于边坡承载范围内。另一方面，还要严格控制挖掘的深度、力度和频率，以避免对边坡主体造成破坏。只有这样，才能防止施工活动对边坡产生扰动作用，进而保证边坡治理的有效性和安全性。
第二，边坡填充。在自然地质运动和人为矿山作业的共同影响下，矿山边坡很可能出现结构破坏、平台缺失的问题，进而形成边坡塌陷、结构失稳的风险。因此，若在工程调查环节中发现
164
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
M管理及其他
坡岩土在锚固张拉作用下形成紧固、复合的结构整体，从而明显改善边坡抗滑移、抗剪切、抗冲击和抗冲刷等多种性能。
第六，坡脚防护。在大型露天矿山边坡治理设计中，除了边坡上、中部的改善处理之外，坡脚部分的治理也十分重要。一方面可以在坡脚处建立废石堆砌带，以压缩脚下的稳坡效应。在实际应用中，废石堆砌带可增加坡脚面与滑坡体之间的摩擦力，以对滑坡体的滑移速度产生衰减作用。同时，废石堆砌带还能基于减速、拦碴的作用，不断地与滑坡体相结合，进而实现堆砌高度和防护强度的进一步提升。另一方面，还可以在坡脚处设置挡土墙，并做好挡土墙的加固处理。这样做，当边坡上的土体和危岩朝下滑移，或边坡因地质运动、雨水冲刷等因素而发生坍塌、泥石流、滑坡等灾害时，坡脚挡土墙能够起到有效的拦截和阻止作用，从而将灾害影响局限在较小范围内。2.3 矿山生态护坡的设计
在综合性原则的导向下，大型露天矿山边坡治理的设计既要具有多种工程治理措施，也要合理运用生态护坡技术。从植被影响机理的角度来看，生态护坡技术对于边坡稳定性的优化作用主要表现在以下方面：首先，植物在生长发育的过程中，其根系会深深根植于边坡岩土当中，进而形成相对紧固的土根复合结构。在此背景下，边坡原土将会转变为“加筋土”，其结构强度和力学性能也会得到充分改善。其次，植物根系能够有效地分散边坡所受应力作用。当边坡表面受到雨水冲刷、滑坡体冲击等作用侵袭时，相关应力能够沿着植物主根的土内扩散方向进行传导，进而大幅降低应力对边坡的影响程度。最后，当植被覆盖率达到一定规模后，植物能在边坡表面形成防风、防水的保护层，并能够有效地截留碎石、泥土等小型滑坡体。边坡所受影响进一步降低，其整体稳定性也将大幅提升。
开展生态护坡的设计实践时，首先要做好护坡植被的选择。一方面，要把控植被的生长质量，即选择适宜矿山环境、生长速度快、抗病能力强的植物。另一方面，还要注重体现植被的工程应用，尽量选择根系粗长、抗风防水能力强的植物，并保证其能满足粗放化、耐久性的管理需求。除此之外，还应根据护坡位置的不同，灵活选用乔木、灌木、攀援、草坪等多种植被类型。其次，要合理设置生态护坡的施工形式。在坡面绿化方面，可采用挂网喷播或草皮块铺的方式，将野牛草、钝叶草或结缕草等矮小草本植株密植到边坡表面，并尽量保证边坡岩土体全覆盖、无裸露。在坡顶、坡脚等部位，则可移栽灌木、乔木等植被，如珊瑚
anagement and other
树、香樟树、胡枝子、小叶女贞等。若边坡较陡，还可移栽常春藤、茑萝等攀援植物，从而对雨水径流、滑土落石起到有效的阻滞作用。最后，还需要做好护坡植被的生长管理工作，如设计构建坡面自动喷灌系统、锚固包塑根部土壤等，进一步实现生态护坡条件的强化。这样一来，既能充分提升大型露天矿山边坡的稳定性，也能起到恢复边坡环境质量、降低采矿生态影响的作用。2.4 矿山边坡监测的设计
为了保障大型露天矿山边坡治理的实际效果，并为工程方案的动态调整提供有力依据，还需要做好矿山边坡监测的设计工作。在监测初始阶段，需要做好监测点、基准点的合理布置，并对矿山边坡的基础情况进行明确记录，具体包括测点坐标、测点分布结构、边坡坡度等。同时，立足实际情况，对边坡监测的时间、周期、频率等进行科学规划，并确定边坡变化的预警值，如日均位移量超过2mm、周期累积位移量超过35mm等。其次，要采用人工巡视与设备监测相结合的方式。在人工巡视方面，工作内容应包括观察测量边坡裂缝数量尺寸、检查排水管路是否畅通、支护结构有无松动等。在设备监测方面，工作内容应包括裂缝监测、沉降监测、水平位移监测、坡面坡度监测等，并实现各项监测信息的持续采集、动态传输与可视化呈现。最后，在获得日均性、周期性的监测结果后，应及时做好分析工作，以明确边坡稳定性是否达标，边坡位移量是否处在预警范围内，边坡治理措施是否有效。在此基础上，一旦发现监测结果存在异常，应及时对影响边坡稳定性的内外因素进行排查，并对现有的治理方案、治理设施进行调整处理，以保证整体治理工程具备良好的达标性与耐久性。
3 结论
综上所述，大型露天矿山边坡稳定性可以受到多种内部和外部因素的影响，并产生多种失稳形式和次生灾害。为了保证边坡环境质量和矿山作业安全，应全面进行边坡治理的设计工作。在具体实践中，应严格遵循稳定性、综合性和适宜性等基本原则，并科学、灵活地运用多种工程护坡和生态护坡手段。此外，还需建立有效的边坡监测机制，以明确边坡的形变情况和治理效果。只有这样，才能最大化地提升边坡治理质量，达到防灾减害和保障生产的目的。
（作者单位：武汉中隧轨道交通工程技术有限公司）
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
165
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容