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排土场滑坡及泥石流的产生

2011-12-17 15:38:22 来源:采矿手册 点击数:0次 评论(0)
排土场与基底滑坡类型可分为三种:排土场内部的滑坡;沿排土场与基底接触面的滑坡;沿基底软弱层的滑坡……
    一、排土场滑坡

    排土场与基底滑坡类型可分为三种:排土场内部的滑坡;沿排土场与基底接触面的滑坡;沿基底软弱层的滑坡(图1)。

    (一)排土场内部的滑坡(图1a)。

    基底岩层稳固,由于岩土物料的性质、排土工艺及其他外界条件(外载荷和雨水等)所导致的排土场滑坡,其滑动面出露在边坡的不同高度。

    当排弃的是大块坚硬岩石,其压缩变形较小,排土场比较稳定。若岩石破碎,含较多的砂土,并具有一定湿度时,新堆置的排土场边坡角较陡(38°~42°左右),随着排土场高度增加继续压实和沉降,排土场内部出现孔隙压力的不平衡和应力集中区。孔隙压力降低了潜在滑动面上的摩擦阻力,因而可能导致滑坡。在边坡下部的应力集中区产生位移变形或边坡鼓出,然后牵动上部边坡开裂和滑动,最后形成抛物线形的边坡面,即上部陡、下部缓,以直线量度的边坡角通常为25°~32°。
图1  排土场滑坡类型示意图
a-排土场内部的滑坡;b-沿地基面的滑坡;c-基底软弱层的滑动

    排土场内部的滑动坡多数与物料的力学性质有关,如含有较多的土壤或风化软弱岩石;当排土场受大气降雨或地表水的浸润作用,将使排土场的稳定状态迅速恶化。如兰尖铁矿1510米平排土场于1979年12月发生国内矿山最大的排土场滑坡,滑坡量达200万米 3(300×214×30m)。其原因是基底坡度陡(40°左右),排弃的表土和风化岩石在排土场形成软弱夹层。滑坡冲垮了运输主平硐50m,开裂破坏了104m,造成停产半年。又如,海南铁矿6号排土场东部于1973年8月连续两天之后产生几十万立方米的大滑坡,滑体长158m、宽48m、下沉15m,导致排土场停产80多天。同样,8号排土场于1978年9月发生了大滑坡,滑体长200m、宽40~50m、下沉25m,致使电铲、机车和矿车随滑体下滑,停产20多天。

    (二)沿基底接触面的滑坡(图1b)

    当山坡形排土场的基底倾角较陡,排土场与基底接触面之间的抗剪强度小于排土场的物料本身的抗剪强度时,便易产生沿基底接触面的滑坡。如基底上有一层腐植土或在矿山剥离初期排弃的表土和风化层,堆置在排土场的底部而形成了软弱夹层。若遇到雨水和地下水的浸润,便会促进滑坡的形成。

    朱家包包铁矿1号排土场自1978年4月至1979年1月先后三次发生滑坡,体积达36万米 3,其原因是剥离的表土和砂质粘土排弃在排土场底层,后期覆盖坚硬岩石,软弱的粘土成为滑动面。
 
    (三)软弱基底鼓起引起的排土场滑坡(图1c)

    当排土场坐落在软弱基底上时,由于基底承载能力低而产生滑移,并牵动排土场的滑坡。在冶金矿山排土场40多例重大滑坡事故中,这类滑坡约占1/3。

    齐大山铁矿二道沟排土场,堆置高度52m,基底表面为3~4m厚的沉积土,由于沟底渗水表土饱和后,在排土场压力下发生滑动,沟底翻出了黑色泥浆,坡角滑移了200多米,滑体长100多米,滑坡重约3.5万米 3

    歪头山铁矿224m排土线电铲堆置初始路堤时,由于基底是软弱的淤泥沉积物,在路堤压力下产生3.5m高的底鼓,水平移位达40m,70~80m长的一段路堤下滑,几次填方几次滑移,使得路堤长期形成不了。

    二、排土场泥石流

    由于山岩风化、滑坡、崩塌或人工堆积在陡峻山坡上(30°~60°)的大量松散岩土物料充水饱和,形成一种溃决,谓之天然泥石流。含大量泥沙石块,砂石含是量15~80%的泥石流体(容重在1.3~2.3t/m 3)在重力作用下沿陡坡和沟谷快速流动,形成一股能量巨大的特殊共流。可在很短时间内排泄几十万到几百万立方米的物料,对于道路、桥梁、房屋、农田等造成严重灾害。

    形成泥石流有三个基本条件:第一,泥石流区含有丰富的松散岩土;第二,山坡地形陡峻和较大的沟床纵坡;第三,泥石流区的上中游有较大的汇水面积和充足的水源。矿山泥石流多数以滑坡和坡面冲刷的形式出现,即滑坡和泥石流相伴而生,迅速转化难以截然区分,所以又可分为滑坡型泥石流和冲刷型泥石流。

    矿山工程中筑路开挖的土石方、坑道掘进排弃的废石以及露天矿排土场堆积的大量松散岩土物料都给泥石流的发生提供了丰富的固体物料来源。据统计,自70年代起先后有20多个矿山发生了泥石流灾害(表1)。例如:四川泸沾铁矿1972年泥石流把筑路排弃的土石冲走10万米3,埋了成昆铁路新村站和一段公路。

表1  我国矿山泥石流分布情况
矿山
沟谷
固体物质储量(万吨)
流域面积(km 2
沟床比降(%)
山坡坡度(°)
年降雨量(mm)
泥石流活动情况
泸沽铁矿
盐井沟
500
13.6
144
35
1000
剥离土,1970年以来常发生泥石流
泸沽铁矿
汉罗沟
51
2.1
188
735
1000
筑路弃土,1972年发生泥石流
兰尖铁矿
无名沟
2824
 
 
 
877
1966年和1970年两次泥石流、冲垮平峒口
太和铁矿
泡石头沟
 
52
127
30
1272
 
四川石棉矿
后沟
5000
7.4
230
30~37
 
剥离土,多次发生小型泥石流
新康石棉矿
大洪沟
 
61
140
30
 
 
四川蛇纹石矿
胥家沟
 
2
200
30~45
 
 
东川汤丹矿
小菜园沟
1500
9.7
 
 
850
剥离土,1974年发生多次泥石流
因民矿
大水沟
 
47
111
30
 
 
落雪矿
因民沟
100
47
111
30
850
坑道弃碴,1973年泥石流
烂泥坪矿
黄水菁沟
 
91
50
 
 
 
易门狮山分矿
菜园河
 
42
52
 
 
 
易门狮山分矿
无名沟
 
16.2
81
 
 
 
昆阳磷矿
歪头山
 
2.2
94
40~45
 
 
永平铜矿
大垄沟
16
0.064
137
40
1740
1978年冲毁农田11.14公顷
云浮硫铁矿
三水围
10000
0.2
145
30~40
1550
剥离土,1972年发生泥石流
海南铁矿
七条山沟
7000
 
150
30~40
1536
1959年起排土场发生多次泥石流
潘洛铁矿
大格沟
750
0.4
340
35
2000
1972、1976和1983年出现泥石流
石录铜矿
 
1188
 
 
 
2369
剥离黄土形成泥流

    海南铁矿排土场发生多次滑坡和泥石流,形成了两个泥石流区,山前泥石流区和山后泥石流区。1959年~1979年共堆置含80%粘土的岩石1200多万米 3,泥石流流通区长2~3km。1973年8月6日排土场发生30多万米 3的大滑坡,然后经过雨水或沟谷流水的冲刷导致大规模的泥石流。

     云浮硫铁矿的三个排土场累计排土量2000多万米 3,先后形成了6条泥石流沟。1972年11月因台风和暴雨的影响,大台及东安坑两个排土场发生的泥石流随峰远河洪水直泻而下,淹没了水田151公顷,旱地43公顷。1975年6月发生第二次泥石流,危害更为严重。排土场汇水面积0.3km 2的泥石流把下游的窄轨铁路、桥染、相邻公路都冲垮了,漫溢河水冲垮了河堤28处,长达4187m,1334公顷农田受灾,并冲毁厂房和水轮泵站一处,共赔款61万多元。
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