ＳｅｒｉａｌＮｏ．６１９Ｎｏｖｅｍｂｅｒ．２０２０
现 代 矿 业
ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ
总第６１９期
２０２０年１１月第１１期
安徽省自然科学基金项目（编号：１８０８０８５ＭＥ１３５），安徽省科技重大专项（编号：２０１９０３ａ０７０２０００８），国家重点研发计划项目（编号：２０１９ＹＦＣ１８０３５０２）。
赵远群（１９８６—），男，工程师，２５０１０１山东省济南市高新区舜华路２０００号。
某排土场滑坡风险及影响范围分析
赵远群１ 唐 恺２，３，４ 吴小刚２，３，４ 秦 柯２
，３，４
（１．山东联创矿业设计有限公司；２．中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；
３．金属矿山安全与健康国家重点实验室；４．华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心） 摘 要 排土场下游常分布有居民区、厂房等设施，一旦滑坡，后果严重。为了准确预测排土场滑坡的影响程度及影响范围，通过分析排土场滑坡风险源项，采用规范确定法、能量方程法、工程类比法及传播公式法对某排土场滑坡后的影响范围进行了计算，得出了某排土场滑坡后的最大影响范围长度为２０８ｍ，并进行了影响程度分析，对于排土场的防治及监管具有一定的指导作用。
关键词 排土场 滑坡 风险 影响范围ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４ ６０８２．２０２０．１１．０６６
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＬａｎｄｓｌｉｄｅＲｉｓｋａｎｄＩｎｆｌｕｅｎｃｅＳｃｏｐｅｏｆＷａｓｔｅＤｕｍｐ
ＺＨＡＯＹｕａｎｑｕｎ１ ＴＡＮＧＫａｉ２，３，４ ＷＵＸｉａｏｇａｎｇ２，３，４ ＱＩＮＫｅ
２，３，４
（１．ＳｈａｎｄｏｎｇＬｉａｎＣｈｕａｎｇＭｉｎｉｎｇＤｅｓｉｇｎＣｏ．，Ｌｔｄ．；２．ＳｉｎｏｓｔｅｅｌＭａａｎｓｈａｎＧｅｎｅｒａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｎｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｏ．
，Ｌｔｄ．；３．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳａｆｅｔｙａｎｄＨｅａｌｔｈｆｏｒＭｅｔａｌＭｉｎｅ；４．ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＣｙｃｌｉｃＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＭｅｔａｌＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌａｒｅａｓ，ｆａｃｔｏｒｉｅｓａｎｄｏｔｈｅｒｆａｃｉｌｉｔｉｅｓａｒｅｏｆｔｅｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｏｆｔｈｅｄｕｍｐｓｉｔｅ．Ｏｎｃｅｔｈｅｌａｎｄｓｌｉｄｅｏｃｃｕｒｓ，ｔｈｅｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓｗｉｌｌｂｅｓｅｒｉｏｕｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｃｕｒａｔｅｌｙｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｅｘｔｅｎｔａｎｄｓｃｏｐｅｏｆｉｍｐａｃｔｏｆｔｈｅｄｕｍｐｌａｎｄｓｌｉｄｅ，ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｒｉｓｋｓｏｕｒｃｅｔｅｒｍｓｏｆｔｈｅｄｕｍｐｌａｎｄｓｌｉｄｅ，ｔｈｅｎｏｒｍｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｅｎｅｒｇｙｅｑｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎａｌｏｇｙｍｅｔｈｏｄａｎｄｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｆｏｒｍｕ ｌａｍｅｔｈｏｄａｒｅｕｓｅｄｔｏａｆｆｅｃｔｔｈｅｉｍｐａｃｔｒａｎｇｅｏｆａｄｕｍｐｙａｒｄａｆｔｅｒａｌａｎｄｓｌｉｄｅＡｆｔｅｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｉｔｉｓｃｏｎｃｌｕ ｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｉｍｐａｃｔａｒｅａａｆｔｅｒａｌａｎｄｓｌｉｄｅｏｆａｄｕｍｐｉｓ２０８ｍ，ａｎｄｔｈｅｉｍｐａｃｔｄｅ
ｇｒｅｅａｎａｌｙｓｉｓｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ，ｗｈｉｃｈｈａｓａｃｅｒｔａｉｎｇｕｉｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｄｕｍｐ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｗａｓｔｅｄｕｍｐ，ｌａｎｄｓｌｉｄｅ，ｒｉｓｋ，ｓｃｏｐｅｏｆｉｎｆｌｕｅｎｃｅ
排土场作为一种人工松散堆积体，
一般来说，其风险主要指暴雨时排土场积雨造成堆积体滑坡，形成滑坡、泥石流等灾害。因此，排土场发生的灾害不但对矿山的正常生产会造成不良影响，而且对下游人民群众的生命财产安全也构成威胁，属灾难性风险。目前排土场在滑坡影响范围的计算研究较少，主要集中在稳定性研究与评价方面
［１ ２］
，因此开展滑坡影响范
围研究具有重要的理论和现实意义。本研究尝试用规范确定法、能量方程法、工程类比法及传播公式法这４种方法对排土场滑坡影响范围进行计算研究
［３ ４］
。
１ 排土场概况
某排土场位于浙江省杭州市临安区青山湖街道庆北村北侧冲沟内，属于“Ｖ”型谷，堆积的物料主要是开采出的凝灰岩在经过冲洗过程后产生的泥渣，泥渣经过压滤后运送至污泥排土场进行堆筑，按照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（ＧＢ１８５９９—２００１），泥渣属于第Ⅰ类一般工业固体废物。排土场设计最终堆置标高＋１０３ｍ，下游设拦挡坝，坝顶宽７ｍ，内、外坡比均为１∶２，坝顶标高＋７９ｍ。拦挡坝以上每３ｍ为一个台阶，台阶标高分别为＋８２、＋８５、＋８８、＋９１、＋９４、＋９７、＋１００ｍ，最终排土高程＋１０３ｍ，台阶坡比为１∶２，总体坡比为１∶４。每个台阶外坡设７ｍ宽平台，平台内侧设横向排水沟。排土场最终坡顶及各级排土平台向场内下倾，下倾坡度２％。该排土场最大堆置高度３３ｍ，总库容约２２．８９
万ｍ３
。
２ 风险源项分析
根据排土场设计方案，该排土场排洪系统主要由场外截洪沟、截水沟、场内平台排水沟和场底排渗盲
沟组成，其构成了一个立体的、完善的排水体系，把排土场场内、场外汇水排出场外。正常情况下不会发生滑坡事故，但对于山区沟谷型的排土场，滑坡事故主要由特大洪水、暴雨等因素引起。该排土场汇水面积为０．０６ｋｍ２，根据洪水计算，指定频率（２００ａ一遇）最大１ｈ降雨量为１３８．７２ｍｍ／ｈ，最大洪峰流量为２．１８ｍ３／ｓ，滑坡的主要风险源项为暴雨。
３ 滑坡影响范围分析
３．１ 按规范确定排土场的安全防护距离
该排土场最终顶标高为＋１０５ｍ，底标高约为＋７０ｍ，最大堆置高度为３５ｍ，排土场容积为３３．９１万ｍ３，根据《冶金矿山排土设计规范》（ＧＢ５１１１９—２０１５）第３．２条规定，此排土场为四级排土场。根据规范第５．４．１条规定：不具备形成泥石流条件、基底工程地质或水文地质条件良好的排土场，当不设置防护工程时，设计最终坡底线与主要设施、场地、居住区等的安全距离应满足表１规定。
表１ 排土场设计安全防护距离
序号保护对象名称排土场等级四级
１国家铁（公）路干线、航道、高
压输电线路铁塔等重要设施
≥１．０Ｈ
２矿山铁（道）路干线（不包括
露天采矿场内部生产线路）
≥０．７５Ｈ
３露天采矿场开采终了境界线根据边坡稳定状况及坡底线外地面坡度确定，但地面坡度逆坡时，不应小于３０ｍ；但地面坡度顺坡时，不应小于１．０Ｈ。
４矿山居民、村镇、工业场地等≥２．００Ｈ
注：Ｈ为排土场设计最终堆置高度。
本排土场汇水面积较小且采取了截洪沟工程，切断了形成泥石流的水源，因此该排土场形成泥石流的可能性很小；根据勘察报告，基底工程地质或水文地质条件较好，排土场的坡脚设置有拦挡坝。根据上述条件确定，该排土场距离村镇的安全防护距离应大于２Ｈ即７０ｍ。由此可确定该排土场影响范围为排土场坡脚向下游７０ｍ距离。
３．２ 能量方程法确定排土场的影响范围
排土场滑坡滑落体滚动距离主要采用能量方程法计算。排土场滑坡伴随势能转化为动能、动能转化为热能的过程，滑动距离受到排土场岩土性质、岩土粒径分布、湿度、所处位置、基底倾角、地基承载力等因素的影响。
通过滑落体坡面滚动式运动的能量计算，可以了解滑落体在滚落至坡脚时剩余的动能，其能量方程为
ｍｇｈ＝ｍｖ２／２＋ｍｇｈｘ，（１）式中，ｍ为滑落体质量，ｋｇ；ｇ为重力加速度，ｍ／ｓ２；ｈ为滑落高度，ｍ，取３５ｍ；ｖ为滑落体到达坡脚速度，ｍ／ｓ；ｘ为滚过时动能损失系数。
经计算，可得滑落体到达坡脚时最大速度约为２１．１ｍ／ｓ。
根据滑落体坡面运动能量计算，滑落体到达坡脚时有可能还存在动能，将会继续向排土场外侧滚动，到达一定距离时，速度为零。
Ｌ＝ｖ２／（２εｇ），（２）式中，Ｌ为滑落体运动距离，ｍ；ε为运动摩擦系数，取０．３５。
经计算，可得排土场发生滑坡时滑落体滚动距离约为６９ｍ，确定该排土场影响范围为排土场坡脚向下游６９ｍ。
３．３ 工程类比分析法确定排土场的影响范围排土场破坏后的滑动距离受滑动路径（纵向坡率、横向几何形状、障碍物）、滑动路径覆盖层物理力学参数、排土场散体物料物理力学参数、排土场规模的影响，综合这些影响，通过工程类比得出滑动距离的标准化公式为
Ｌ＝Ｈ／（０．８４５ｔａｎθ
ｒ
－０．０４３），（３）θｒ＝［α＋（４５°－φ／２）］／２，（４）式中，Ｈ为最大垂直滑落距离；α为地形坡度，（°）；φ为排土场散体内摩擦角，（°）。
该排土场原始地形坡度为７°，散体内摩擦角取３０°，由式（３）和式（４）并结合地形图确定滑动距离Ｌ为１５３ｍ，排土场坡顶至拦挡坝坡脚距离为８０ｍ，由此计算出该排土场坡脚向下游的影响范围为７３ｍ。３．４ 滑坡泥石流影响范围计算
排土场滑坡泥石流的影响范围与废石量、地形以及沟谷坡度等因素有关，对于滑坡后堆积物向外蔓延最大影响范围一般采用下述传播公式计算［５］：
ｒ＝ｔ
β
()１２，β＝πρ１
８ｇｍ
()１２，（５）
式中，ｍ为液体质量，ｔ；ρ
１
为液体密度，ｔ／ｍ３；ｒ为扩散半径，ｍ；ｔ为时间，ｓ，一般取５ｍｉｎ；π为圆周率，取３ １４；ｇ取９．８ｍ／ｓ２。
结合排土场的地形、库容等因素，经计算，当发生２００ａ一遇的暴雨时，该排土场滑坡后，废石堆积物向外蔓延的最大影响范围约为２０８ｍ。
４ 风险影响分析
根据计算，由能量方程法计算的排土场发生滑坡时滑落体滚动距离约为６５ｍ，由工程类比分析法计算的排土场下游影响范围为７３ｍ，（下转第２２０页）
后，可使地表下３．０ｍ以内尾砂层含水量迅速降低、基本达到满足开挖条件的效果（降水后含水量最大降幅可由原４９．１％降为１８．７％，尾粉土及尾粉质黏土含水量也得到较大的下降），但在３．０ｍ以下深度因真空度显著下降，地下水静水位下降尚可，但尾粉土及尾粉质黏土含水量下降不大。后期水位恢复缓慢，说明地层渗透性弱，能满足降水后一定时间开挖作业要求。
（２）Ｂ试验区因附近有排水沟影响，井点管按５ｍ间距、井深８ｍ布置时，出水量稳定，但水位降深不大，上部钎探显示含水量下降不明显。说明井管深度和间距太大，因此按３ｍ间距加密布置３．５ｍ短管后，当附近排水沟水量较小时，可迅速降低地表下３ ０ｍ尾砂层含水量（降水后含水量最大降幅可由原４０．５％降为１８．３％）。当排水沟水位高时，降排水效果不好，钎探也揭示尾矿层含水量降低不明显，说明临近截洪沟内地表水体向降水区内径向渗流补给，水沟内地表水多少对试验区降水影响较大。Ｂ区实验的结果表明井点间距和井深参数偏大，地表水对降低尾矿土层含水量影响大。
（３）Ｃ试验区井点管按６～６．５ｍ间距和孔深６ｍ布置时，出水口水表显示出水量恒定，地下水水位下降明显，但钎探揭示地表３ｍ以内尾粉土、尾粉质黏土含水量降低效果不明显，后按３ｍ间距加密布置３．５ｍ短井管后，钎探及开挖揭示地表３ｍ以内尾粉土、尾粉质黏土含水量降低明显。实验过程中发现地表降水影响不大，但周边水沟水位增长较大时，对试验区降水效果影响较大。
综合本次试验测试及现场实践经验，库区降水参数建议按３ｍ间距，６．５ｍ深和３．５ｍ深井管交错布置。
７ 结 语
（１）与其它常规降排水法相比，轻型真空井点降水法具有施工简单、抽吸力强、排水量大、高效等优势，能有效减弱如尾矿砂层等特殊场地含水条件复杂、渗透性差异较大地质环境下的疏排水问题，值得进一步研究和推广应用。
（２）管路系统密封效果、周边补给条件等对轻型真空井点降水法效果影响较大，当现场能够确保管路系统真空连接，外界无固定补给源渗透补给时，该方法一次降深将可达到３ｍ以上，满足施工现场浅部作业问题。
参 考 文 献
［１］ 水电规划设计标准化技术委员会．ＤＬ／Ｔ５２１３—２００５ 水利水电工程钻孔抽水试验规程［Ｓ］．北京：中国电力出版社，２００５．［２］ 水电规划设计标准化技术委员会．ＹＳ５２１５ ２０００、Ｊ１０３ ２００１ 抽水试验规程［Ｓ］．北京：中国计划出版社，２００１．
［３］ 工程地质手册编委会．工程地质手册［Ｍ］．５版．北京：中国建筑工业出版社，２０１８．
［４］ 朱兴旺，张树楹．真空轻型井点降水在工程施工中的应用［Ｊ］．中华建设，２０１２（１０）：１９０ １９１．
［５］ 杨书海．浅谈粉砂土地区轻型井点降水施工方法［Ｊ］．水利建设与管理，２０１３，３３（３）：２２ ２５．
（收稿日期２０２０ ０９ １２
櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄
）
（上接第２１６页）由传播公式计算的排土场滑坡发生泥石流时堆积物向外蔓延的最大影响范围约为２０８ｍ。综上，排土场滑坡对下游最大影响距离为２０８ｍ，即滑坡后排土场对下游２０８ｍ范围内造成较为严重的灾害。
５ 结 论
（１）分别采用规范确定法、能量方程法、工程类比法及传播公式法对排土场滑坡后的影响范围进行了计算，得出了排土场滑坡后对下游的最大影响范围为２０８ｍ。
（２）根据计算的排土场最大影响范围，安全监管部门应重点对这一范围内进行监管，建议在此影响范围内不能有居民区及生产生活设施，并设置拦挡设施，保证下游安全。针对影响范围外的临近居民，不会对此部分居民安全造成直接影响，主要影响为占压林地及植被。但是，会影响区域生态环境，对居民的生产造成间接的影响［６］。
（３）上述计算仅考虑２００ａ一遇暴雨作用下的排土场滑坡情况，未考虑地震强力作用影响，考虑后会更严重，对下游的影响也更大，下一步需进行深入研究。
参 考 文 献
［１］ 王光进，杨春和，张超，等．超高排土场的粒径分级及其边坡稳定性分析研究［Ｊ］．岩土力学，２０１１，３２（３）：９０５ ９１３．
［２］ 栾婷婷，谢振华，吴宗之，等．基于未确知测度理论的排土场滑坡风险评价模型［Ｊ］．中南大学学报（自然科学版），２０１４，４５（５）：１６１２ １６１７．
［３］ 谢斌．高台阶排土场边坡稳定性分析及灾害防治研究［Ｄ］．北京：北京科技大学，２００
５．
［４］ 周帅，施富强，马松，等．三维点云基础上排土场垮塌影响范围研究［Ｊ］．中国安全生产科学技术，２０１５，１１（６）：３１ ３６．
［５］ 韩用顺，崔鹏，刘洪江．泥石流灾害风险评价方法及其应用研究［Ｊ］．中国安全科学学报，２００９（１２）：１４０ １４７．
［６］ 张福宏，马海涛，刘勇锋．西石门铁矿排土场稳定性分析及治理措施研究［Ｊ］．中国安全生产科学技术，２０１４，１０（１２）：９９ １０５．
（收稿日期２０２０ ０９ １２）
