1 引言
1.1 研究背景與意義
礦山土地復墾正在全國範圍內進行，但在礦山中有一種影響土地復墾的因素-礦山渣坡，礦山渣坡穩不穩定直接影響著礦山土地中種植的農作物是否能夠順利生長，影響礦山土地復墾的長期利用。據 2012 年統計，我國現有礦山 21.3 萬個。礦產資源雖然對人類經濟發展和社會進步做出了重要貢獻，但在礦產開發的過程中也出現了一些問題，我國開採出來的礦產資源的綜合利用率不到 20%，礦產資源總回收率只有 30%。即使在一些大型國有礦山企業開展了資源綜合利用，也只占國有礦山的 10%[1-3]。由於長期開發礦山以及礦產資源綜合利用率低，這種現象導致礦山開採的附屬物-礦渣急劇增多，大面積堆放的礦渣在礦山上形成了大大小小的礦山渣坡。這些礦山渣坡在強降雨條件下易產生沖溝、滑塌、泥石流等地質災害，對礦山周圍居民及其財產產生嚴重的威脅。1994 年 07 月 11 日，西峪上游猛降大到暴雨，山洪鏟蝕著溝道中採礦廢石尾礦渣，形成泥石流，沖毀礦區公路 9km，涵洞 3km，淤埋文峪金礦礦山設備百餘台，導致礦區通、水電中斷，51 人死亡，上百人失蹤。次日，支溝洪水再次匯聚到文峪金礦尾礦庫內，尾礦庫壩面被衝出寬 4m、深 4m、長 300m 的沖溝，形成的坡面泥石流進入主溝，在主溝再次形成泥石流[5]。礦渣占用了大量的土地，並且由於這些礦渣數量大，含有暫時不能處理的有用或有害成分，如果隨意排放，會造成資源流失，占用大面積農田基本用地，淤塞河道；當有降雨存在時雨水滲入到礦渣堆裡面，並帶走礦渣中的有毒有害物質，如重金屬元素及一些放射性物質，礦渣在露天場所長期堆放，會與空氣發生氧化、分解以及溶濾等作用，使其中的有毒有害物質隨著雨水流失，污染水體和土壤，並被植物的根部所吸收，影響農作物生長，造成農業減產[6]。基於此，人們對礦山渣坡產生的危害認識的越來越深刻，這個問題提起了人們的關注和重視。對礦山渣坡穩定性分析以及對其進行相應的整治技術匹配，有利於改善礦區的惡劣環境，減少礦區災害，減少礦渣對礦區土地資源的占用，減小礦區安全隱患，為礦山土地復墾的進行創造一個安全必要條件。
………..
1.2 國內外研究現狀
大量的礦山渣坡堆放占用了大量的土地。渣坡由廢石、排出來的土和尾礦組成，這些鬆散的堆積體沒有經過處理，防治的措施少，在礦山上是產生災害的物源。國內外對礦山渣坡的穩定性和整治技術研究中取得了一些成果，但對不同類型的渣坡提出相應的整治匹配技術的研究很少。下文對渣坡穩定性研究、渣坡整治技術匹配研究以及礦山邊坡穩定性分析方法做了總結。在國外 Saint Vennat[7-8]描述適合緩坡坡面薄層水流的 Saint Vennat 方程得到了國內外學者的廣泛採用。NgC.W W[9]通過設計室內室外試驗，探討了降雨強度和持續時間等因素對非飽和土邊坡穩定性的影響關係，通過不同降雨強度和降雨時間下對非飽和土邊坡的沖刷程度得出一個降雨強度、地下水位初始值和持續時間對於非飽和土邊坡的穩定性係數的一個定量關係。A.D.Abram[10]、M.R.sadeghian[11]、H.w.shen[12]、Gilley[13]等人運用 Darcy-Weisbach 阻力係數，通過理論分析和試驗研究探討了降雨對坡面流阻力的影響關係，得出降雨對坡面水流阻力的變化。Sammori 和 Tsnboyanma 以有限單元法、Richard 方程、簡化 Bishop 法為理論方法，通過設計模擬暫態滲流試驗，探討了在降雨強度為定值的條件下斜坡長度、土層深度、橫截面形狀和土的性質等參數，對斜坡穩定性的影響。得出這些因素對斜坡穩定性不利的參數取值組合[14-16]。在我國，徐友寧等[17]以採礦廢渣作為物源在礦區進行直斜式模擬實驗，通過影響礦渣產生泥石流的幾個影響因素：顆粒分級、底床坡度、臨界水量等因子。探討了這些影響因素相互作用下對礦渣坡產生泥石流的定量影響關係。王貽明等[18]把威力滲濾沉積作用作為一個主要因素對排土場堆侵過程對礦堆孔隙率的影響進行了分析研究，運用數學方法建立了礦堆孔隙率的微細顆粒沉積和堆體滲流數學模型。劉建民[19]等以能量守恆為理論基礎，通過建立路堤邊坡沖刷量的計算模型，依據不同地區特點確定模型的有關參數，探討了土壤沖刷量對邊坡的破壞狀況。
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2 構建礦山渣坡分類體系
2.1 相關概念
礦山渣坡是指在礦山上，不同粒徑的固體物質堆放在一起形成的堆積體，這種堆積體在降雨等因素的破壞下穩定性產生影響，進而產生災害。其中固體物質包括剝離岩石、尾礦、粉塵、其它廢物。渣坡位置即礦山開採中礦渣堆放的位置。本研究主要以河北地區的礦山渣坡進行研究，表 2 河北地區礦山固體物質的種類、來源和主要組成[35]，本研究主要是針對不同礦山渣坡類型產生的災害進行相應的整治技術匹配。礦山渣坡產生災害的主要原因是礦山渣坡不穩定，由於各種因素的影響礦山渣坡產生動能，產生位置上的變動。影響渣坡穩定的因素有渣坡自身因素及渣坡周圍環境的因素。渣坡自身因素有坡面坡度、含水量、顆粒組成、坡向、坡形、坡長和坡面植被等；渣坡外在因素有地質地貌、降雨、渣坡位置等。但對渣坡本身類型進行劃分時，僅考慮在靜止狀態下渣坡的存在狀態以及渣坡的受力情況，因此本研究選擇渣坡位置、渣坡下墊面坡度、渣坡坡度、渣坡下墊面岩土組成、顆粒分級五個影響因素作為渣坡類型劃分的基礎。
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2.2 礦山渣坡的存在形式
根據承德、北京房山、滿城和淶源對礦山渣坡整治進行的調查，據礦山渣坡所在位置不同，把礦山渣坡分為三種存在形式。斜坡類礦山渣坡此類渣坡一般是礦山開發時產生的礦渣就地運到附近的斜坡上堆放產生的，一般情況下礦主對其隨意堆放且沒有相應的防護措施。此類渣坡的穩定性跟渣坡下墊面坡度有關係，下墊面坡面越陡，渣坡受到斜坡支持力水平方向上的分力越大，渣坡越不穩定。該類渣坡一般情況下比較穩定，是將渣坡存放在礦山附近的露天平台上，平台在山頂、背靠一個接近於直角的下墊面的半山腰或者在山底。此類渣坡受到地面向上的支持力作用和重力作用。該類渣坡產生災害的主要影響因素是坡面坡度，當坡面較陡時容易產生溝蝕。一般而言，斜坡從變形演化發展到破壞，是一個複雜的動態力學過程，是從量變的積累到質變的發展過程。量變的積累是一個小變形過程，而質變發生後的破壞、運動則是一個大變形的過程。礦山渣坡的破壞形式有四種：蠕滑型；細溝、沖溝型；滑塌型；泥石流（表 3）。通過四種破壞形式對坡體的變形破壞方式、部位及規模進行說明[36-38]。
…….
3 礦山渣坡穩定性因素分析.......... 15
3.1 穩定性分析原則 ....... 15
3.2 影響渣坡穩定性的因素分析......... 15
3.3 降水對礦山渣坡穩定性影響‐實證研究 ..... 21
3.4 小結 ...... 26
4.礦山渣坡整治的技術與匹配...... 27
4.1 礦山渣坡整治技術 ......... 27
4.1.1 岩土工程方法 ....... 28
4.1.2 生態植被恢復技術....... 28
4.1.3 綜合防護 ........ 29
4.2 依據礦山渣坡分類的整治技術匹配.... 29
4.3 整治技術匹配的實證研究...... 33
4.4 小結 ...... 36
5.結論與討論 ..... 38
5.1 結論 ...... 38
5.2 討論 ..... 39
4.礦山渣坡整治的技術與匹配
4.1 礦山渣坡整治技術
生態植被恢復技術主要以恢復生態學、景觀生態學等相關生態學理論為指導，以植被混凝土護坡綠化技術和 PEB 生態護坡技術為支撐，根據生態重建目標的不同，選擇不同的物種，對礦山廢棄地進行立體綠化、景觀再造。一般情況下，礦山的環境很惡劣，不適宜一般的農作物生長。所以在對礦山渣坡進行治理的時候一般會選取有頑強的生命力、耐貧瘠能力和生長迅速的植物，這樣可以達到快速復綠穩固的效果[74-78]。生態植被恢復技術包括撒播、行播、分階梯種植、藤本植物、植生袋、鋪草皮。一般情況下，在礦山渣坡上主要種植的是草本植物和灌木，喬木是在草本植物和灌木都生長良好、坡面穩固的基礎上才選擇種的，因此很少用到喬木。下表為河北地區護坡時主要種植的草本植物、灌木、喬木和藤本植物（表 28）。通常在礦山渣坡上播種時，草本植物和灌木是混播的，混播時要注意物種的配比關係，合理的配比有助於改善植物的生長環境、提高植物成活率。
……..
結論
本文採用實地調查、試驗研究與文獻檢索相結合的方法，先對礦山渣坡進行類型劃分，並以渣坡下墊面坡度和坡面坡度為因素按照災害類型發生機率把渣坡發生災害的機率分為高頻、中頻、低頻。對礦山渣坡穩定性的影響因素進行分析總結，並用實例對降雨因素的分析結果進行驗證；其次對整治方法主要從岩土工程和植被生態防護兩方面進行分析總結，將兩種護坡方式的適用情況分別詳細總結列出；對各個災害的機率類型的礦山渣坡進行了相應的整治技術匹配，並以工程實例對整治技術匹配進行了驗證。研究結果表明：
（1）由於礦山渣坡自身的岩土性質以及所處的地形和降雨等條件的影響，渣坡自身容易受到破壞。破壞後產生的形式主要有：蠕滑、細溝侵蝕和沖溝侵蝕、滑塌、泥石流。根據礦山渣坡的五個影響因素渣坡位置、渣坡下墊面坡度、渣坡坡度、渣坡下墊面岩土組成、渣坡顆粒分級對礦渣坡進行了類型劃分，分為斜坡類渣坡 78 種、溝穀類渣坡 78 種、平台類渣坡 26 種。根據礦山渣坡下墊面坡度和礦山渣坡坡度為因子把渣坡分為三類災害發生機率類型：高頻類 72 種、中頻類 60、低頻類 50 種。
（2）本文根據對影響渣坡穩定性影響的大小定性的對影響因素進行了劃分總結。其中主要影響因素有：水、礦渣自身性質；次要因素：植被、地震。①水主要以降雨為主，小雨到中雨時，渣坡主要以濺蝕為主；中雨到大雨時，渣坡主要以片蝕為主；大雨、暴雨到大暴雨時，主要以溝蝕為主；大暴雨到特大暴雨時，渣坡容易形成沖刷性坍塌，進而形成泥石流；②礦渣自身性質對渣坡穩定性影響因素有坡度、含水量、顆粒組成、滲透性、內摩擦角、塑性指數、粘聚力、固結度、抗剪強度、坡向、坡形、渣坡的坡長。渣坡坡度越陡時，礦山渣坡越不穩定，越容易發生災害。含水量越大，礦山渣坡越不穩定。土顆粒越小，土的連接力越大，土體抵抗沖刷的能力就越大，越不易被沖刷。③植被覆蓋率越高，渣坡越穩定。④當地震烈度越大時，礦山渣坡越不穩定。
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參考文獻（略）
1.1 研究背景與意義
礦山土地復墾正在全國範圍內進行，但在礦山中有一種影響土地復墾的因素-礦山渣坡，礦山渣坡穩不穩定直接影響著礦山土地中種植的農作物是否能夠順利生長，影響礦山土地復墾的長期利用。據 2012 年統計，我國現有礦山 21.3 萬個。礦產資源雖然對人類經濟發展和社會進步做出了重要貢獻，但在礦產開發的過程中也出現了一些問題，我國開採出來的礦產資源的綜合利用率不到 20%，礦產資源總回收率只有 30%。即使在一些大型國有礦山企業開展了資源綜合利用，也只占國有礦山的 10%[1-3]。由於長期開發礦山以及礦產資源綜合利用率低，這種現象導致礦山開採的附屬物-礦渣急劇增多，大面積堆放的礦渣在礦山上形成了大大小小的礦山渣坡。這些礦山渣坡在強降雨條件下易產生沖溝、滑塌、泥石流等地質災害，對礦山周圍居民及其財產產生嚴重的威脅。1994 年 07 月 11 日，西峪上游猛降大到暴雨，山洪鏟蝕著溝道中採礦廢石尾礦渣，形成泥石流，沖毀礦區公路 9km，涵洞 3km，淤埋文峪金礦礦山設備百餘台，導致礦區通、水電中斷，51 人死亡，上百人失蹤。次日，支溝洪水再次匯聚到文峪金礦尾礦庫內，尾礦庫壩面被衝出寬 4m、深 4m、長 300m 的沖溝，形成的坡面泥石流進入主溝，在主溝再次形成泥石流[5]。礦渣占用了大量的土地，並且由於這些礦渣數量大，含有暫時不能處理的有用或有害成分，如果隨意排放，會造成資源流失，占用大面積農田基本用地，淤塞河道；當有降雨存在時雨水滲入到礦渣堆裡面，並帶走礦渣中的有毒有害物質，如重金屬元素及一些放射性物質，礦渣在露天場所長期堆放，會與空氣發生氧化、分解以及溶濾等作用，使其中的有毒有害物質隨著雨水流失，污染水體和土壤，並被植物的根部所吸收，影響農作物生長，造成農業減產[6]。基於此，人們對礦山渣坡產生的危害認識的越來越深刻，這個問題提起了人們的關注和重視。對礦山渣坡穩定性分析以及對其進行相應的整治技術匹配，有利於改善礦區的惡劣環境，減少礦區災害，減少礦渣對礦區土地資源的占用，減小礦區安全隱患，為礦山土地復墾的進行創造一個安全必要條件。
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1.2 國內外研究現狀
大量的礦山渣坡堆放占用了大量的土地。渣坡由廢石、排出來的土和尾礦組成，這些鬆散的堆積體沒有經過處理，防治的措施少，在礦山上是產生災害的物源。國內外對礦山渣坡的穩定性和整治技術研究中取得了一些成果，但對不同類型的渣坡提出相應的整治匹配技術的研究很少。下文對渣坡穩定性研究、渣坡整治技術匹配研究以及礦山邊坡穩定性分析方法做了總結。在國外 Saint Vennat[7-8]描述適合緩坡坡面薄層水流的 Saint Vennat 方程得到了國內外學者的廣泛採用。NgC.W W[9]通過設計室內室外試驗，探討了降雨強度和持續時間等因素對非飽和土邊坡穩定性的影響關係，通過不同降雨強度和降雨時間下對非飽和土邊坡的沖刷程度得出一個降雨強度、地下水位初始值和持續時間對於非飽和土邊坡的穩定性係數的一個定量關係。A.D.Abram[10]、M.R.sadeghian[11]、H.w.shen[12]、Gilley[13]等人運用 Darcy-Weisbach 阻力係數，通過理論分析和試驗研究探討了降雨對坡面流阻力的影響關係，得出降雨對坡面水流阻力的變化。Sammori 和 Tsnboyanma 以有限單元法、Richard 方程、簡化 Bishop 法為理論方法，通過設計模擬暫態滲流試驗，探討了在降雨強度為定值的條件下斜坡長度、土層深度、橫截面形狀和土的性質等參數，對斜坡穩定性的影響。得出這些因素對斜坡穩定性不利的參數取值組合[14-16]。在我國，徐友寧等[17]以採礦廢渣作為物源在礦區進行直斜式模擬實驗，通過影響礦渣產生泥石流的幾個影響因素：顆粒分級、底床坡度、臨界水量等因子。探討了這些影響因素相互作用下對礦渣坡產生泥石流的定量影響關係。王貽明等[18]把威力滲濾沉積作用作為一個主要因素對排土場堆侵過程對礦堆孔隙率的影響進行了分析研究，運用數學方法建立了礦堆孔隙率的微細顆粒沉積和堆體滲流數學模型。劉建民[19]等以能量守恆為理論基礎，通過建立路堤邊坡沖刷量的計算模型，依據不同地區特點確定模型的有關參數，探討了土壤沖刷量對邊坡的破壞狀況。
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2 構建礦山渣坡分類體系
2.1 相關概念
礦山渣坡是指在礦山上，不同粒徑的固體物質堆放在一起形成的堆積體，這種堆積體在降雨等因素的破壞下穩定性產生影響，進而產生災害。其中固體物質包括剝離岩石、尾礦、粉塵、其它廢物。渣坡位置即礦山開採中礦渣堆放的位置。本研究主要以河北地區的礦山渣坡進行研究，表 2 河北地區礦山固體物質的種類、來源和主要組成[35]，本研究主要是針對不同礦山渣坡類型產生的災害進行相應的整治技術匹配。礦山渣坡產生災害的主要原因是礦山渣坡不穩定，由於各種因素的影響礦山渣坡產生動能，產生位置上的變動。影響渣坡穩定的因素有渣坡自身因素及渣坡周圍環境的因素。渣坡自身因素有坡面坡度、含水量、顆粒組成、坡向、坡形、坡長和坡面植被等；渣坡外在因素有地質地貌、降雨、渣坡位置等。但對渣坡本身類型進行劃分時，僅考慮在靜止狀態下渣坡的存在狀態以及渣坡的受力情況，因此本研究選擇渣坡位置、渣坡下墊面坡度、渣坡坡度、渣坡下墊面岩土組成、顆粒分級五個影響因素作為渣坡類型劃分的基礎。
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2.2 礦山渣坡的存在形式
根據承德、北京房山、滿城和淶源對礦山渣坡整治進行的調查，據礦山渣坡所在位置不同，把礦山渣坡分為三種存在形式。斜坡類礦山渣坡此類渣坡一般是礦山開發時產生的礦渣就地運到附近的斜坡上堆放產生的，一般情況下礦主對其隨意堆放且沒有相應的防護措施。此類渣坡的穩定性跟渣坡下墊面坡度有關係，下墊面坡面越陡，渣坡受到斜坡支持力水平方向上的分力越大，渣坡越不穩定。該類渣坡一般情況下比較穩定，是將渣坡存放在礦山附近的露天平台上，平台在山頂、背靠一個接近於直角的下墊面的半山腰或者在山底。此類渣坡受到地面向上的支持力作用和重力作用。該類渣坡產生災害的主要影響因素是坡面坡度，當坡面較陡時容易產生溝蝕。一般而言，斜坡從變形演化發展到破壞，是一個複雜的動態力學過程，是從量變的積累到質變的發展過程。量變的積累是一個小變形過程，而質變發生後的破壞、運動則是一個大變形的過程。礦山渣坡的破壞形式有四種：蠕滑型；細溝、沖溝型；滑塌型；泥石流（表 3）。通過四種破壞形式對坡體的變形破壞方式、部位及規模進行說明[36-38]。
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3 礦山渣坡穩定性因素分析.......... 15
3.1 穩定性分析原則 ....... 15
3.2 影響渣坡穩定性的因素分析......... 15
3.3 降水對礦山渣坡穩定性影響‐實證研究 ..... 21
3.4 小結 ...... 26
4.礦山渣坡整治的技術與匹配...... 27
4.1 礦山渣坡整治技術 ......... 27
4.1.1 岩土工程方法 ....... 28
4.1.2 生態植被恢復技術....... 28
4.1.3 綜合防護 ........ 29
4.2 依據礦山渣坡分類的整治技術匹配.... 29
4.3 整治技術匹配的實證研究...... 33
4.4 小結 ...... 36
5.結論與討論 ..... 38
5.1 結論 ...... 38
5.2 討論 ..... 39
4.礦山渣坡整治的技術與匹配
4.1 礦山渣坡整治技術
生態植被恢復技術主要以恢復生態學、景觀生態學等相關生態學理論為指導，以植被混凝土護坡綠化技術和 PEB 生態護坡技術為支撐，根據生態重建目標的不同，選擇不同的物種，對礦山廢棄地進行立體綠化、景觀再造。一般情況下，礦山的環境很惡劣，不適宜一般的農作物生長。所以在對礦山渣坡進行治理的時候一般會選取有頑強的生命力、耐貧瘠能力和生長迅速的植物，這樣可以達到快速復綠穩固的效果[74-78]。生態植被恢復技術包括撒播、行播、分階梯種植、藤本植物、植生袋、鋪草皮。一般情況下，在礦山渣坡上主要種植的是草本植物和灌木，喬木是在草本植物和灌木都生長良好、坡面穩固的基礎上才選擇種的，因此很少用到喬木。下表為河北地區護坡時主要種植的草本植物、灌木、喬木和藤本植物（表 28）。通常在礦山渣坡上播種時，草本植物和灌木是混播的，混播時要注意物種的配比關係，合理的配比有助於改善植物的生長環境、提高植物成活率。
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結論
本文採用實地調查、試驗研究與文獻檢索相結合的方法，先對礦山渣坡進行類型劃分，並以渣坡下墊面坡度和坡面坡度為因素按照災害類型發生機率把渣坡發生災害的機率分為高頻、中頻、低頻。對礦山渣坡穩定性的影響因素進行分析總結，並用實例對降雨因素的分析結果進行驗證；其次對整治方法主要從岩土工程和植被生態防護兩方面進行分析總結，將兩種護坡方式的適用情況分別詳細總結列出；對各個災害的機率類型的礦山渣坡進行了相應的整治技術匹配，並以工程實例對整治技術匹配進行了驗證。研究結果表明：
（1）由於礦山渣坡自身的岩土性質以及所處的地形和降雨等條件的影響，渣坡自身容易受到破壞。破壞後產生的形式主要有：蠕滑、細溝侵蝕和沖溝侵蝕、滑塌、泥石流。根據礦山渣坡的五個影響因素渣坡位置、渣坡下墊面坡度、渣坡坡度、渣坡下墊面岩土組成、渣坡顆粒分級對礦渣坡進行了類型劃分，分為斜坡類渣坡 78 種、溝穀類渣坡 78 種、平台類渣坡 26 種。根據礦山渣坡下墊面坡度和礦山渣坡坡度為因子把渣坡分為三類災害發生機率類型：高頻類 72 種、中頻類 60、低頻類 50 種。
（2）本文根據對影響渣坡穩定性影響的大小定性的對影響因素進行了劃分總結。其中主要影響因素有：水、礦渣自身性質；次要因素：植被、地震。①水主要以降雨為主，小雨到中雨時，渣坡主要以濺蝕為主；中雨到大雨時，渣坡主要以片蝕為主；大雨、暴雨到大暴雨時，主要以溝蝕為主；大暴雨到特大暴雨時，渣坡容易形成沖刷性坍塌，進而形成泥石流；②礦渣自身性質對渣坡穩定性影響因素有坡度、含水量、顆粒組成、滲透性、內摩擦角、塑性指數、粘聚力、固結度、抗剪強度、坡向、坡形、渣坡的坡長。渣坡坡度越陡時，礦山渣坡越不穩定，越容易發生災害。含水量越大，礦山渣坡越不穩定。土顆粒越小，土的連接力越大，土體抵抗沖刷的能力就越大，越不易被沖刷。③植被覆蓋率越高，渣坡越穩定。④當地震烈度越大時，礦山渣坡越不穩定。
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參考文獻（略）
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