0 引言

甘肃陇南位于秦巴山区，与甘肃黄土高原区相连，导致其部分区域地表黄土覆盖，上土下岩的特殊地质条件，对露天矿山的边坡安全带来了一定的挑战，容易发生较大范围土质边坡开裂和小范围单台阶垮塌，威胁矿山安全生产。

边坡雷达监测（吴星辉等，2018；王立文，2020； 宋来臣和林毅斌，2021；张亦海等，2021；党海波等， 2022）是一种用于监测边坡变形，分析边坡稳定性的技术手段，其利用雷达技术来持续监测边坡表层变形量，与 GNSS 监测技术共同作为应用最广泛的露天矿山边坡安全监测技术。通过边坡雷达监测黄土覆盖层的变形，可以提前预测土质边坡的滑坡和开裂，且监测数据经过分析处理后可以作为黄土覆盖层变形规律（文杰，2017；张鑫，2022）的基础研究数据。

因此，通过边坡雷达监测数据研究甘肃陇南地区露天矿山边坡黄土覆盖层的蠕变规律，对设计黄土覆盖层重点监测治理方案，建设综合治理体系，保障该类露天矿山边坡安全具有重要的现实意义。

1 矿区概况

该露天矿位于甘肃陇南，存在 Z 沟采场和 M 沟采场（图1），矿区位于秦岭山系，地形切割强烈，地势较陡，海拔最高 2197 m，最低 1770 m，相对高差 100~350 m，属中低山区。除农田外，地表大多为灌木，黄土覆盖面积达70%以上。

矿区气候温和湿润，属大陆温带季风气候。年平均降雨量 489.9 mm，最大日降雨量 101.3 mm，雨季集中于 6—9 月份，占全年降雨量的 64%，且多以暴雨形式出现；年均蒸发量 1341.22 mm；年均相对湿度 69.70%。年平均气温 9.9℃，极端最高气温 35.6℃，极端最低气温-20.1℃，冰冻期为 11 月至翌年 3 月，最大冻土深度 1.2 m，边坡存在明显的冻融现象。

M 沟采场上覆黄土层的蠕变较为明显，其南坡设计边坡高度2132 m，设计边坡角40°，现状边坡高度2132 m，现状边坡角34°；北坡设计边坡高度2024 m，设计边坡角43°，现状边坡高度2024 m，现状边坡角 31°；西坡设计边坡高度 2168 m，设计边坡角 32°，现状边坡高度2164 m，现状边坡角25°。

2 M沟采场南帮边坡失稳破坏

2.1 采场岩性及构造

矿区内岩脉发育，主要有云斜煌斑岩脉、花岗闪长岩脉。其规模较小，长数米至数十米，宽度不足数米。岩脉长轴分布方向基本同矿区构造线一致，岩脉一般呈不规则脉状与矿体伴生产出。

矿区构造格式为褶皱加断裂的构造体系。主干构造为酒店—李坝复式背斜（III 级）的次级褶皱申家山倒转向斜（IV 级），控制着矿区地层的展布。断裂呈北西向、北北西向、近东西向 3 组，多切层产出，控制着矿区矿体的产出。

2.2 岩体质量分级

采用 RQD 值分级法、RMR 值分级法、CSMR 分级法等方法分别对砂质板岩、斑点状板岩和构造角砾岩进行了岩体质量分级，分级结果见表1。

2.3 边坡破坏影响因素分析

通过对 M 沟采场的现场踏勘调查，发现其存在的不利于边坡稳定性的因素有：

（1）马沟设计边坡高度为 300~500 m，为高边坡；

（2）矿区属于地震烈度Ⅷ度区，天然地震对边坡稳定性的影响较大；

（3）边坡岩体整体较破碎，节理裂隙发育（构造角砾岩为 V 级岩体，其余岩体均为 IV 级岩体）。从现场踏勘来看，临时边坡几乎所有边坡底部均存在风化、破碎的岩石堆积物，处理不及时在部分位置形成连续堆积物（赵兴辰和陶传奇，2024）；

（4）边坡平台上有几处积水，范围不大，但是渗水点较多。尤其是北边坡，基岩裂隙水发育，渗水点多，不利于边坡自稳。露天采场底部有积水，长时间的浸泡使坡底岩体处于饱水状态，岩体强度将进一步削弱；

（5）截水沟布置少。从现场情况来看，台阶边缘几处大小不一的冲沟均与边坡平台上未设置截水沟有效拦截地表径流水或边坡裂隙出水有直接的关系；

（6）北边坡为顺层边坡，当结构面倾向与边坡基本一致且结构面在坡面上出露时，容易产生平面破坏或楔体破坏，影响局部边坡台阶的稳定。特别是临时边坡未采取预裂爆破等控制爆破手段时，更容易发生此类边坡局部失稳现象

2.4 南帮边坡历史破坏情况

M沟采场南坡存在多处明显的边坡失稳破坏情况，包括但不限于黄土覆盖层的开裂、下部基岩沿断层构造的开裂、单台阶垮塌、圆弧形滑坡等（图2）。

a—圆弧滑动；b—圆弧滑动；c—多台阶垮塌；d—塌陷裂缝；e—拉伸裂缝；f—节理断层开裂

2.5 南帮黄土覆盖现状

黄土覆盖层受地质、气候、水文、开采活动等影响，会发生滑坡、崩塌、冲刷侵蚀、坍塌、地裂缝、泥石流等多种失稳破坏模型，而 M沟采场南帮边坡顶部的黄土覆盖层主要存在以下几种失稳破坏模型：

（1）滑坡，黄土覆盖层在重力作用下发生的较大范围滑动现象，危害性较大；

（2）垮塌，黄土覆盖层在坡面上发生局部坍塌的现象，大部分由坡基失稳引起，多为单台阶垮塌，危险性较小；

（3）地裂缝，黄土覆盖层在地表产生的平行台阶走向的大型拉伸裂缝和塌陷型裂缝，多为下部黄土滑移与基岩变形引起，危险性较大；

（4）冲刷侵蚀，黄土覆盖层在雨季由于水流冲刷产生的侵蚀破坏，危险性较小；

（5）土石滑移，黄土覆盖层在自身缓慢蠕变及其他各自轻微作用下，部分松散料土向下部边坡滑移堆积，危险性极小。

南帮黄土覆盖层及其下部边坡岩土现状见图2d~f。

3 黄土覆盖层蠕变规律

3.1 监测手段

M 沟采场南帮边坡监测主要包括边坡雷达、 GNSS、监控视频、爆破测振仪、雨量计等设备，其中边坡雷达监测整个南帮边坡的表面变形，GNSS 主要监测南帮坡顶黄土覆盖层地表的变形。

边坡雷达监测选用中国安全科学生产研究院自主研制的 S-SAR T 型拖车式边坡雷达（图3），其具有全天候、高精度、大范围、无接触、高分辨率、快速连续的优点。GNSS监测具有高精度、实时性、远程性、持续性、多站点融合等优势，适用于各种地质灾害监测和工程监测领域。

3.2 监测数据

根据边坡雷达对 M 沟采场南帮边坡的持续监测，图4a~d分别展示了2023年9—12月的单月累计监测变形量，从图中可知 M沟采场南帮的变形主要集中在中上部台阶，标高约为1890~2120 m，且最大变形位于顶部台阶。根据其岩体、黄土赋存位置可知，南帮边坡变形的根本原因是由上部软弱岩体蠕变，进而引发了部分岩体的开裂，导致上部黄土覆盖层坡基失稳产生大变形，并伴随有松散料土从顶部边坡滑至中部台阶，进一步增大了雷达监测变形量。

a—雷达主机；b—拖车

总体而言，M 沟采场南帮边坡的变形量由上到下是逐渐降低的，其中地表的变形是最为明显的，但由于其变形经常超出雷达监测量程，因此雷达监测系统中的累计变形量小于中上部边坡，云图颜色偏黄色。

a—2023年9月；b—2023年10月；c—2023年11月；d—2023年12月

调取1890 m标高以上的台阶单月累计变形量，如图5a~d所示：

（1）9月份累计变形呈轻微加速趋势。矿区8— 9月份降雨明显，遇水自上而下深入边坡深部岩体，软化了岩体强度，促进了微观裂隙发育，引起上部边坡岩土显著变形，导致9月份变形速度逐日递增，最大累计变形量约为 540 mm（非边坡真实三维位移值）。

（2）10月份累计变形呈现先加速后匀速再减速的变形趋势，高变形主要集中在 10 月中旬，最大日变形量约为 68 mm/d。10 月份降雨量相对减少，降水难以渗入深部岩体，从而集聚在浅层黄土覆盖层，因此变形主要集中在上部边坡，且高变形区域相对集中，最大累计变形量约为870 mm。

（3）11 月份累计变形呈现匀速变形趋势，由于降水量减少，雨水对边坡岩体的影响明显降低，每日的变形相对均衡，顶部黄土覆盖层的累计变形量减小，最大累计变形量约为610 mm。

（4）12 月份累计变形呈现减速变形趋势，其降水量进一步降低，且边坡岩土含水量随时间逐渐减少，雨水不再是影响边坡稳定性的重要因素，因此 12月份高变形区域均为岩土软弱、节理裂隙发育的区域，其变形速度也随时间逐渐降低，最大累计变形量约为350 mm。

a—2023年9月；b—2023年10月；c—2023年11月；d—2023年12月

3.3 蠕变规律

一般来说，土质边坡的蠕变规律受到土壤类型、含水量、季节性变化、地表荷载等多种因素的影响。但 M 沟采场南帮顶部的黄土覆盖层蠕变规律则稍有不同，其主要受季节的降雨量影响（汤鹏举等，2023），其次受到下部岩质边坡或基岩的稳定性影响，还与边坡冻融有关，三者的关系是相互影响已存的，因此综合上述影响因素考虑，M沟采场南帮顶部的黄土覆盖层蠕变规律可以总结如下：

（1）蠕变加速阶段。该阶段主要发生在春季和夏季的降雨时刻，主要原因为雨水降低了黄土的力学性质，增加了黄土的自重，此外降雨深入下部边坡和基岩中，通过渗透作用、溶蚀作用、水压作用等扩展了岩体微观裂隙，促进了节理构造面的发育和活化，降低了基岩力学承载性，从而显著促进了变形。

（2）蠕变减速阶段。该阶段主要发生在秋季降雨减少时刻，主要原因为变形受降水减少的影响而持续减缓，随着边坡含水量减少，黄土覆盖层的稳定性转好，导致变形进入减速阶段。

（3）蠕变持续阶段。该阶段主要发生在冬季冻融循环时刻，主要原因为顶部黄土覆盖层的变形主要由下部边坡和基岩决定，而 M沟南帮基岩节理裂隙较为发育，孔隙水的冻融对岩体稳定性有着较强的影响，导致其显著变形，引起黄土覆盖层的持续变形。

总体来说，M 沟采场南帮顶部黄土覆盖层的蠕变与季节变化息息相关，其主要受降水量和下部边坡基岩的稳定性综合影响。

4 结论

（1）M 沟采场岩体质量较差，节理构造发育，其南帮顶部黄土覆盖层存在滑坡、垮塌、地裂缝、冲刷侵蚀、土石滑移等失稳破坏模型。

（2）M 沟采场南帮顶部黄土覆盖层的变形规律主要受季节变化影响。春季主要受降雨影响，变形逐渐开始加速；夏季受降雨和基岩弱化影响变形加剧，易引发失稳破坏；秋季降雨减少，变形逐渐减弱；冬季主要受基岩冻融的间接影响，变形持续。

（3）M 沟采场南帮顶部黄土覆盖层的监测与治理需要根据季节，并结合其下部的岩质边坡特征设计综合监测治理方案。在雨季要降低降水对黄土覆盖层自身的影响，在夏季要兼顾其下部边坡岩体的稳定，在冬季要考虑其下部边坡岩体的冻融循环问题，以此为核心，建设适合 M 沟黄土覆盖层的监测治理体系。

参考文献