高岭瓷土矿遗址尾砂堆边坡稳定性评价与保护建议
杨强义 王菲
摘要：根据高岭瓷土矿遗址尾砂堆的现场调研与分析可知，尾砂堆主要堆积在原矿体产出的部位，沿原矿体位置分布在四个地段，其主要成分为石英，粒径多在1—3毫米，颜色多为灰白色。通过对1号、2号、3号尾砂堆边坡的计算剖面进行稳定性评价，可知在不同工况状态下，边坡处于欠稳定或不稳定状态，稳定性较差。在边坡稳定性评价基础上，严格遵循各项保护原则，建议分别采取不稳定坡面处理、填夯修补加固、挡土墙防护等加固措施，提高其抵御外界影响的能力。
关键词：高岭瓷土矿遗址;尾砂堆;边坡;稳定性评价
一、引言
高岭瓷土矿遗址位于江西省景德镇市浮梁县瑶里镇高岭山，分布面积达3.36平方公里，是一处集采矿、选矿、洗炼于一体的大型瓷土矿遗址，也是影响世界瓷业最重要的一座矿山遗址。古矿区历史风貌仍存，保留着元、明、清三代古瓷土矿坑200多处，大量的尾砂堆积物，还有淘洗坑、水口亭、碑亭、水碓房、水运码头和东埠古村等。遗址从明万历年至清乾隆年，见证了中国陶瓷业的发展历史，完整地展现了中国古代高岭土开采的历史发展过程及工艺水平，具有非常重要的文物价值，于2001年6月被国务院核定公布为第五批全国重点文物保护单位，公布批号为5-0000-1-004。
二、尾砂堆分布及成分分析
尾砂堆是高岭瓷土矿遗址的重要地质遗迹之一，尾砂堆的数量也反映了高岭土矿的储量，对尾砂成分的研究可以推测古代选矿工艺的水准。由于该高岭土矿的主要开采期在18—19世纪，只能通过尾砂堆的规模来推测当年矿山的规模。高岭土矿是就地选矿，因此目前尾砂也主要堆积在原矿体产出的部位，沿原四条矿体分布的地带有大量的尾砂堆积，尾砂集中堆放，耸立如山，现已发育了较厚的腐殖层，分为四个地段。
尾砂颜色多为灰白色，颗粒状，主要成分为石英，粒径多在1—3毫米，尾砂中也偶见原岩砾石。尾砂经过多年风吹雨淋，具有一定的成层性，表层已经被植被覆盖，腐殖层之下为灰白色尾砂，其下为浅黄色的尾砂，属于铁质含量较高的高岭土尾砂，底层为不见底的灰白色尾砂，部分尾砂中白云母含量稍高。
三、尾砂堆边坡稳定性评价
高岭瓷土矿遗址尾砂堆布满矿山，大都已被灌本丛林遮掩，但由于现代修筑进山路，导致尾砂堆积区形成大量不稳定的土质边坡体，长期受到水流冲刷作用，极易形成滑塌。一旦产生边坡的坍塌或滑坡，将影响整个坡体稳定性及遗址的保存，后果十分严重。故此，亟待对尾砂堆边坡的稳定性加以分析，进而采取相应的保护措施。
3.1 评价方法
（1）土质边坡稳定性分析计算的方法采用Fellenius条分法，根据边坡变形的特点，分别选择边坡在天然工况、暴雨饱和工况两种工况下进行计算。利用岩土工程勘察软件理正5.5，将土层简化为等厚土层，由软件自动搜索边坡的最危险滑裂面，并计算出其稳定性系数Fs，进行边坡稳定性评价。在不考虑地震作用下，其计算公式为①。
（2）当滑坡沿岩土界面附近形成滑动带时，其滑面结构为折线型。按《建筑边坡工程技术规范》（GB50330—2013）的相关要求，并结合该滑坡灾害的特点，采用刚体极限平衡法的传递系数法定量分析计算其稳定性与剩余下滑推力。具体计算公式为②。
3.2 评价标准
当土体稳定性系数Fs=1.0时，边坡土体处于极限平衡状态。在文物保护工程实践中，Fs值等于1或稍大于1，并不能说明边坡土体处于稳定状态。根据岩土工程规范要求，Fs值必须满足一个最起码的安全需要，称为容许安全系数，用“Fs”表示。对于文物边坡加固的容许安全系数，目前尚无明确规定。考虑到文物的重要性，建议分析工程区边坡土体的稳定性时，取Fs=1.3作为容许安全系数，并按表1所述的标准进行稳定性评价。
3.3 计算参数
边坡土体为尾砂土，主要为细砂，其中砂及砾含量高，尾砂在低压力下抗剪强度主要取决于滑动摩擦效应、剪胀效应及团粒破碎效应及电化学效应。根据现场调查、室内試验及相关类似工程经验，确定尾砂堆土体稳定性评价的各项参数如表2所示。
3.4 稳定性评价
根据尾砂堆边坡的地形、开挖程度的不同，选取代表性的计算剖面进行稳定性评价。
（1）1号尾砂堆边坡
测点尾砂堆边坡走向为218°，倾向约290—310°，坡度约55—65°，斜坡长度为18.5—22.6米，上覆为残坡积土层，厚约0.2—0.5米，如图1;坡脚有挡墙，墙上部宽约0.5、墙高约2米。经室内试验分析，该处尾砂主要为粗砂，大于2毫米含量占约18.5%，大于0.5毫米含量占约54%，粉黏粒含量约12.06%;现场发现局部含植物根系，边坡较陡，受雨水冲刷及人为活动影响，坡体局部有坍塌及冲沟;轻便触探击数N10=8—9击，尾砂松散，胶结差。根据表3可知，该边坡稳定系数在天然状态大于1.0小于1.3，边坡处于欠稳定状态;在暴雨作用和天然状态+地震下小于1.0，边坡处于不稳定状态，稳定性较差。
（2）2号尾砂堆边坡
测点尾砂堆边坡走向为200°，倾向约250—260°，坡度约55—85°，斜坡长度为18.0—24.0米;其上覆为残坡积土层，厚约0.2—0.5米，如图2。经室内试验分析，该处尾砂主要为粗砂，大于2毫米含量约15.9%，大于0.5毫米含量约55%，粉黏粒含量约16%;现场发现局部含植物根系，边坡较陡，受雨水冲刷及人为活动影响，坡体局部有坍塌及冲沟;轻便触探击数N10=8—9击，尾砂松散，胶结差。根据表4可知，该边坡稳定系数在天然状态小于1.0，边坡处于不稳定状态;在暴雨作用和天然状态+地震下小于1.0，边坡处于不稳定状态，稳定性较差。
（3）3号尾砂堆边坡
测点尾砂堆边坡走向为10—15°，倾向约70—85°，坡高约6.00—8.50米，边坡坡度较陡，坡度约75—90°，如图3。经室内试验分析，破坏处尾砂主要为粗砂，大于2毫米含量约16.4%，大于0.5毫米含量约51%，粉黏粒含量约12.7%;现场发现局部含植物根系，受雨水冲刷及人为活动影响，坡体局部有坍塌及冲沟;轻便触探击数N10=7—9击，尾砂松散，胶结差。根据表5可知，该边坡稳定系数在天然状态大于1.0小于1.3，边坡处于欠稳定状态;在暴雨作用和天然状态+地震下小于1.0，边坡处于不稳定状态，稳定性较差。
四、保护建议
尾砂堆不稳定边坡体以崩塌和滑坡破坏为主，具有塌滑且极不稳定的破坏特征，结合边坡的地形地貌条件，本着尽可能利用其有限的空间、减少对土地的占用和对周边自然环境工程干预的保护原则，建议分别采取以下护坡加固措施：
（1）不稳定坡面处理
针对几处不稳定尾砂堆突出的部分进行表面整治，使坡面平直，将不稳定的坡体坡脚变为50°以下，提高稳定性。对于挡土墙上部的失稳土体边坡，只有在条件允许的情况下才可根据土体的垮落角，进行适当少量的修坡处理。对于在滑坡严重区域外侧，则应采用侧向支护，首先采取人工挖、填土方（尾砂原料）的方法进行坡度调整，然后采取生态加固护坡的方法对较陡边坡的外侧进行加固处理。以上任何处理措施，均应进行表面二次处理，使之与遗址环境融为一体，对裸露的土体要采取水土保持施工。
（2）填夯修补加固
首先，清理该区域周围施工作业面，清除遗址上影响安全及施工的植被;在凹陷、坍落缺失部分“筑板”支出外模，分层夯制周边散落及坡面处理所得尾砂原料。最后将夯补后的表面进行修正，使其坡度降低，处于稳定的力学结构状态下，并与周围遗址表面保持自然平顺。
（3）挡土墙防护
在确保尾砂堆边坡的安全稳定的基础上，严格控制挡土墙的新建设区段，尽量减少新增挡土墙的部位和建设高度。对现有挡土墙的保存状况加以勘察，校核尾砂堆坡底旧挡土墙的结构强度，确定旧挡土墙围护现状。在失稳边坡体对应位置没有设置挡土墙区域，依照旧挡土墙进行挡土墙防护施工，对于挡土墙破损或者失效的区域进行挡土墙恢复修缮，尽可能加固利用原有挡土墙。加固挡土墙的高度和位置须根据尾砂堆边坡实际情况而定，挡土墙要适度高出坡面以阻挡上部零星坍落的尾砂土，合理调整其护坡高度和挡土墙的样式，并结合采用植被护坡的生态挡土墙做法。
五、结论
通过对高岭瓷土矿遗址尾砂堆的现状勘察、成分分析以及边坡稳定性评价，可以得出以下结论：
（1）尾砂主要堆积在原矿体产出的部位集中堆放，大都已被灌本丛林遮掩，现已发育较厚腐殖层。尾砂颜色多为灰白色，颗粒状，主要成分为石英，粒径多在1—3毫米，尾砂中也偶见原岩砾石。
（2）尾砂堆积区形成大量不稳定土质边坡体，长期受到水流冲刷作用，极易形成滑塌。分别对1—3号尾砂堆边坡的计算剖面进行稳定性评价，根据计算结果可知在天然状态、暴雨作用和天然状态加地震下，边坡处于欠稳定或不稳定状态，稳定性较差。
（3）尾砂堆不稳定边坡体以崩塌和滑坡破坏为主，在边坡稳定性评价基础上，结合边坡的地形地貌条件，严格遵循遗址保护的各项原则，采取适宜的护坡加固措施，提高其抵御外界影响的能力，尾砂堆的保护与研究有着极为重要的意义。
（作者简介：杨强义，工作单位：北京国文信文物保护有限公司;王菲，工作单位：中国文物信息咨询中心）
参考文献
1.浮梁縣博物馆《全国重点文物保护单位记录档案——湖田古瓷窑址·高岭瓷土矿遗址》[M]，景德镇：2004。
2.李中和、张志成、谢贻芬等《景德镇高岭村高岭土矿物相的研究》[J]，《景德镇陶瓷学院学报》，1982（01）：P51—56。
3.刘新园、白火昆《高岭土史考——兼论瓷石、高岭与景德镇十至十九世纪的制瓷业》[J]，《中国陶瓷》，1982（07）：P141—152。
4.胡金山《赣东北高岭土矿成矿地质特征与找矿方向》[A]，2017年江西省地质学会论文汇编集II，2017。
5.王国龙、胡金山、胡福林等《景德镇脉型高岭土矿特征及找矿方向探讨——以鹅湖高岭土矿为例》[J]，《东华理工大学学报（自然科学版）》，2018（04）：P379—388。
6.杨立功《露天矿边坡稳定性分析及研究》[J]，《矿业装备》，2020（05）：P20—21。
7.贾传志《露天矿边坡稳定性的安全因素分析》[J]，《黑龙江科技信息》， 2017（13）：P90。
8.赵建军、贺宇航、黄润秋《基于因子分析法的边坡稳定性评价指标权重》[J]，《西南交通大学学报》，2015（02）：P325—330。
9.肖海平《中小型露天矿边坡稳定性动态评价方法及应用》[D]，徐州：中国矿业大学博士学位论文，2019。
10.沈小辉《复杂地质条件下山区公路边坡稳定性评价及加固方法研究》[D]，北京：北京工业大学博士学位论文，2012。
11.巨能攀、赵建军、邓辉等《公路高边坡稳定性评价及支护优化设计》[J]，《岩石力学与工程学报》，2009（06）：P1152—1161。
猜你喜欢 边坡 市政道路边坡失稳与施工技术措施分析砖瓦世界·下半月(2020年1期)2020-10-20论水利工程施工中边坡开挖支护技术分析名城绘(2019年3期)2019-10-21边坡工程监测预警技术研究科技风(2019年19期)2019-10-21某高速公路高边坡稳定性分析及其治理中国房地产业·中旬(2019年2期)2019-10-21浅析岩质边坡在地震条件下的稳定性影响因素中国房地产业·中旬(2018年10期)2018-10-21不同失稳判据下边坡稳定性的规律性土木建筑与环境工程(2017年6期)2018-01-15崇左至靖西高速公路K104+700—K104+920边坡位移监控分析科技视界(2016年27期)2017-03-14预应力锚固技术在矿坑边坡支护中的实践研究居业(2015年16期)2016-02-24公路路基边坡的处理技术与措施研究建筑工程技术与设计(2015年28期)2015-10-21解析法在实际工程中的应用城市建设理论研究(2014年37期)2014-12-25上一篇：追捕Delta
