高嶺瓷土礦遺址尾砂堆邊坡穩(wěn)定性評價與保護建議

楊強義 王菲

摘要：根據(jù)高嶺瓷土礦遺址尾砂堆的現(xiàn)場調(diào)研與分析可知，尾砂堆主要堆積在原礦體產(chǎn)出的部位，沿原礦體位置分布在四個地段，其主要成分為石英，粒徑多在1—3毫米，顏色多為灰白色。通過對1號、2號、3號尾砂堆邊坡的計算剖面進行穩(wěn)定性評價，可知在不同工況狀態(tài)下，邊坡處于欠穩(wěn)定或不穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定性較差。在邊坡穩(wěn)定性評價基礎上，嚴格遵循各項保護原則，建議分別采取不穩(wěn)定坡面處理、填夯修補加固、擋土墻防護等加固措施，提高其抵御外界影響的能力。

關(guān)鍵詞：高嶺瓷土礦遺址;尾砂堆;邊坡;穩(wěn)定性評價

一、引言

高嶺瓷土礦遺址位于江西省景德鎮(zhèn)市浮梁縣瑤里鎮(zhèn)高嶺山，分布面積達3.36平方公里，是一處集采礦、選礦、洗煉于一體的大型瓷土礦遺址，也是影響世界瓷業(yè)最重要的一座礦山遺址。古礦區(qū)歷史風貌仍存，保留著元、明、清三代古瓷土礦坑200多處，大量的尾砂堆積物，還有淘洗坑、水口亭、碑亭、水碓房、水運碼頭和東埠古村等。遺址從明萬歷年至清乾隆年，見證了中國陶瓷業(yè)的發(fā)展歷史，完整地展現(xiàn)了中國古代高嶺土開采的歷史發(fā)展過程及工藝水平，具有非常重要的文物價值，于2001年6月被國務院核定公布為第五批全國重點文物保護單位，公布批號為5-0000-1-004。

二、尾砂堆分布及成分分析

尾砂堆是高嶺瓷土礦遺址的重要地質(zhì)遺跡之一，尾砂堆的數(shù)量也反映了高嶺土礦的儲量，對尾砂成分的研究可以推測古代選礦工藝的水準。由于該高嶺土礦的主要開采期在18—19世紀，只能通過尾砂堆的規(guī)模來推測當年礦山的規(guī)模。高嶺土礦是就地選礦，因此目前尾砂也主要堆積在原礦體產(chǎn)出的部位，沿原四條礦體分布的地帶有大量的尾砂堆積，尾砂集中堆放，聳立如山，現(xiàn)已發(fā)育了較厚的腐殖層，分為四個地段。

尾砂顏色多為灰白色，顆粒狀，主要成分為石英，粒徑多在1—3毫米，尾砂中也偶見原巖礫石。尾砂經(jīng)過多年風吹雨淋，具有一定的成層性，表層已經(jīng)被植被覆蓋，腐殖層之下為灰白色尾砂，其下為淺黃色的尾砂，屬于鐵質(zhì)含量較高的高嶺土尾砂，底層為不見底的灰白色尾砂，部分尾砂中白云母含量稍高。

三、尾砂堆邊坡穩(wěn)定性評價

高嶺瓷土礦遺址尾砂堆布滿礦山，大都已被灌本叢林遮掩，但由于現(xiàn)代修筑進山路，導致尾砂堆積區(qū)形成大量不穩(wěn)定的土質(zhì)邊坡體，長期受到水流沖刷作用，極易形成滑塌。一旦產(chǎn)生邊坡的坍塌或滑坡，將影響整個坡體穩(wěn)定性及遺址的保存，后果十分嚴重。故此，亟待對尾砂堆邊坡的穩(wěn)定性加以分析，進而采取相應的保護措施。

3.1 評價方法

（1）土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析計算的方法采用Fellenius條分法，根據(jù)邊坡變形的特點，分別選擇邊坡在天然工況、暴雨飽和工況兩種工況下進行計算。利用巖土工程勘察軟件理正5.5，將土層簡化為等厚土層，由軟件自動搜索邊坡的最危險滑裂面，并計算出其穩(wěn)定性系數(shù)Fs，進行邊坡穩(wěn)定性評價。在不考慮地震作用下，其計算公式為①。

（2）當滑坡沿巖土界面附近形成滑動帶時，其滑面結(jié)構(gòu)為折線型。按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330—2013）的相關(guān)要求，并結(jié)合該滑坡災害的特點，采用剛體極限平衡法的傳遞系數(shù)法定量分析計算其穩(wěn)定性與剩余下滑推力。具體計算公式為②。

3.2 評價標準

當土體穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.0時，邊坡土體處于極限平衡狀態(tài)。在文物保護工程實踐中，F(xiàn)s值等于1或稍大于1，并不能說明邊坡土體處于穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)巖土工程規(guī)范要求，F(xiàn)s值必須滿足一個最起碼的安全需要，稱為容許安全系數(shù)，用“Fs”表示。對于文物邊坡加固的容許安全系數(shù)，目前尚無明確規(guī)定。考慮到文物的重要性，建議分析工程區(qū)邊坡土體的穩(wěn)定性時，取Fs=1.3作為容許安全系數(shù)，并按表1所述的標準進行穩(wěn)定性評價。

3.3 計算參數(shù)

邊坡土體為尾砂土，主要為細砂，其中砂及礫含量高，尾砂在低壓力下抗剪強度主要取決于滑動摩擦效應、剪脹效應及團粒破碎效應及電化學效應。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查、室內(nèi)試驗及相關(guān)類似工程經(jīng)驗，確定尾砂堆土體穩(wěn)定性評價的各項參數(shù)如表2所示。

3.4 穩(wěn)定性評價

根據(jù)尾砂堆邊坡的地形、開挖程度的不同，選取代表性的計算剖面進行穩(wěn)定性評價。

（1）1號尾砂堆邊坡

測點尾砂堆邊坡走向為218°，傾向約290—310°，坡度約55—65°，斜坡長度為18.5—22.6米，上覆為殘坡積土層，厚約0.2—0.5米，如圖1;坡腳有擋墻，墻上部寬約0.5、墻高約2米。經(jīng)室內(nèi)試驗分析，該處尾砂主要為粗砂，大于2毫米含量占約18.5%，大于0.5毫米含量占約54%，粉黏粒含量約12.06%;現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)局部含植物根系，邊坡較陡，受雨水沖刷及人為活動影響，坡體局部有坍塌及沖溝;輕便觸探擊數(shù)N10=8—9擊，尾砂松散，膠結(jié)差。根據(jù)表3可知，該邊坡穩(wěn)定系數(shù)在天然狀態(tài)大于1.0小于1.3，邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨作用和天然狀態(tài)+地震下小于1.0，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定性較差。

（2）2號尾砂堆邊坡

測點尾砂堆邊坡走向為200°，傾向約250—260°，坡度約55—85°，斜坡長度為18.0—24.0米;其上覆為殘坡積土層，厚約0.2—0.5米，如圖2。經(jīng)室內(nèi)試驗分析，該處尾砂主要為粗砂，大于2毫米含量約15.9%，大于0.5毫米含量約55%，粉黏粒含量約16%;現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)局部含植物根系，邊坡較陡，受雨水沖刷及人為活動影響，坡體局部有坍塌及沖溝;輕便觸探擊數(shù)N10=8—9擊，尾砂松散，膠結(jié)差。根據(jù)表4可知，該邊坡穩(wěn)定系數(shù)在天然狀態(tài)小于1.0，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨作用和天然狀態(tài)+地震下小于1.0，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定性較差。

（3）3號尾砂堆邊坡

測點尾砂堆邊坡走向為10—15°，傾向約70—85°，坡高約6.00—8.50米，邊坡坡度較陡，坡度約75—90°，如圖3。經(jīng)室內(nèi)試驗分析，破壞處尾砂主要為粗砂，大于2毫米含量約16.4%，大于0.5毫米含量約51%，粉黏粒含量約12.7%;現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)局部含植物根系，受雨水沖刷及人為活動影響，坡體局部有坍塌及沖溝;輕便觸探擊數(shù)N10=7—9擊，尾砂松散，膠結(jié)差。根據(jù)表5可知，該邊坡穩(wěn)定系數(shù)在天然狀態(tài)大于1.0小于1.3，邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨作用和天然狀態(tài)+地震下小于1.0，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定性較差。

四、保護建議

尾砂堆不穩(wěn)定邊坡體以崩塌和滑坡破壞為主，具有塌滑且極不穩(wěn)定的破壞特征，結(jié)合邊坡的地形地貌條件，本著盡可能利用其有限的空間、減少對土地的占用和對周邊自然環(huán)境工程干預的保護原則，建議分別采取以下護坡加固措施：

（1）不穩(wěn)定坡面處理

針對幾處不穩(wěn)定尾砂堆突出的部分進行表面整治，使坡面平直，將不穩(wěn)定的坡體坡腳變?yōu)?0°以下，提高穩(wěn)定性。對于擋土墻上部的失穩(wěn)土體邊坡，只有在條件允許的情況下才可根據(jù)土體的垮落角，進行適當少量的修坡處理。對于在滑坡嚴重區(qū)域外側(cè)，則應采用側(cè)向支護，首先采取人工挖、填土方（尾砂原料）的方法進行坡度調(diào)整，然后采取生態(tài)加固護坡的方法對較陡邊坡的外側(cè)進行加固處理。以上任何處理措施，均應進行表面二次處理，使之與遺址環(huán)境融為一體，對裸露的土體要采取水土保持施工。

（2）填夯修補加固

首先，清理該區(qū)域周圍施工作業(yè)面，清除遺址上影響安全及施工的植被;在凹陷、坍落缺失部分“筑板”支出外模，分層夯制周邊散落及坡面處理所得尾砂原料。最后將夯補后的表面進行修正，使其坡度降低，處于穩(wěn)定的力學結(jié)構(gòu)狀態(tài)下，并與周圍遺址表面保持自然平順。

（3）擋土墻防護

在確保尾砂堆邊坡的安全穩(wěn)定的基礎上，嚴格控制擋土墻的新建設區(qū)段，盡量減少新增擋土墻的部位和建設高度。對現(xiàn)有擋土墻的保存狀況加以勘察，校核尾砂堆坡底舊擋土墻的結(jié)構(gòu)強度，確定舊擋土墻圍護現(xiàn)狀。在失穩(wěn)邊坡體對應位置沒有設置擋土墻區(qū)域，依照舊擋土墻進行擋土墻防護施工，對于擋土墻破損或者失效的區(qū)域進行擋土墻恢復修繕，盡可能加固利用原有擋土墻。加固擋土墻的高度和位置須根據(jù)尾砂堆邊坡實際情況而定，擋土墻要適度高出坡面以阻擋上部零星坍落的尾砂土，合理調(diào)整其護坡高度和擋土墻的樣式，并結(jié)合采用植被護坡的生態(tài)擋土墻做法。

五、結(jié)論

通過對高嶺瓷土礦遺址尾砂堆的現(xiàn)狀勘察、成分分析以及邊坡穩(wěn)定性評價，可以得出以下結(jié)論：

（1）尾砂主要堆積在原礦體產(chǎn)出的部位集中堆放，大都已被灌本叢林遮掩，現(xiàn)已發(fā)育較厚腐殖層。尾砂顏色多為灰白色，顆粒狀，主要成分為石英，粒徑多在1—3毫米，尾砂中也偶見原巖礫石。

（2）尾砂堆積區(qū)形成大量不穩(wěn)定土質(zhì)邊坡體，長期受到水流沖刷作用，極易形成滑塌。分別對1—3號尾砂堆邊坡的計算剖面進行穩(wěn)定性評價，根據(jù)計算結(jié)果可知在天然狀態(tài)、暴雨作用和天然狀態(tài)加地震下，邊坡處于欠穩(wěn)定或不穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定性較差。

（3）尾砂堆不穩(wěn)定邊坡體以崩塌和滑坡破壞為主，在邊坡穩(wěn)定性評價基礎上，結(jié)合邊坡的地形地貌條件，嚴格遵循遺址保護的各項原則，采取適宜的護坡加固措施，提高其抵御外界影響的能力，尾砂堆的保護與研究有著極為重要的意義。

（作者簡介：楊強義，工作單位：北京國文信文物保護有限公司;王菲，工作單位：中國文物信息咨詢中心）

參考文獻

1.浮梁縣博物館《全國重點文物保護單位記錄檔案——湖田古瓷窯址·高嶺瓷土礦遺址》[M]，景德鎮(zhèn)：2004。

2.李中和、張志成、謝貽芬等《景德鎮(zhèn)高嶺村高嶺土礦物相的研究》[J]，《景德鎮(zhèn)陶瓷學院學報》，1982（01）：P51—56。

3.劉新園、白火昆《高嶺土史考——兼論瓷石、高嶺與景德鎮(zhèn)十至十九世紀的制瓷業(yè)》[J]，《中國陶瓷》，1982（07）：P141—152。

4.胡金山《贛東北高嶺土礦成礦地質(zhì)特征與找礦方向》[A]，2017年江西省地質(zhì)學會論文匯編集II，2017。

5.王國龍、胡金山、胡福林等《景德鎮(zhèn)脈型高嶺土礦特征及找礦方向探討——以鵝湖高嶺土礦為例》[J]，《東華理工大學學報（自然科學版）》，2018（04）：P379—388。

6.楊立功《露天礦邊坡穩(wěn)定性分析及研究》[J]，《礦業(yè)裝備》，2020（05）：P20—21。

7.賈傳志《露天礦邊坡穩(wěn)定性的安全因素分析》[J]，《黑龍江科技信息》， 2017（13）：P90。

8.趙建軍、賀宇航、黃潤秋《基于因子分析法的邊坡穩(wěn)定性評價指標權(quán)重》[J]，《西南交通大學學報》，2015（02）：P325—330。

9.肖海平《中小型露天礦邊坡穩(wěn)定性動態(tài)評價方法及應用》[D]，徐州：中國礦業(yè)大學博士學位論文，2019。

10.沈小輝《復雜地質(zhì)條件下山區(qū)公路邊坡穩(wěn)定性評價及加固方法研究》[D]，北京：北京工業(yè)大學博士學位論文，2012。

11.巨能攀、趙建軍、鄧輝等《公路高邊坡穩(wěn)定性評價及支護優(yōu)化設計》[J]，《巖石力學與工程學報》，2009（06）：P1152—1161。