某礦山南部邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及治理淺析

田戰(zhàn)武　段磊　康凱

[摘要]為保證礦山安全生產(chǎn)，進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析，并采取安全、有效的防護(hù)措施對(duì)邊坡進(jìn)行治理是十分必要的。本文系統(tǒng)收集了某礦山南部邊坡巖體的地質(zhì)環(huán)境資料，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)邊坡穩(wěn)定性影響因素和邊坡已有變形破壞現(xiàn)象分析，對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，據(jù)此提出了本區(qū)邊坡治理的初步方案。

[關(guān)鍵詞]影響因素 邊坡穩(wěn)定性 邊坡治理

[中圖分類號(hào)] P613 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-8-428-1

對(duì)于大型露天礦山而言，邊坡穩(wěn)定性是其安全生產(chǎn)的最基本保證。陜西某礦山屬特大型露天礦山，年采剝總量約2700萬(wàn)噸。礦山南東段自開(kāi)采以來(lái)，邊坡高度已超過(guò)250m，總體坡度44.91°，邊坡已出現(xiàn)局部崩塌、滑塌等失穩(wěn)現(xiàn)象。因此，開(kāi)展邊坡穩(wěn)定性分析，并對(duì)邊坡治理工作提出意見(jiàn)和建議，對(duì)礦山安全生產(chǎn)十分必要。

1邊坡概況

1.1地形地貌

邊坡所屬區(qū)域?qū)贅?gòu)造侵蝕中高山區(qū)，地勢(shì)總體東高西低，地形起伏大。邊坡坡頂線成顛倒的“W”型，邊坡兩側(cè)發(fā)育“U”型谷，谷中植被茂盛。

1.2地質(zhì)概況

邊坡表層出露第四系松散堆積物，下部基巖為上元古界官道口群高山河組石英巖、板巖以及凝灰質(zhì)板巖（圖1）。各層地質(zhì)特征如下：

第四系松散堆積物：主要成分為碎石和腐殖土，黃色、黃褐色，稍濕，土質(zhì)不均，表層富含植物根系，分布于坡頂表層，厚度一般小于1m。

石英巖：灰白色、質(zhì)地堅(jiān)硬、節(jié)理裂隙發(fā)育。

板巖：灰色、灰綠色、質(zhì)地較軟、節(jié)理裂隙發(fā)育。

此外，邊坡內(nèi)發(fā)育有4條層間、層內(nèi)小斷層（f1～f4），斷層延展短，一般延伸幾十米后殲滅于巖土體中。破碎帶寬度在5cm～ 30cm，破碎帶內(nèi)可見(jiàn)泥質(zhì)物和碎屑物充填其中。

1.3水文地質(zhì)

研究區(qū)內(nèi)降雨量較為充沛，年平均降水量849.9mm，日最大降雨量114.1mm。降水主要集中在7～9月，且多以大到暴雨為主，降水量占全年的51.38%。

1.4邊坡巖體結(jié)構(gòu)類型

1.4.1石英巖的結(jié)構(gòu)類型

本區(qū)石英巖中發(fā)育的結(jié)構(gòu)面主要為各種方向的節(jié)理裂隙。大部分節(jié)理為剪切應(yīng)力所形成的壓扭性節(jié)理，引張節(jié)理次之。節(jié)理裂隙以傾向南西西（產(chǎn)狀250°～270°∠40°～60°）、北西西（產(chǎn)狀270°～290°∠30°～40°）為主；傾向南南東（產(chǎn)狀150°～160°∠40°～70°）、北北東（產(chǎn)狀15°～40°∠30°～50°）的次之。其中，傾向南西西、北西西的兩組節(jié)理密度一般為5～7條/m2，高者可達(dá)十幾條/m2，寬度一般為1～2mm，無(wú)充填，延展規(guī)模小，一般數(shù)米到十幾米；此兩類節(jié)理裂隙在工程地質(zhì)學(xué)中屬于Ⅲ、Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面。此外，傾向南南東的節(jié)理，多具有Ⅲ、Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面的特點(diǎn)，個(gè)別延展規(guī)模在20米以上者，可劃分為Ⅱ級(jí)結(jié)構(gòu)面。最后，傾向北北東者，密度小，延展短，此類結(jié)構(gòu)面多屬于Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面。

受上述結(jié)構(gòu)面及其空間組合控制，本區(qū)石英巖結(jié)構(gòu)體多體積較小、形態(tài)不一、大小不同、棱角分明、彼此咬合；局部裂隙不發(fā)育處，結(jié)構(gòu)體成板狀體、厚板狀體或長(zhǎng)方體。根據(jù)上述特征，本區(qū)石英巖以碎裂結(jié)構(gòu)中的鑲嵌結(jié)構(gòu)為主，局部為薄層至層狀結(jié)構(gòu)。

1.4.2板巖、凝灰質(zhì)板巖的結(jié)構(gòu)類型

本區(qū)板巖、凝灰質(zhì)板巖中的節(jié)理裂隙亦很發(fā)育，節(jié)理以傾向南西西（產(chǎn)狀250°～270°∠40°～60°），北西～北北西（產(chǎn)狀320°～340°∠70°以上）為主；傾向北東（40°～60°∠20°～55°）較少。其中，前兩類節(jié)理裂隙密度大，一般在十?dāng)?shù)條/m2，寬度小于2mm，無(wú)充填物，延展規(guī)模較大，一般十幾米，部分可貫通巖體，根據(jù)其特征，此兩類節(jié)理裂隙面屬于Ⅲ、Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面。此外，傾向北東者，延展短、密度小，此類節(jié)理裂隙面多屬于Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面。此外，巖體中兩組節(jié)理裂隙多交叉切割巖體。受上述結(jié)構(gòu)面及其空間組合控制，本區(qū)板巖、凝灰質(zhì)板巖的結(jié)構(gòu)類型為碎裂結(jié)構(gòu)中的鑲嵌結(jié)構(gòu)。

2邊坡穩(wěn)定性影響因素

該邊坡是由上述兩種巖石構(gòu)成的以碎裂結(jié)構(gòu)為主的巖質(zhì)邊坡。而碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡的變形破壞具有突發(fā)性和大規(guī)模性 [1]。因此，研究各種因素對(duì)其變形破壞的影響，進(jìn)而對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，是治理此類邊坡的關(guān)鍵所在。

2.1巖土類型和性質(zhì)

斜坡巖土類型和性質(zhì)是決定斜坡抗滑力、穩(wěn)定性的根本因素[2]。本區(qū)邊坡出露石英巖和板巖、凝灰質(zhì)板巖。前者質(zhì)地堅(jiān)硬，幾乎不與水發(fā)生作用，耐風(fēng)化，對(duì)邊坡穩(wěn)定性有利；后者質(zhì)地較軟，抗風(fēng)化能力差，浸水后塑性增大，抗剪強(qiáng)度顯著降低，屬“易劃地層”。此外，在邊坡東北部，板巖與石英巖成互層狀，經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕可形成凹龕，使上部石英巖層失去支撐，從而發(fā)生局部崩塌（圖2）。

2.2巖土結(jié)構(gòu)

碎裂結(jié)構(gòu)邊坡穩(wěn)定性受多組相交結(jié)構(gòu)面控制，邊坡往往沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生變形或失穩(wěn)[1，3]。本區(qū)邊坡出露的石英巖和板巖中均發(fā)育三組以上的結(jié)構(gòu)面，且這些結(jié)構(gòu)面在平面和空間上多兩兩相交，使得巖體整體性變差，從而使得邊坡穩(wěn)定性變差。

本區(qū)石英巖和板巖、凝灰質(zhì)板巖（主要分布于邊坡東北部）中傾向南西西、北西西的主要節(jié)理裂隙面，其走向與邊坡走向（北東段20°，南西段226°）斜交，交角較?。?0°～50°），且其傾角均小于邊坡臺(tái)階坡角（69°），此種結(jié)構(gòu)的邊坡穩(wěn)定性差，再加上受其他結(jié)構(gòu)面切割，邊坡極易產(chǎn)生局部崩塌失穩(wěn)。

此外，本區(qū)板巖、凝灰質(zhì)板巖中傾向北西～北北西的高陡傾角結(jié)構(gòu)面也是邊坡發(fā)生局部失穩(wěn)現(xiàn)象的主要結(jié)構(gòu)面。

2.3地質(zhì)構(gòu)造

本區(qū)邊坡發(fā)育數(shù)條層間、層內(nèi)小斷層（f1～f4），斷層延展短，一般延伸幾十米后殲滅于巖土體中。破碎帶寬度在5cm左右，局部寬者可達(dá)20～30cm，破碎帶內(nèi)可見(jiàn)泥質(zhì)物和碎屑物充填其中。這些軟弱結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡穩(wěn)定性極為不利。降雨后，可見(jiàn)沿這些軟弱結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)局部滑塌現(xiàn)象。

2.4水的影響

水對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響是很大的，邊坡的變形破壞往往與水有著十分密切的關(guān)系，在工程地質(zhì)學(xué)界有“無(wú)水不滑坡，治坡先治水”的說(shuō)法[1，4，5，6，7]。水（尤其是降雨）通過(guò)水化學(xué)和水力學(xué)的作用，使得邊坡巖土體發(fā)生物化、性狀等變化，進(jìn)而造成邊坡失穩(wěn)。

研究區(qū)內(nèi)降雨量較為充沛，年平均降水量849.9mm，日最大降雨量114.1mm。降水主要集中在7～9月，且多以大到暴雨為主，降水量占全年的51.38%。因此，僅就降水量的時(shí)間分布特征而言，全年7～9月份的強(qiáng)降雨天氣對(duì)于本區(qū)邊坡的穩(wěn)定性極為不利。此外，本區(qū)邊坡內(nèi)未見(jiàn)有泉眼等常年流水，可見(jiàn)現(xiàn)有邊坡地下水并不發(fā)育。

2.5爆破的影響

爆破對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響主要是通過(guò)爆破震動(dòng)效應(yīng)發(fā)生的。當(dāng)爆破震動(dòng)速度達(dá)到一定量值之后，邊坡即可出現(xiàn)變形或破壞[8]。尤其是碎裂結(jié)構(gòu)的巖質(zhì)邊坡，對(duì)于震動(dòng)的影響尤為敏感[2]，在震動(dòng)條件下，巖塊之間的咬合力易于松動(dòng)，從而發(fā)生巖塊崩塌。此外，爆破震動(dòng)還可在巖體上產(chǎn)生次生裂隙，從而破壞巖體的整體結(jié)構(gòu)。

3邊坡穩(wěn)定性分析

通過(guò)對(duì)本區(qū)邊坡的實(shí)地勘察，邊坡頂部并未出現(xiàn)拉裂痕跡，坡面亦未見(jiàn)有局部蠕滑現(xiàn)象發(fā)生，僅局部出現(xiàn)崩塌、滑塌等失穩(wěn)現(xiàn)象，邊坡整體穩(wěn)定。但根據(jù)本區(qū)邊坡穩(wěn)定性影響因素分析：首先，組成本區(qū)邊坡的巖土體主要為石英巖和板巖、凝灰質(zhì)板巖，前者質(zhì)地堅(jiān)硬，抗風(fēng)化，后者質(zhì)地松軟，抗風(fēng)化能力差。兩者均發(fā)育多組結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)較為破碎，且兩者在邊坡東北部成互層狀分布關(guān)系，屬不穩(wěn)定組合關(guān)系，因此，就邊坡巖體類型、組合關(guān)系、巖體結(jié)構(gòu)而言，對(duì)邊坡穩(wěn)定性不利。其次，邊坡中發(fā)育的層內(nèi)和層間小斷層對(duì)邊坡的穩(wěn)定性也不利。再者，研究區(qū)降水量豐富，降水集中，在雨季容易造成邊坡失穩(wěn)。最后，邊坡服務(wù)年限長(zhǎng)（30年以上），在如此漫長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，隨著開(kāi)采深度的增加，邊坡暴露的高度和面積也在不斷加大，巖體原有應(yīng)力的平衡不斷遭到破壞，加上風(fēng)化、卸荷、頻繁的爆破震動(dòng)（尤其是水）的不利影響，因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看來(lái)，邊坡的穩(wěn)定性難以保證，需要對(duì)邊坡進(jìn)行相應(yīng)的處理，以保證后期邊坡安全。

4邊坡治理措施

針對(duì)本區(qū)邊坡的穩(wěn)定性特征，幾點(diǎn)建議如下：

（1）在巖體結(jié)構(gòu)破碎區(qū)域，采用掛網(wǎng)噴漿技術(shù)強(qiáng)化巖體自身強(qiáng)度，隔斷巖體與外力作用，增強(qiáng)巖體的抗風(fēng)化能力。

（2）修筑防排水系統(tǒng)：修筑橫向截排水溝，將坡面水集中，送出邊坡，減少地表水對(duì)坡面的侵蝕作用；修筑排水涵洞，防止邊坡后山溝匯水無(wú)法及時(shí)排除，形成大面積積水對(duì)邊坡帶來(lái)的不利影響；修筑排水孔，在掛網(wǎng)噴漿區(qū)域，要設(shè)置排水孔，以便將邊坡內(nèi)部地下水排出。

（3）鄰近邊坡采用預(yù)裂爆破和緩沖爆破工藝，降低爆破對(duì)邊坡的破壞作用。

（4）設(shè)置邊坡深部監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在本區(qū)邊坡如圖1所示的位置布置多點(diǎn)位移計(jì)，監(jiān)測(cè)邊坡深部位移。

5小結(jié)

本文通過(guò)對(duì)某礦山南部邊坡變形破壞現(xiàn)狀和邊坡穩(wěn)定性影響因素分析，認(rèn)為目前該邊坡整體穩(wěn)定，但各種因素綜合分析對(duì)邊坡穩(wěn)定性均為負(fù)面影響，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，邊坡的穩(wěn)定性難以保證。并在上述結(jié)論的基礎(chǔ)上，提出了本區(qū)邊坡治理和監(jiān)測(cè)的4點(diǎn)措施和意見(jiàn)。

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