赤平極射投影在露采巖體邊坡穩(wěn)定分析中的應用

何偉民　崔建庭　鄭云武

摘要：影響巖體邊坡穩(wěn)定的因素主要有地層巖石、地質(zhì)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、人工活動等。其中巖體的巖石組成、結(jié)構(gòu)面和邊坡角的計算是主導因素。對巖體邊坡的穩(wěn)定性分析，目前為止，還沒有一套比較完善的方法。其中赤平極射投影對較堅硬-堅硬的巖石有著很好的效果，是一種定性、簡便、有效的分析方法。本文針對新疆東戈壁鉬礦床的工程地質(zhì)特征，用赤平極射投影的方法對巖體邊坡進行了分析，對今后同類型礦床邊坡的穩(wěn)定分析具有一定的借鑒和應用價值。

Abstract： The factors influencing the stability of rock mass side slope mainly include stratum rocks， geological structure， structural produce shape ，and human activities， etc. The rock composition， structural plane of rock mass and the calculation of slope angle are the key factors. There is still not a set of relatively perfect method for stability analysis of slope rock mass， so far. Stereoplot has a very good effect on the relatively solid - solid rock， is a kind of qualitative analysis， which is simple and effective. In this paper， according to the engineering geological characteristics of east Gobi molybdenum deposit in Xinjiang， stereoplot method is used to analyze the rock slope， which can provide some reference for the slope stability analysis of similar deposit in the future.

關(guān)鍵詞： 赤平極射投影；巖體邊坡；結(jié)構(gòu)面；穩(wěn)定性分析；新疆東戈壁鉬礦床

Key words： stereoplot；rock slope；structural plane；stability analysis；east Gobi molybdenum deposit in Xinjiang

中圖分類號：P618.65 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）08-0166-03

1 礦區(qū)地質(zhì)背景

1.1 礦區(qū)概況

礦區(qū)位于東天山南部，哈密市187°方向，東經(jīng)93°18′30″～93°22′00″，北緯41°54′00″～41°56′00″，海拔高程878.15～956.46m，相對高差70m左右，地形平緩，丘頂多呈渾圓狀及魚脊形。坡度約為10～20°，局部坡度較陡，約為45°，屬典型的壟崗狀低山丘陵—荒漠戈壁區(qū)。

礦區(qū)地處亞歐大陸腹地，屬溫帶大陸性干旱氣候，年平均降水量為33.9mm，年均蒸發(fā)量3222mm，降雨量稀少。水文地質(zhì)單元屬山前盆地，地下水補給類型為大氣降水，地表水系極不發(fā)育。只有在強降暴雨時，可形成地表暫時性河流。經(jīng)鉆孔揭露地下基本無較大的含水層，水文地質(zhì)條件簡單。

1.2 地層巖性

礦區(qū)屬北天山地層分區(qū)覺羅塔格地層小區(qū)，地層呈北東——東西走向，為一傾向北西的單斜巖層，傾角平均65°。巖性主要由石炭系下統(tǒng)干墩組下段（C1gd1）和第四系松散殘坡積物（Qhpl）組成。

石炭系下統(tǒng)干墩組為一套陸源碎屑巖—火山巖夾火山碎屑巖組合，以陸源碎屑巖為主，火山巖呈夾層狀，地層整體呈弧形，傾向北西或南東，傾角50～75°，局部30～40°，巖性主要為褐黃～灰黑色變質(zhì)含礫砂巖、砂巖、泥質(zhì)砂巖～砂質(zhì)泥巖、泥巖、凝灰?guī)r、安山巖。該層是鉬礦體的賦礦層。

第四系松散殘坡積物巖性多為礫石質(zhì)的亞砂土、石英顆粒及基巖砂、泥質(zhì)的風化碎屑物以及少量的亞粘土等，呈灰黃色、淺黃色。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

斷裂構(gòu)造主要發(fā)育在東礦段范圍內(nèi)。斷裂構(gòu)造按走向可分為北東、近東西和北西向三組（圖1）。

北東（F5）向斷層位于礦區(qū)中部F1斷層的南北兩側(cè)，總體呈弧形展布，走向為45°～70°—20°～350°，地表呈“S”形，延伸約1km，寬3～8m。帶內(nèi)巖石強烈破碎，呈碎塊狀，碎塊大小一般1～3cm，具弱褐鐵礦化、絹英巖化等蝕變。帶內(nèi)充填多條石英脈，寬10～50cm，石英脈具角礫巖化現(xiàn)象，角礫大小1～5mm。

近東西（F1、F3、F4）向斷裂最發(fā)育，位于礦區(qū)中東部，走向80°左右，錯斷北東向斷裂。斷裂帶碎裂巖及構(gòu)造角礫巖發(fā)育，具強弱不等的褐鐵礦化、絹英巖化等蝕變。地表呈舒緩波狀延伸，長度約1.3km，寬4～10m，帶內(nèi)巖石破碎，斷層中東部充填有石英脈，寬10～50cm。

北西（F6）向斷裂位于礦區(qū)西北角，毗鄰主礦體西緣，走向160°，傾角75°。出露長度800m，寬3～8m。帶內(nèi)分布著硅化碎裂巖，絹云母化蝕變較強。

2 礦區(qū)工程地質(zhì)特征

2.1 各巖性（巖組）工程地質(zhì)特征

礦區(qū)第四系全新統(tǒng)風化殘坡積物（Qhpl）和石炭系下統(tǒng)干墩組下段巖組（C1gd1）分布較廣，巖組類型單一。地表巖性主要是變質(zhì)（泥質(zhì)）砂巖、變質(zhì)砂質(zhì)泥巖及少量的凝灰?guī)r、英安巖及輝綠巖。

2.1.1 第四系松散殘坡積物（Qhpl）巖組 巖體松散，呈條帶狀或渾圓狀富集在溝谷、丘坡或地洼處。主要分布著少量的亞粘土、礫石質(zhì)亞砂土、石英顆粒及基巖砂、泥質(zhì)風化碎屑物等，巖體平均厚度為5.40m。RQD=0，存在掉快、坍塌的問題，在地層中鉆進時，均下有護壁套管。

2.1.2 石炭系下統(tǒng)干墩組下段（C1gd1）巖組 屬塊狀、半堅硬～堅硬巖組類，富集著56%的變質(zhì)砂質(zhì)泥巖和變質(zhì)泥質(zhì)砂巖，35%的變質(zhì)砂巖，以及6%的斑狀花崗巖。巖石的鉆探巖心多以短柱狀、長柱狀為主，扁柱狀次之。

從表1所示巖性RQD值來看，巖石的質(zhì)量等級基本是Ⅰ—Ⅲ級，巖體中等完整～完整。

2.2 礦體及頂、底板巖石工程地質(zhì)特征

礦體主要呈細脈狀、浸染狀、薄膜狀賦存于斑狀花崗巖體的上部，變質(zhì)巖只要不賦存輝鉬礦，就能發(fā)展成為賦礦巖石。

礦體及礦體頂、底板巖石屬單軸極限抗壓強度為40.00～67.60MPa（如表2）所示、半堅硬～堅硬巖石，少部分巖石抗壓強度不足30MPa。

2.3 結(jié)構(gòu)面工程地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)巖石結(jié)構(gòu)面主要為片理、劈理及裂隙，由于巖石風化較強，大部分地表巖石裂隙產(chǎn)狀無法測量，所測量的產(chǎn)狀均來自槽探工程，片理、劈理化發(fā)育較強，組數(shù)較多，密度大，最發(fā)育的有兩組，走向以北東向、北西向為主，傾角65～85°（表3），其力學性質(zhì)多屬壓扭性。

深部巖石裂隙較發(fā)育，多與巖心軸呈30°、40～45°、50～55°，裂隙多為閉合型裂隙，裂隙面上多見氧化的鐵質(zhì)、綠泥石化、薄膜狀鈣質(zhì)及少量的薄膜狀、浸染狀輝鉬礦，局部裂隙被方解石、石英脈充填。線裂頻率多在5～15條/m。在構(gòu)造破碎帶及其附近處構(gòu)造裂隙較密集，且多呈網(wǎng)格狀，多組裂隙的互相交錯、穿插，破壞巖體的完整性，從而削弱了巖體的力學強度，降低了巖體的穩(wěn)定性。該發(fā)育段對礦體及巖體的穩(wěn)定性均有一定影響。

2.4 基巖風化帶工程地質(zhì)特征

在地貌、氣候和巖性等因素的影響下，礦區(qū)地表巖石極易風化、碎裂，基巖風化帶深度在2.40～15.19m之間。巖石風化后多為巖石碎片或碎屑。地表石英脈風化后呈角礫狀及碎塊狀，巖石力學強度較低，屬軟弱～半堅硬巖石類。該工程地質(zhì)巖組在露采或坑采時，可能會發(fā)生坍塌、滑移、崩落等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象。雨季時，還可能會發(fā)生少量的漏水、滴水現(xiàn)象。

3 露天采場邊坡穩(wěn)定性分析

組成露天采場邊坡的巖性主要為變質(zhì)砂巖、變質(zhì)泥質(zhì)砂巖及變質(zhì)砂質(zhì)泥巖。由于在鉆進取芯過程中人為地破壞了巖體的原始結(jié)構(gòu)面，無法準確測量其產(chǎn)狀。根據(jù)首采區(qū)境界（近似橢圓形）在礦區(qū)中所處的位置，在其四周50m范圍內(nèi)施工寬40～50cm，深1.5～2.0m基坑，然后測量巖體的各結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀，結(jié)合深部巖石裂隙產(chǎn)狀，最后進行綜合整理，分別對首采區(qū)的四個幫進行赤平投影分析（先假定邊坡角為60°）。各幫主要結(jié)構(gòu)面赤平投影見圖2、圖3、圖4、圖5（圖中J1表示巖層產(chǎn)狀，J2、J3、J4為主要節(jié)理、裂隙及斷層產(chǎn)狀）及表4。

由以上初步分析，最終邊坡角設計：北幫60°、西幫46°，南幫46°、東幫46°。長沙有色冶金設計研究院對《東戈壁鉬礦采選工程可行性研究報告（C1287SQ1）》設計的最終邊坡角為47°，二者基本上吻合。

筆者認為，邊坡角是根據(jù)巖體地質(zhì)構(gòu)造而分析做出的結(jié)果。此外，地震作用、氣候條件、爆破震動、上覆荷載、施工方式等外力地質(zhì)因素，對邊坡的穩(wěn)定也起著重要作用。要保持邊坡的長久穩(wěn)定，還要靠人工經(jīng)常維護和邊坡加固。

4 結(jié)語

赤平極射投影方法僅適用于巖質(zhì)邊坡。該方法根據(jù)巖石的結(jié)構(gòu)產(chǎn)狀和相互組合交線情況，能夠很好、較準確的判斷巖體的穩(wěn)定性，此外利用這種圖解方法還可以進一步確定結(jié)構(gòu)體的滑移方向，滑動動態(tài)以及穩(wěn)定程度?？傊?，赤平極射投影方法在工程地質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中具有很好的指導意義。

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