赤平投影法在邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用

(西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院 陜西 西安 710054)

露天廢棄礦山普遍存在于我國各省市，我國的露天廢棄礦山具有自己的特殊性，并且我國的國情需求與發(fā)達(dá)國家并不是一樣的，這就造成了很多露天廢棄礦山?jīng)]有實(shí)施地質(zhì)環(huán)境的治理和土地的恢復(fù)工程等一系列治理措施，造成露天廢棄礦山的礦區(qū)內(nèi)的環(huán)境很惡劣，為此我們特別需求探索與我國國情相適合的露天廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境治理的方法，這對(duì)于改善區(qū)域地質(zhì)環(huán)境，建設(shè)美麗中國具有重大現(xiàn)實(shí)意義[1-3]。

一、研究方法

本次研究的邊坡穩(wěn)定性分析采用赤平投影分析方法對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。在赤平投影的分析方法中理正軟件是最普遍也是最有效直觀的方法。

理正軟件在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析的模塊中，適用的范圍簡單平面、復(fù)雜平面、三維楔形體、赤平投影等，在赤平投影中的分析局限性是只能對(duì)兩組軟弱面進(jìn)行分析，因此注意的事項(xiàng)就是先對(duì)已知赤平投影圖的軟弱面兩兩分析，出圖后在CAD中把兩兩分析的圖進(jìn)行整合，全部整合在一幅赤平投影圖中，然后運(yùn)用個(gè)人知識(shí)進(jìn)行分析。

二、研究區(qū)邊坡的巖性及幾何形態(tài)特征

研究區(qū)四組主要邊坡，巖性為微風(fēng)化白云惡質(zhì)灰?guī)r，近水平或斜向?qū)永?，豎向節(jié)理裂隙發(fā)育，局部見溶蝕痕跡，屬于較硬巖，錘擊聲較清脆，回彈，不易擊碎，微晶結(jié)構(gòu)，薄層層狀構(gòu)造。

現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)測(cè)得結(jié)構(gòu)面天然狀態(tài)內(nèi)摩擦角31°～34°，平均為32°；飽和狀態(tài)內(nèi)摩擦角29°～31°，平均為30°。推薦建議內(nèi)摩擦角取30°。

縣道X042北側(cè)邊坡(邊坡1)，坡面整體產(chǎn)狀190°∠60°，坡頂面產(chǎn)狀約190°∠10°，最大坡高約90m，巖層層面產(chǎn)狀約20°∠11°，存在兩組典型優(yōu)勢(shì)節(jié)理， JL1平均產(chǎn)狀約168°∠70°；JL2平均產(chǎn)狀約230°∠74°。

東北側(cè)邊坡(邊坡2)，坡面整體產(chǎn)狀50°∠50°，坡頂面產(chǎn)狀約50°∠10°，最大坡高約50m，巖層層面產(chǎn)狀約20°∠19°，存在兩組典型優(yōu)勢(shì)節(jié)理， JL1平均產(chǎn)狀約168°∠70°；JL2平均產(chǎn)狀約230°∠74°。

縣道X042南側(cè)邊坡(邊坡3)，坡面產(chǎn)狀355°∠75°，坡頂面產(chǎn)狀約355°∠10°，最大坡高約30m，巖層層面產(chǎn)狀22°∠23°，存在三組典型優(yōu)勢(shì)節(jié)理，JL1平均產(chǎn)狀約168°∠70°；JL2平均產(chǎn)狀約230°∠74°；JL3平均產(chǎn)狀約330°∠76°。

研究區(qū)南側(cè)面向水泥廠采礦場(chǎng)一側(cè)邊坡(邊坡4)，坡面產(chǎn)狀180°∠70°，坡頂面產(chǎn)狀約180°∠10°，最大坡高約15m，巖層層面產(chǎn)狀38°∠32°，存在三組典型優(yōu)勢(shì)節(jié)理，JL1平均產(chǎn)狀約168°∠70°；JL2平均產(chǎn)狀約230°∠74°。

研究區(qū)邊坡為巖質(zhì)邊坡，硬性結(jié)構(gòu)面結(jié)合一般，巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育組數(shù)2～3組，平均間距0.4～1.0m之間，薄層～中厚層結(jié)構(gòu)，巖體完整程度為較完整，邊坡巖體類型為Ⅲ類，邊坡安全系數(shù)取1.3。

三、研究區(qū)邊坡的穩(wěn)定性分析

(一)土體工程地質(zhì)力學(xué)參數(shù)的選取

邊坡結(jié)構(gòu)面的工程地質(zhì)力學(xué)參數(shù)主要根據(jù)《建筑邊坡工程規(guī)范GB50330-2002》選取。

表3-1 巖質(zhì)邊坡主要設(shè)計(jì)參數(shù)

(二)邊坡穩(wěn)定性分析

本次研究的邊坡穩(wěn)定性分析采用赤平投影分析方法對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析[4]。

(1)邊坡1，坡面整體產(chǎn)狀190°∠60°，坡頂面產(chǎn)狀約190°∠10°，最大坡高約90m，巖層層面產(chǎn)狀約20°∠11°，存在兩組典型優(yōu)勢(shì)節(jié)理， JL1平均產(chǎn)狀約168°∠70°；JL2平均產(chǎn)狀約230°∠74°。用理正軟件分析得圖3-1。

圖3-1 邊坡1的穩(wěn)定性分析圖

通過赤平投影分析，以上節(jié)理、裂隙不構(gòu)成滑動(dòng)楔形體的不利組合。邊坡1整體較穩(wěn)定，但兩組節(jié)理與水平巖層層理相切割后，邊坡易發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害。

(2)邊坡2，坡面整體產(chǎn)狀50°∠50°，坡頂面產(chǎn)狀約50°∠10°，最大坡高約50m，巖層層面產(chǎn)狀約20°∠19°，存在兩組典型優(yōu)勢(shì)節(jié)理， JL1平均產(chǎn)狀約168°∠70°；JL2平均產(chǎn)狀約230°∠74°。用理正軟件分析得圖3-2。

圖3-2 邊坡2的穩(wěn)定性分析圖

通過赤平投影分析，以上節(jié)理、裂隙不構(gòu)成滑動(dòng)楔形體的不利組合。邊坡2整體較穩(wěn)定，但兩組節(jié)理與水平巖層層理互相切割后，邊坡易發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害。

(3)邊坡3，坡面產(chǎn)狀355°∠75°，坡頂面產(chǎn)狀約355°∠10°，最大坡高約30m，巖層層面理產(chǎn)狀22°∠23°，存在三組典型優(yōu)勢(shì)節(jié)理，JL1平均產(chǎn)狀約168°∠70°；JL2平均產(chǎn)狀約230°∠74°；JL3平均產(chǎn)狀約330°∠76°。用理正軟件分析得圖3-3。

圖3-3 邊坡3的穩(wěn)定性分析圖

通過赤平投影分析，以上節(jié)理、裂隙不構(gòu)成滑動(dòng)楔形體的不利組合。邊坡3整體較穩(wěn)定，但三組節(jié)理與水平巖層層理相切割后，邊坡易發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害。

(4)邊坡4，坡面產(chǎn)狀180°∠70°，坡頂面產(chǎn)狀約180°∠10°，最大坡高約15m，巖層層面理產(chǎn)狀38°∠32°，存在三組典型優(yōu)勢(shì)節(jié)理，JL1平均產(chǎn)狀約168°∠70°；JL2平均產(chǎn)狀約230°∠74°。用理正軟件分析得圖3-4。

圖4 邊坡4的穩(wěn)定性分析圖

通過赤平投影分析，以上節(jié)理、裂隙不構(gòu)成滑動(dòng)楔形體的不利組合。邊坡4整體較穩(wěn)定，但三組節(jié)理與水平巖層層理相切割后，邊坡易發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害。

四、結(jié)論

通過赤平投影法對(duì)四個(gè)不同幾何形態(tài)下的邊坡進(jìn)行分析得出，節(jié)理、裂隙不構(gòu)成滑動(dòng)楔形體的不利組合，四個(gè)邊坡整體較穩(wěn)定，但三組節(jié)理與水平巖層層理相切割后，邊坡易發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害。