采礦場(chǎng)西幫邊坡工程地質(zhì)特征及穩(wěn)定性研究

陳元勇

(江西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330013)

1 引 言

露天礦在開(kāi)采的過(guò)程中，原始邊坡體隨著應(yīng)力重分布等影響，導(dǎo)致邊坡體發(fā)生不同程度的破壞變形。露天礦西幫邊坡由于受到燕門(mén)凹斷層影響，坡體內(nèi)節(jié)理發(fā)育，并且有地表、地下水的影響，導(dǎo)致目前邊坡穩(wěn)定性較差。隨著邊坡的變形不斷發(fā)展，勢(shì)必會(huì)對(duì)礦場(chǎng)開(kāi)采和周邊造成危害，因此需要對(duì)邊坡加以研究治理。準(zhǔn)確分析邊坡變形特征，找出其中的原因，方可提出合理的治理措施，從而為礦場(chǎng)的安全開(kāi)采提供必要的保障。

2 邊坡工程地質(zhì)特征

2.1 邊坡基本特征

目前，露天礦西幫開(kāi)挖所形成的邊坡寬度為1 125～1 255 m，高度在80～125 m之間，共分布有十幾個(gè)原設(shè)計(jì)標(biāo)高臺(tái)階，各臺(tái)階平行于西幫邊坡走向分布。邊坡總設(shè)計(jì)坡角為43°左右，其后為高度30～50 m、坡角26°～36°的順坡向自然山體斜坡。西幫北段受斷裂帶的影響明顯，巖體多松散破碎，力學(xué)性質(zhì)較差，大多已形成一面坡的地貌形態(tài)；西幫南段距斷裂帶較遠(yuǎn)，巖體完整性相對(duì)較好，但受到節(jié)理切割作用，出現(xiàn)了不同程度的垮塌現(xiàn)象。

2.2 邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造

西幫采場(chǎng)邊坡及其后山體主要第四系沖洪積卵礫石層、安山玢巖和人工堆積碎石土組成。其中安山玢巖分布在整個(gè)西幫，質(zhì)地堅(jiān)硬。第四系沖洪積卵礫石層集中分布在西幫南側(cè)安山玢巖上，為西川河河流堆積物，卵礫石母巖成分為花崗巖、安山玢巖等，分選較差，砂質(zhì)充填，結(jié)構(gòu)松散，出露厚度約2～6 m。第四系人工堆積碎石土分布在西幫北側(cè)安山玢巖和南側(cè)沖洪積卵礫石層上，為人工堆積的廢礦渣，碎石成分主要為安山玢巖，磨圓較差，棱角狀～次棱角，無(wú)分選，質(zhì)地松散。

2.3 邊坡水文地質(zhì)條件

采場(chǎng)西幫的水體主要分為地表水和地下水兩類(lèi)。其中地下水按照賦存情況、巖土體結(jié)構(gòu)特征又分為第四系孔隙水和基巖裂隙水兩類(lèi)。

(1)地表水

西幫地表水主要為西川河內(nèi)的水流，發(fā)源于礦區(qū)西北部高山區(qū)山麓，全長(zhǎng)8.5 km，主要補(bǔ)給源是大氣降雨，水流沿著地形自西向東流至礦區(qū)西側(cè)的攔水壩處，后經(jīng)壩后的西川河排洪洞排泄至南側(cè)的文峪河內(nèi)。

(2)地下水

第四系孔隙水：主要分布在西川河內(nèi)的第四系沖洪積卵礫石層和上部的人工堆積碎石土的孔隙內(nèi)，受大氣降水補(bǔ)給。其中發(fā)現(xiàn)該邊坡與北幫交匯的北段邊坡一帶在雨季期間，坡面常有水流出，局部呈瀑布狀。該水流少部分滲入邊坡1 164平臺(tái)的排水渠向礦坑外排泄，大部分則沿破碎基巖內(nèi)的裂隙滲入礦坑。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該水體主要為西幫與北幫交匯地段上部較厚層的松散堆積物內(nèi)的地下水向下排泄而成。另外，北幫上部地表排水渠在該地段出現(xiàn)下沉開(kāi)裂現(xiàn)象，其內(nèi)的一部分水體由此排泄出來(lái)。

基巖裂隙水：主要分布于安山玢巖內(nèi)，由于受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，巖體內(nèi)節(jié)理發(fā)育，再加上后期人工開(kāi)挖、放炮振動(dòng)、邊坡卸荷等作用的影響，邊坡巖體完整性很差，其裂隙水很不發(fā)育。

3 邊坡工程地質(zhì)問(wèn)題

3.1 邊坡變形破壞特征

在西幫公路上發(fā)現(xiàn)多條長(zhǎng)大裂縫，其裂縫主要平行西幫邊坡，沿公路方向延伸，有的橫向貫穿路面，其中最大裂縫長(zhǎng)度約70 m，寬度15～20 cm，可見(jiàn)深度大于1.5 m。后經(jīng)過(guò)多次觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，上述裂縫有明顯加寬增長(zhǎng)的跡象，反映該地段邊坡穩(wěn)定性差，其失穩(wěn)將影響到露天礦的正常生產(chǎn)與安全。后期該邊坡進(jìn)行了分臺(tái)階削坡處理。削坡后人工開(kāi)挖邊坡與其后的自然山體斜坡連成一體，形成了統(tǒng)一的一面坡?tīng)?，坡高達(dá)到100 m以上，整體坡角在30°～43°之間。

3.2 邊坡穩(wěn)定性分析及評(píng)價(jià)

為了查明該段邊坡的穩(wěn)定性狀況及未來(lái)邊坡發(fā)展情況，首先對(duì)現(xiàn)有邊坡的變形破壞規(guī)律和變形破壞模式進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上對(duì)該段邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析及評(píng)價(jià)。

(1)變形破壞規(guī)律

為了研究西幫邊坡的變形特征，通過(guò)在破壞最為嚴(yán)重的1 164平臺(tái)變形體上設(shè)置了深部測(cè)斜孔和地表位移簡(jiǎn)易觀測(cè)點(diǎn)，分別對(duì)其深部變形及地表變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

深部變形監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，該處邊坡在1 164平臺(tái)由地表向下位移量逐漸減小，其中9.5 m處出現(xiàn)明顯變化。反映該段變形體整體向外傾斜的變形特征，同時(shí)可以判斷此變形體已出現(xiàn)淺層滑動(dòng)變形破壞。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在1 164平臺(tái)之下未見(jiàn)顯著剪出跡象，表明該處變形體雖有滑移面存在，但滑面未完全貫通。

(2)變形破壞模式

該邊坡主要發(fā)育有22°～25°∠65°、80°∠76°兩組節(jié)理，推測(cè)北側(cè)165°∠45°的斷層可能與其中一組節(jié)理形成不利邊坡穩(wěn)定的組合，使得較破碎的巖體在人工爆破和降雨等因素的誘發(fā)下發(fā)生楔形體破壞。根據(jù)西幫赤平投影圖(如圖1)分析知，該段邊坡變形主要為產(chǎn)狀165°∠45°的斷層與產(chǎn)狀22°～25°∠65°的一組節(jié)理形成不利組合，而80°∠76°節(jié)理主要起到切割巖體的作用，進(jìn)而發(fā)生楔形體破壞，又由于該斷層為中高角度斷層，所以西幫北段北部邊坡為深部破壞。

圖1 西幫邊坡結(jié)構(gòu)面赤平投影圖

4 變形破壞原因及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

4.1 西幫邊坡地形特征

該段邊坡在1 240 m以上為高30～50 m的自然斜坡，坡角25°～35°之間，其下為人工開(kāi)挖所形成的高度在80～85 m之間，坡體角度43°左右，單臺(tái)階為65°～80°的高陡邊坡，這種既高又陡的邊坡是坡體變形破壞的有利條件。

4.2 西幫邊坡地質(zhì)構(gòu)造特征

西幫采場(chǎng)邊坡主要由硬脆碎的安山玢巖組成，由于受燕門(mén)凹斷裂的影響，巖體內(nèi)節(jié)理發(fā)育，這些極其發(fā)育的結(jié)構(gòu)面導(dǎo)致該地段山體的完整性極差，多呈碎裂～碎裂塊狀結(jié)構(gòu)，整體工程性能很差。另外，結(jié)構(gòu)面在邊坡局部地段出現(xiàn)明顯不利于邊坡穩(wěn)定的組合，是該段邊坡變形破壞的物質(zhì)基礎(chǔ)。

4.3 外界誘發(fā)因素

這些工程性能很差的邊坡巖體及影響邊坡穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面相互組合，為高陡邊坡的變形破壞提供了前提條件。后期邊坡在持續(xù)降雨期間，原有裂縫不斷加大加深，同時(shí)產(chǎn)生新的裂縫和變形體，故長(zhǎng)期降雨是邊坡變形破壞最直接的誘發(fā)因素。此外，采礦放炮時(shí)反復(fù)振動(dòng)荷載使得巖體更加破碎，是促使邊坡變形破壞的又一因素。

5 結(jié) 論

(1)采礦場(chǎng)西幫受到節(jié)理、斷層的切割作用，西幫邊坡出現(xiàn)不同程度的垮塌現(xiàn)象。同時(shí)，該段邊坡既高又陡，巖體十分破碎，加之水體的作用，使得該段邊坡除目前的坡面沖刷破壞外，存在整體失穩(wěn)下滑的可能。建議對(duì)該段進(jìn)行削方放坡措施，并且加強(qiáng)排水措施。

(2)邊坡變形體整體向外傾斜的變形特征，同時(shí)可以判斷此變形體已出現(xiàn)了潛在的滑面，且為淺層變形破壞。在坡體中部有一組節(jié)理形成不利邊坡穩(wěn)定的組合，使得較破碎的巖體在人工爆破和降雨等因素的誘發(fā)下發(fā)生楔形體破壞。盡量減少放炮振動(dòng)、局部采取錨索加固、表面噴漿防護(hù)等工程措施的情況下，可增加該地段邊坡的穩(wěn)定性。