四川攀枝花某巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性研究

安家金 許漢華 雍偉勛 康杰 施濤

摘?要：邊坡是露天礦山最主要的結(jié)構(gòu)要素，露天礦山邊坡穩(wěn)定性研究與建筑、公路、水利、鐵路等工程邊坡對比，具有鮮明的特色、復(fù)雜性。本文首先介紹了四川攀枝花某露天礦山巖質(zhì)邊坡工程概況，依次從地形地貌、地層結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)面情況、構(gòu)造分布情況、水文地質(zhì)條件五個方面分析了研究區(qū)地質(zhì)背景情況，并簡要分析了爆破對邊坡穩(wěn)定性的影響，根據(jù)《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 51016-2014）對研究區(qū)露天礦山巖質(zhì)邊坡進(jìn)行了等級劃分;最后對該巖質(zhì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析研究并提出了相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：露天礦山邊坡;邊坡工程;邊坡穩(wěn)定性;巖體結(jié)構(gòu)面;巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ

人類很早就領(lǐng)略山坡的美感，也從生產(chǎn)中體會到山區(qū)生存不便，更在滑坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害中意識到邊坡的危害，從適應(yīng)自然到改造自然;從初始的類比坡率法發(fā)展到結(jié)構(gòu)分析法、極限平衡分析法及數(shù)值模擬分析法。邊坡是露天礦山最主要的結(jié)構(gòu)要素，露天礦山邊坡穩(wěn)定性評價與建筑、公路、水利、鐵路等工程邊坡相比，具有鮮明的特色、復(fù)雜性[1]。結(jié)構(gòu)面是影響大型露天礦山邊坡穩(wěn)定性的重要因素，精確快速獲取巖體結(jié)構(gòu)面信息是大型露天礦山邊坡穩(wěn)定性評價的前提和基礎(chǔ)[2，3]。傳統(tǒng)巖體結(jié)構(gòu)面測量主要為接觸式測量，如測線法與測窗法等[4]，該方法存在野外工作量大、耗時多、誤差大且安全性低等缺點(diǎn)。攝影測量方法[5]改變了野外測量的工作模式，實(shí)現(xiàn)了非接觸測量，具有面測量方法的特點(diǎn)和優(yōu)勢，且基本實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互的半自動操作，但該技術(shù)需要對獲取的圖像進(jìn)行幾何校正、畸形校正及影像增強(qiáng)等一系列處理，計(jì)算較為復(fù)雜。雖然不同行業(yè)對邊坡等級劃分、安全系數(shù)的規(guī)定不同，但計(jì)算理論、分析方法及防治原則基本相同，其共同難點(diǎn)包括有計(jì)算方法與（潛在）滑面的分析確定;滑面（體）力學(xué)指標(biāo)確定（對硬質(zhì)巖原位試驗(yàn)尤其困難）;地下水作用的影響方式及程度;分析者的人為因素（能力與經(jīng)驗(yàn)）。

1 工程概況

四川攀枝花某露天礦山巖質(zhì)邊坡位于場地西北部，邊坡走向?yàn)閃E方向，南西-北東向長約730m，北西-南東向?qū)挾燃s302m，采場面積0.18km2，圈定的露天開采境界上部境界尺寸長×寬為1950m×（435～1050）m，以礦區(qū)中部毛獅子溝劃分為東、西兩個采場，東、西采場在1685m以下為統(tǒng)一采場。研究區(qū)位于西采場北幫，北幫邊坡坡向約162°～244°，邊坡總體坡角約36°，邊坡長約720m，寬約230～330m，最大高度210m，共形成生產(chǎn)臺階14個，臺階平均高度約15m，生產(chǎn)臺階坡面角60°～75°，工作平臺寬度3.4～15m不等，邊坡巖性主要為中等風(fēng)化輝長巖，局部出露中風(fēng)化大理巖。

2 地質(zhì)背景

研究區(qū)原始地形為中高山山麓斜坡地貌，海拔高程在1695～1900m間，采場開采約始于2004年間，現(xiàn)已開采約16年，該邊坡地層主要有第四系崩塌堆積碎石層、第四系坡殘積粉質(zhì)黏土層、中風(fēng)化大理巖層、強(qiáng)風(fēng)化輝長巖層、中風(fēng)化輝長巖層、斷層破碎帶層。邊坡局部穿插灰綠巖巖脈、正長巖巖脈、細(xì)晶輝長巖巖脈，巖脈穿插分布一定程度影響了邊坡巖體完整性，對邊坡的穩(wěn)定有不利影響。研究區(qū)最主要地層為中風(fēng)化輝長巖層，該層巖體強(qiáng)度、完整程度、節(jié)理裂隙結(jié)構(gòu)面分布情況、產(chǎn)狀、斷層分布情況、巖脈穿插情況構(gòu)成該邊坡穩(wěn)定的主要影響因素。

研究區(qū)分布一泉眼為上升泉，接受中風(fēng)化構(gòu)造裂隙承壓水補(bǔ)給，單泉點(diǎn)出水量為144m3/d，流量不大，泉眼接受節(jié)理裂隙及斷層構(gòu)造儲水補(bǔ)給。該邊坡地下水由第四系地層中孔隙水、風(fēng)化裂隙水、構(gòu)造裂隙承壓水構(gòu)成，孔隙水、風(fēng)化裂隙水分別賦存于邊坡頂部第四系坡殘積粉質(zhì)黏土層、強(qiáng)風(fēng)化輝長巖層、中風(fēng)化輝長巖層中，水量較小。構(gòu)造裂隙承壓水主要富集于斷層破碎帶、接觸帶及巖脈破碎帶中，呈帶狀或脈狀，具承壓性。此含水帶主要受構(gòu)造巖性控制，富水性極不均勻，該帶中存在大量的阻水段，在輝長巖、大理巖節(jié)理裂隙不發(fā)育、巖體完整地段構(gòu)成隔水層。當(dāng)采場開挖時，構(gòu)造裂隙承壓水以泉點(diǎn)形式出露排泄。

3 爆破對邊坡穩(wěn)定性的影響

該露天礦山采用爆破方法進(jìn)行開采，爆破時震動對現(xiàn)狀已靠幫固定邊坡影響較大，使松散邊坡塊體崩落破壞，使邊坡巖體節(jié)理裂隙、構(gòu)造規(guī)模發(fā)展擴(kuò)大，有利于結(jié)構(gòu)面繼續(xù)向深部延伸，在斷層構(gòu)造處使斷層面擴(kuò)張，同時在邊坡巖體結(jié)構(gòu)面不利組合地段甚至誘發(fā)平面型或楔形體破壞、崩塌、滑坡，節(jié)理裂隙擴(kuò)張貫通后形成地表水下滲的有利通道，導(dǎo)致邊坡巖體及結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度降低，自重加大，靜水壓力增大，最終造成邊坡失穩(wěn)破壞，威脅礦山機(jī)械人員安全，影響正常生產(chǎn)。因此在臨近靠幫邊坡的生產(chǎn)爆破中需制定完善的爆破施工方案，采取控制爆破技術(shù)進(jìn)行爆破，盡量降低爆破震動對邊坡穩(wěn)定性的影響。由于礦山爆破震動對采場邊坡穩(wěn)定性有一定影響，震動參數(shù)難以按經(jīng)驗(yàn)值獲取，各項(xiàng)爆破震動參數(shù)建議進(jìn)行現(xiàn)場爆破震動測試，以供邊坡穩(wěn)定性分析評價使用。

4 邊坡等級劃分

根據(jù)《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 51016-2014）[6]第3章基本規(guī)定，西采場北幫邊坡現(xiàn)狀開采深度150～210m，屬于露天礦中邊坡（中邊坡高度H大于100m小于或等于300m）。根據(jù)《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 51016-2014）[6]附錄A（露天礦邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)分類），結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查情況、節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)情況分析，總體上該邊坡巖體地質(zhì)類型為塊狀巖漿巖，結(jié)構(gòu)體形狀為塊狀，結(jié)構(gòu)面間距0.7～1.5m，節(jié)理組數(shù)一般2～3組，總體分析該露天礦邊坡巖體結(jié)構(gòu)類型為塊狀結(jié)構(gòu)，整體性強(qiáng)度較高，結(jié)構(gòu)面相互牽制，巖體基本穩(wěn)定，接近彈性各向同性。以現(xiàn)場節(jié)理裂隙測線測量結(jié)果為基礎(chǔ)，依據(jù)《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 51016-2014）[6]，西采場北幫邊坡屬塊狀巖體邊坡，整體穩(wěn)定性較好，邊坡破壞模式為階梯型臺階上分級邊坡局部平面型、楔體型、傾倒型破壞。東采場北幫邊坡危害等級為Ⅱ級，西采場北幫邊坡安全等級為Ⅱ級。

5 邊坡穩(wěn)定性分析

西采場北幫露天礦邊坡，屬于堅(jiān)硬巖巖質(zhì)邊坡，地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型為塊狀巖體邊坡，沒有大型貫通性結(jié)構(gòu)面，不會發(fā)生整體失穩(wěn)。邊坡破壞模式主要以階梯狀單級臺階邊坡發(fā)生平面型、楔體型及傾倒型局部破壞為主。針對本邊坡巖體為堅(jiān)硬巖質(zhì)邊坡，穩(wěn)定性采用以下方法進(jìn)行定性和半定量評價：（1）采用國標(biāo)《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50218-2014）[7]，劃分工程邊坡巖體級別和評價其穩(wěn)定性;（2）對采場不同部位（包括斷層構(gòu)造位置）采用赤平極射投影圖進(jìn)行穩(wěn)定性分析評價。后期設(shè)計(jì)宜根據(jù)設(shè)計(jì)工況，進(jìn)行數(shù)值模擬，優(yōu)化邊坡設(shè)計(jì)，根據(jù)《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50218-2014）[7]第5.3節(jié)，巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ計(jì)算公式：BQ=100+3RC+250KV，計(jì)算分析結(jié)果見下表：

西采場北幫邊坡分級設(shè)計(jì)臺階邊坡高度15m，實(shí)際開挖邊坡高度10-16m，根據(jù)《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50218-2014）[7]附錄表E.0.2，Ⅲ級巖體邊坡高度<15m時，可基本穩(wěn)定，局部可發(fā)生模形體破壞;邊坡高度在15～35m間時，可發(fā)生由結(jié)構(gòu)面及局部巖體組成的平面或楔形體破壞，或由反傾結(jié)構(gòu)面引起的傾倒破壞。

經(jīng)過以上詳細(xì)分析可知，西采場北幫露天礦邊坡總體是穩(wěn)定的，局部存在不穩(wěn)定情況，主要為以下三個方面：

5.1 受節(jié)理裂隙組合影響的不穩(wěn)定區(qū)

受節(jié)理裂隙影響的不穩(wěn)定區(qū)為4個區(qū)域，情況詳見下表：

從上表結(jié)果可知，西采場邊坡局部受節(jié)理裂隙組合影響的可能破壞形式以平面破壞和楔形體破壞為主，在地震、暴雨、爆破震動等不利因素影響下，上述區(qū)域可發(fā)生局部失穩(wěn)、崩塌破壞，對這些區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測工作，發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時疏散安全影響范圍內(nèi)機(jī)具、人員，平常時間應(yīng)在這些區(qū)域設(shè)置警戒線，應(yīng)設(shè)置專人守護(hù)，避免無關(guān)人員進(jìn)入。

5.2 崩塌

研究區(qū)發(fā)育一處崩塌前期發(fā)生過較大范圍的崩塌破壞，目前礦山已將大部分崩塌堆積體清理完畢，但該地段邊坡形態(tài)已發(fā)生較大改變，邊坡臺階被損毀形成陡峻的坡面，對邊坡穩(wěn)定性較為不利，在地震等極端條件下有發(fā)生進(jìn)一步崩塌破壞的可能，建議加強(qiáng)該地段巡查和警戒。

5.3 受斷層影響的不穩(wěn)定區(qū)

主要有1個區(qū)域，該區(qū)域目前穩(wěn)定，斷層基本被巖脈、角礫巖充填，局部可產(chǎn)生楔形體破壞，建議加強(qiáng)監(jiān)測工作。

6 建議

（1）設(shè)計(jì)宜結(jié)合后期設(shè)計(jì)工況，進(jìn)行數(shù)值模擬，優(yōu)化邊坡設(shè)計(jì)。

（2）對坡體上分布的受斷層、節(jié)理裂隙組合影響的5個不穩(wěn)定區(qū)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測和警戒工作。

（3）建議對坡體上危害性較大的危巖體和松動塊體進(jìn)行排查、清除。

（4）應(yīng)完善邊坡周圍截排洪設(shè)施、坡面排水措施，特別是邊坡頂部分布風(fēng)化巖體、第四系松散堆積物區(qū)域，由于強(qiáng)度低、風(fēng)化裂隙發(fā)育，應(yīng)重點(diǎn)做好截排水措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜時貴.大型露天礦山邊坡穩(wěn)定性等精度評價方法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2018，37（06）：1301-1331.

[2]王家臣，陳沖.露天礦節(jié)理巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析[J].煤炭學(xué)報，2017，42（07）：1643-1649.

[3]王家臣，孫書偉.露天礦邊坡工程[M].北京：科學(xué)出版社，2016.

[4]Priest S D.Discontinuity analysis for rock engineering[M].Springer，1993.

[5]楊天鴻，于慶磊，陳仕闊，等.范各莊煤礦砂巖巖體結(jié)構(gòu)數(shù)字識別及參數(shù)表征[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2009，28（12）：2482-2489.

[6]GB 51016-2014，非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[7]GB/T 50218-2014，工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)[S].