土工試驗(yàn)在礦山巖土工程勘察中的應(yīng)用

郭春犁

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000）

土工試驗(yàn)在礦山巖土工程勘察中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在工程地質(zhì)條件的研究方面，即為礦山工程地質(zhì)評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[1，2]。因此，本文結(jié)合某礦山巖土工程地質(zhì)勘察中的土工測(cè)試結(jié)果，對(duì)該礦山的巖土工程地質(zhì)條件進(jìn)行評(píng)價(jià)，為進(jìn)一步編制礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)方案提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 礦山土工試驗(yàn)結(jié)果

本次根據(jù)礦山不同巖土體類型進(jìn)行了土工試驗(yàn)，其結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知：風(fēng)化黑云母二長(zhǎng)花崗巖的壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均較低，不宜作為開(kāi)采過(guò)程中的持力層；未風(fēng)化黑云母二長(zhǎng)花崗巖的壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均較大，滿足堅(jiān)硬巖組的基本要求，可以將其作為平硐以及采空區(qū)的持力層。此外，玻屑晶屑凝灰?guī)r、變質(zhì)石英砂巖和大理巖化灰?guī)r的彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度均較大，也可將其歸并為堅(jiān)硬巖組類。

表1 某礦山不同巖土體物理力學(xué)參數(shù)一覽表

2 礦山巖土工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

2.1 工程巖組劃分

根據(jù)本次土工試驗(yàn)所獲各項(xiàng)物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)，對(duì)該礦山內(nèi)的各個(gè)巖土體進(jìn)行了工程巖組劃分[3]，其特征如下所述。

2.1.1 松散堆積巖組

松散堆積巖組主要以碎石土、含砂角礫土、含砂碎石角礫土、粉土、粉質(zhì)黏土等為主，分布于溝谷內(nèi)、坡麓地帶上，整體軟，可塑狀態(tài)，土體結(jié)構(gòu)松散，由它構(gòu)成的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性較差。

2.1.2 堅(jiān)硬巖組

巖石類按照成因，并結(jié)合巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和物理力學(xué)性質(zhì)（巖石裂隙發(fā)育程度）可劃分為沉積巖類工程地質(zhì)巖組、變質(zhì)巖類大理巖工程地質(zhì)巖組及中酸性巖漿巖類二長(zhǎng)花崗巖工程地質(zhì)巖組三種類型。其中，沉積巖類工程地質(zhì)巖組根據(jù)不同巖性組合劃分出沉積巖類凝灰?guī)r工程地質(zhì)亞組、沉積巖類砂巖工程地質(zhì)亞組、沉積巖類礫巖工程地質(zhì)亞組三個(gè)工程地質(zhì)亞組。

（1）沉積巖類凝灰?guī)r工程地質(zhì)亞組：為凝灰?guī)r段玻屑晶屑凝灰?guī)r夾薄層變質(zhì)石英砂巖，為礦區(qū)內(nèi)分布最廣的一套地層，地層傾向南西，傾角在37°～67°之間，南側(cè)與二長(zhǎng)花崗巖呈侵入接觸，中部與大理巖、大理巖化灰?guī)r呈斷層接觸關(guān)系，南西側(cè)與礫巖呈斷層接觸。巖石組合主要為以一套火山碎屑巖為主，南部受巖漿侵入的影響，巖石普遍發(fā)生熱變質(zhì)。中部區(qū)域受斷裂構(gòu)造影響裂隙發(fā)育，并且比較密集，局部存在擠壓變形，形成小規(guī)模的褶曲構(gòu)造，而且地層產(chǎn)狀變化大，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，以剪裂隙為主，裂隙面光滑平直，多呈閉合狀，且密集。為彈塑性體，穩(wěn)定性較差，可沿結(jié)構(gòu)面滑塌，可產(chǎn)生塑性變形。巖石堅(jiān)硬程度屬于較硬巖，完整程度屬于較完整，因此，巖石的基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

（2）沉積巖類砂巖工程地質(zhì)亞組：以變質(zhì)石英砂巖為主，分布于礦區(qū)北部，也是礦區(qū)出露規(guī)模較大的一套地層，地層傾向南西，傾角介于40°～63°之間，南側(cè)與凝灰?guī)r段呈整合接觸，巖石受區(qū)域變質(zhì)作用較為明顯，巖石構(gòu)造呈中薄層狀構(gòu)造，地層產(chǎn)狀較為穩(wěn)定，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，以剪裂隙為主，裂隙面光滑平直，多呈閉合狀，且密集。為彈塑性體，穩(wěn)定性較差，可沿結(jié)構(gòu)面滑塌，可產(chǎn)生塑性變形。巖石堅(jiān)硬程度屬于較硬巖，完整程度屬于較完整，因此，巖石的基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

（3）沉積巖類礫巖工程地質(zhì)亞組：以礫巖、砂礫巖為主，分布于礦區(qū)南西側(cè)，因受到斷層構(gòu)造的影響，地層產(chǎn)狀變化較大，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，以剪裂隙為主，裂隙面光滑平直，多呈閉合狀，且密集。為彈塑性體，穩(wěn)定性較差，可沿結(jié)構(gòu)面滑塌，可產(chǎn)生塑性變形。巖石堅(jiān)硬程度屬于較硬巖，完整程度屬于較完整，因此，巖石的基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

（4）變質(zhì)巖類工程地質(zhì)巖組：為大理巖、大理巖化灰?guī)r。該工程地質(zhì)巖組為本次主要調(diào)查評(píng)價(jià)的目標(biāo)賦礦巖石，主要分布于礦區(qū)中部，呈南東－北西向斷續(xù)出露，平面上呈串珠狀分布，地層傾向南西，傾角在65°～76°之間，與凝灰?guī)r段呈斷層接觸。巖石受構(gòu)造擠壓影響明顯，地層產(chǎn)狀變化大，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，以剪裂隙為主，裂隙面光滑平直，多呈閉合狀。巖石呈中－厚層狀，為彈塑性體，穩(wěn)定性較差，可沿結(jié)構(gòu)面滑塌，可產(chǎn)生塑性變形。巖石堅(jiān)硬程度屬于較硬巖類型，完整程度屬于較完整，因此，巖石的基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

（5）中酸性巖漿巖類工程地質(zhì)巖組：為礦區(qū)南側(cè)小面積出露的二長(zhǎng)花崗巖。分布于礦區(qū)南側(cè)，總體呈北西－南東向展布。在其接觸部位熱接觸變質(zhì)作用明顯，接觸帶兩側(cè)巖石節(jié)理裂隙發(fā)育密集，以剪裂隙為主，裂隙面光滑平直，多呈閉合狀。巖石強(qiáng)度高，穩(wěn)定，變形特征上屬于均質(zhì)彈性各向同性體，可能存在沿不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體（巖體內(nèi)部擠壓破碎帶）的局部滑動(dòng)外，總體巖石穩(wěn)定。巖石堅(jiān)硬程度屬于堅(jiān)硬巖，完整程度屬于完整，因此，巖石的基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅰ級(jí)。

2.2 結(jié)構(gòu)面及其特征

通過(guò)路線地質(zhì)調(diào)查，結(jié)合土工試驗(yàn)結(jié)果，在礦區(qū)內(nèi)發(fā)育有以下兩類結(jié)構(gòu)面。

2.2.1 風(fēng)化裂隙結(jié)構(gòu)面

根據(jù)路線地質(zhì)觀察點(diǎn)記錄資料，在礦區(qū)地表存在厚0～5m的風(fēng)化帶，該結(jié)構(gòu)面為風(fēng)化裂隙及強(qiáng)風(fēng)化的產(chǎn)物。結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀受下覆巖層（石）產(chǎn)狀的控制，中部區(qū)域較陡，東西兩側(cè)及北側(cè)較緩。該類結(jié)構(gòu)面的密度大、閉合差，多為泥膜、碎屑物、泥質(zhì)物充填，巖層滲透性較強(qiáng)[4]，穩(wěn)定性較差，對(duì)礦床開(kāi)采帶來(lái)一定影響。

2.2.2 巖層（體）結(jié)構(gòu)面

礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較為發(fā)育，巖層、巖體遭受破壞程度較高。因此，在巖體接觸帶形成很多的裂隙結(jié)構(gòu)面，構(gòu)造裂隙多為多期次共扼剪切裂隙，其中以陡傾裂隙為主，陡傾裂隙結(jié)構(gòu)面閉合較好，充填物以石英、泥質(zhì)為主，穩(wěn)定性差。但總體影響整體穩(wěn)定程度的不利結(jié)構(gòu)面并不發(fā)育。

2.3 巖體結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性

礦區(qū)區(qū)域范圍的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，沉積巖相建造復(fù)雜，火山及巖漿深成活動(dòng)劇烈而頻繁，區(qū)域動(dòng)力變質(zhì)、熱流變質(zhì)作用發(fā)育。

巖體破碎程度較高，地下水淋濾作用及寒凍物理風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體結(jié)構(gòu)和邊坡穩(wěn)定性與風(fēng)化程度關(guān)系密切。根據(jù)路線地質(zhì)觀察所形成的資料反映，礦體基本裸露地表，基巖出露完整，地表風(fēng)化較弱，風(fēng)化層厚度介于0.1cm～0.5cm之間，穩(wěn)定性相對(duì)較好，而向北部、西部?jī)蓚?cè)風(fēng)化層厚度逐步趨于變厚，一般在2m～5m，局部以風(fēng)化倒石堆形式分布，表層結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定性較差。

2.4 環(huán)境地質(zhì)條件

2.4.1 地震區(qū)劃及烈度

礦區(qū)處于近EW向地震密集區(qū)，區(qū)內(nèi)有記載的地震數(shù)量較少，總體上顯示地震活動(dòng)強(qiáng)度小，頻度低，最大地震是1992年8月17日的5.1級(jí)地震。主要地質(zhì)災(zāi)害有滑坡、崩塌、泥石流等[5]。

本區(qū)地震烈度屬Ⅶ度區(qū)，動(dòng)峰值加速度為0.2g。最近的一次地震發(fā)生于2013年1月16日8點(diǎn)17分的3.0級(jí)地震，震源深度6km。

2.4.2 區(qū)域穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

礦區(qū)區(qū)域穩(wěn)定性主要表現(xiàn)在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的程度上。根據(jù)大地構(gòu)造區(qū)劃，本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，沉積巖相建造復(fù)雜，火山及巖漿深成活動(dòng)劇烈而頻繁，區(qū)域動(dòng)力變質(zhì)作用、熱流變質(zhì)作用發(fā)育。構(gòu)造應(yīng)力以北東向擠壓力和順樞紐方向的剪切力占主導(dǎo)地位。構(gòu)造形跡以近東西向－北西西向的線狀復(fù)式褶皺和壓扭性斷裂為主要特征。在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響下，活動(dòng)帶上均有地震、地?zé)峄顒?dòng)顯示。

在礦區(qū)及鄰近范圍，未見(jiàn)破壞第四系的活動(dòng)斷裂，表明礦區(qū)的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為該區(qū)域地殼的整體性運(yùn)動(dòng)，屬地殼基本穩(wěn)定區(qū)。

2.4.3 污染源及源強(qiáng)評(píng)價(jià)

礦區(qū)內(nèi)主要污染物來(lái)自當(dāng)?shù)鼐用窕顒?dòng)產(chǎn)生的生活垃圾及生活污水以及修路、架設(shè)電線及通信線路等工程活動(dòng)對(duì)礦區(qū)及鄰近范圍形成一定粉塵及噪聲污染。而隨著人類工程活動(dòng)強(qiáng)度的顯著加強(qiáng)，會(huì)產(chǎn)生更多的生產(chǎn)及生活垃圾等固體污染物，但按照環(huán)保部門(mén)的技術(shù)管理要求，以及當(dāng)?shù)丨h(huán)保措施，所有生活和工程垃圾集中清運(yùn)至鄉(xiāng)或縣城進(jìn)行處理，或就地填埋處理等處置方式，對(duì)礦區(qū)環(huán)境幾乎無(wú)固體廢棄物污染。由于本區(qū)地表水系及地下水較發(fā)育，年降雨相對(duì)集中，但總體氣候干燥、蒸發(fā)速度較快，對(duì)地表水及地下水的污染影響較弱，綜合評(píng)價(jià)現(xiàn)狀條件下對(duì)環(huán)境污染小。此外，礦區(qū)主要含礦巖石的放射性含量較低，故資源的開(kāi)發(fā)與利用不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染。

2.4.4 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

根據(jù)對(duì)礦區(qū)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、礦體賦存條件、礦床圍巖穩(wěn)定性、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀、地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題、采礦產(chǎn)生的廢棄物、污染物等方面的綜合分析，確定礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度為中等。

綜上所述，礦區(qū)現(xiàn)狀穩(wěn)定，礦區(qū)遭受地質(zhì)災(zāi)害的可能性小，危害、危險(xiǎn)性小。

2.4.5 地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

該礦區(qū)范圍內(nèi)目前未見(jiàn)滑坡、危巖崩塌、泥石流地質(zhì)災(zāi)害等致災(zāi)地質(zhì)體，礦場(chǎng)基巖為大理巖，礦區(qū)為南西地勢(shì)較高，北東地勢(shì)相對(duì)較低，坡頂高程5541m、坡底高程4850m，平均坡度小于40°的高山區(qū)，目前在礦區(qū)內(nèi)除當(dāng)?shù)鼐用衽R時(shí)活動(dòng)以及為此建設(shè)的簡(jiǎn)易道路和電信信號(hào)疏通線路架設(shè)等工程遺留的小規(guī)模小范圍采挖遺跡外，對(duì)環(huán)境破壞程度很低。地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀穩(wěn)定，現(xiàn)狀條件下地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性小，損失小，危險(xiǎn)性小。礦區(qū)內(nèi)自然斜坡無(wú)高陡、外傾結(jié)構(gòu)臨空面，整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，一般結(jié)構(gòu)面對(duì)斜（邊）坡穩(wěn)定性不利影響小[6]，產(chǎn)生斜坡失穩(wěn)的可能性小，危害性、危險(xiǎn)性小。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，礦山巖土工程勘察中的土工試驗(yàn)極為重要，是更合理評(píng)價(jià)礦山巖土工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)。本文以某礦山的巖土工程測(cè)試結(jié)果為例，以實(shí)例的方式講述了巖土試驗(yàn)在礦山工程地質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，對(duì)土工試驗(yàn)結(jié)果的充分利用提供了參考。