赤平極射投影在露采巖體邊坡穩定分析中的應用

何偉民　崔建庭　鄭云武

摘要：影響巖體邊坡穩定的因素主要有地層巖石、地質構造、結構面產狀、人工活動等。其中巖體的巖石組成、結構面和邊坡角的計算是主導因素。對巖體邊坡的穩定性分析，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.

關鍵詞： 赤平極射投影；巖體邊坡；結構面；穩定性分析；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 礦區地質背景

1.1 礦區概況

礦區位于東天山南部，哈密市187°方向，東經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。

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

1.2 地層巖性

礦區屬北天山地層分區覺羅塔格地層小區，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干墩組下段（C1gd1）和第四系松散殘坡積物（Qhpl）組成。

石炭系下統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～灰黑色變質含礫砂巖、砂巖、泥質砂巖～砂質泥巖、泥巖、凝灰巖、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的亞砂土、石英顆粒及基巖砂、泥質的風化碎屑物以及少量的亞粘土等，呈灰黃色、淺黃色。

1.3 地質構造

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

北東（F5）向斷層位于礦區中部F1斷層的南北兩側，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。帶內充填多條石英脈，寬10～50cm，石英脈具角礫巖化現象，角礫大小1～5mm。

近東西（F1、F3、F4）向斷裂最發育，位于礦區中東部，走向80°左右，錯斷北東向斷裂。斷裂帶碎裂巖及構造角礫巖發育，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。帶內分布著硅化碎裂巖，絹云母化蝕變較強。

2 礦區工程地質特征

2.1 各巖性（巖組）工程地質特征

礦區第四系全新統風化殘坡積物（Qhpl）和石炭系下統干墩組下段巖組（C1gd1）分布較廣，巖組類型單一。地表巖性主要是變質（泥質）砂巖、變質砂質泥巖及少量的凝灰巖、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、礫石質亞砂土、石英顆粒及基巖砂、泥質風化碎屑物等，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%的變質砂質泥巖和變質泥質砂巖，35%的變質砂巖，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，變質巖只要不賦存輝鉬礦，就能發展成為賦礦巖石。

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 結構面工程地質特征

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

深部巖石裂隙較發育，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、綠泥石化、薄膜狀鈣質及少量的薄膜狀、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。在構造破碎帶及其附近處構造裂隙較密集，且多呈網格狀，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，降低了巖體的穩定性。該發育段對礦體及巖體的穩定性均有一定影響。

2.4 基巖風化帶工程地質特征

在地貌、氣候和巖性等因素的影響下，礦區地表巖石極易風化、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。該工程地質巖組在露采或坑采時，可能會發生坍塌、滑移、崩落等不良工程地質現象。雨季時，還可能會發生少量的漏水、滴水現象。

3 露天采場邊坡穩定性分析

組成露天采場邊坡的巖性主要為變質砂巖、變質泥質砂巖及變質砂質泥巖。由于在鉆進取芯過程中人為地破壞了巖體的原始結構面，無法準確測量其產狀。根據首采區境界（近似橢圓形）在礦區中所處的位置，在其四周50m范圍內施工寬40～50cm，深1.5～2.0m基坑，然后測量巖體的各結構面產狀，結合深部巖石裂隙產狀，最后進行綜合整理，分別對首采區的四個幫進行赤平投影分析（先假定邊坡角為60°）。各幫主要結構面赤平投影見圖2、圖3、圖4、圖5（圖中J1表示巖層產狀，J2、J3、J4為主要節理、裂隙及斷層產狀）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，邊坡角是根據巖體地質構造而分析做出的結果。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因素，對邊坡的穩定也起著重要作用。要保持邊坡的長久穩定，還要靠人工經常維護和邊坡加固。

4 結語

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

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