巖層節(jié)理裂隙的發(fā)育程度對(duì)巖質(zhì)邊坡的影響

■　徐浩　汪敏

(廣東核力工程勘察院廣東廣州510800)

巖層節(jié)理裂隙的發(fā)育程度對(duì)巖質(zhì)邊坡的影響

■徐浩汪敏

(廣東核力工程勘察院廣東廣州510800)

在水利水電、道路交通、礦山開(kāi)采等工程活動(dòng)中，涉及到大量的邊坡問(wèn)題。裂隙等結(jié)構(gòu)面是巖體的重要組成單元，對(duì)巖體性質(zhì)有重大影響。在外力作用影響下，邊坡容易沿軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生潛在的滑動(dòng)面滑動(dòng)，進(jìn)而造成邊坡失穩(wěn)。本文利用玫瑰花圖對(duì)某工程已揭露的節(jié)理裂隙進(jìn)行調(diào)查，并結(jié)合赤平投影圖，分析主要結(jié)構(gòu)面、斷層與邊坡的組合關(guān)系，分析不同位置的邊坡存在的不穩(wěn)定性因素與可能發(fā)生的邊坡失穩(wěn)情況，為邊坡安全措施的制定提供技術(shù)支持。

節(jié)理裂隙玫瑰花圖邊坡

1　節(jié)理裂隙現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

本次測(cè)量選擇的觀察點(diǎn)為某工程北區(qū)已經(jīng)出露的510和525工作面，現(xiàn)場(chǎng)節(jié)理裂隙調(diào)查的工具主要有羅盤(pán)、量尺、塞尺、放大鏡、相機(jī)等。觀測(cè)內(nèi)容包括節(jié)理的巖性、所處的構(gòu)造部位、節(jié)理組的走向、傾向、傾角及密度等。調(diào)查主要項(xiàng)目為產(chǎn)狀，即節(jié)理面在空間上的分布狀態(tài)（傾向、傾角及走向）。可通過(guò)地質(zhì)羅盤(pán)進(jìn)行測(cè)量，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果用玫瑰花圖和極點(diǎn)等密度圖表示。此外觀測(cè)了區(qū)域性節(jié)理在區(qū)域范圍內(nèi)的變化趨勢(shì)、節(jié)理間距以及在空間上的延伸，并做相關(guān)記錄。

2　節(jié)理裂隙調(diào)查結(jié)果分析

目前國(guó)際上對(duì)節(jié)理裂隙結(jié)構(gòu)面的圖示方法主要為玫瑰花圖。對(duì)某工程已揭露的510、525等工作面現(xiàn)場(chǎng)節(jié)理裂隙的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行整理，用計(jì)算機(jī)繪出系列玫瑰花圖件并進(jìn)行了詳細(xì)分析研究。

2.1節(jié)理裂隙玫瑰花圖分析

玫瑰花圖形象醒目，能比較清楚地反映出所研究區(qū)域的節(jié)理分布和發(fā)育情況，有助于分析區(qū)域構(gòu)造。圖1、3、5為節(jié)理走向玫瑰花圖；圖2、4、6為節(jié)理傾向傾角玫瑰花圖。

分析以上節(jié)理玫瑰花圖可得到以下節(jié)理賦存地質(zhì)信息：

階段出露的節(jié)理裂隙總體上比較發(fā)育，主要走向?yàn)?0°～29°，傾角較大，接近直角，節(jié)理面幾乎垂直，這些節(jié)理裂隙處應(yīng)力較集中，很容易產(chǎn)生變形破壞。

525階段節(jié)理裂隙發(fā)育程度較大，裂隙條數(shù)最多，主要節(jié)理面走向受2個(gè)方向的主導(dǎo)，分別為33°和210°，傾向傾角接近垂直方向，易發(fā)生變形破壞；510階段比較發(fā)育，條數(shù)較多的節(jié)理裂隙的走向主要為20°，傾角較大，接近直角，節(jié)理面非常陡峭，節(jié)理裂隙處應(yīng)力集中，易產(chǎn)生變形破壞。這兩個(gè)階段節(jié)理裂隙面的傾向和傾角相對(duì)于階段總體分布密集程度要低，但節(jié)理裂隙分布規(guī)律與所有階段總體基本一致。具體而言，525階段傾向西北方向的節(jié)理裂隙面稀少，510階段傾向東南和西北方向的節(jié)理裂隙面數(shù)量偏少且沒(méi)有傾向西南方向的節(jié)理裂隙面，節(jié)理裂隙主要傾向東南和西北方向，東南方向280°∠83°和295°∠81°節(jié)理面較密集，發(fā)育程度較高；西北方向的節(jié)理裂隙面均為110°∠77°且數(shù)量較多，發(fā)育程度較高。

因此，東南和西北方向巖層在開(kāi)挖擾動(dòng)過(guò)程中易貫通，造成邊坡巖體破壞的可能性比較大，特別是沿280°∠83°、295°∠81° 和110°∠77°三類(lèi)節(jié)理面。傾向北東方向的節(jié)理裂隙面也具一定數(shù)量，但傾角傾向值分布范圍較廣，單種節(jié)理面密集程度不高，所以沿其走向發(fā)生變形破壞的可能性較小；傾向西南方向的節(jié)理裂隙面極為稀少，所以沿其走向發(fā)生變形破壞的可能性極小。

3　弱結(jié)構(gòu)面的影響分析

西側(cè)邊坡主要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀見(jiàn)表1所示。并繪制510邊坡與主要弱結(jié)構(gòu)面的赤平投影圖，分析了主要結(jié)構(gòu)面與邊坡的組合關(guān)系，組合交棱線見(jiàn)表2所示，赤平投影圖見(jiàn)圖7所示。同時(shí)對(duì)F3與北區(qū)主要邊坡組合關(guān)系進(jìn)行了赤平投影分析。

從表2和圖7（a）分析可知：共軛節(jié)理1結(jié)構(gòu)面與坡面傾向基本趨于一致，在傾角小于坡面的區(qū)域容易發(fā)生平面滑移破壞。F4斷層、共軛節(jié)理2、優(yōu)勢(shì)節(jié)理面1、優(yōu)勢(shì)節(jié)理面2和優(yōu)勢(shì)節(jié)理面3與坡面成斜交狀態(tài)，不容易發(fā)生移動(dòng)破壞。優(yōu)勢(shì)節(jié)理面1、優(yōu)勢(shì)節(jié)理面2的組合交線的傾角比邊坡面的傾角陡，此時(shí)邊坡較穩(wěn)定；優(yōu)勢(shì)節(jié)理面2、優(yōu)勢(shì)節(jié)理面3的組合交線傾向坡內(nèi)，邊坡處于很穩(wěn)定的狀態(tài)；優(yōu)勢(shì)節(jié)理面1和優(yōu)勢(shì)節(jié)理面3的組合交線的傾角26°，小于邊坡面傾角，容易發(fā)生楔體破壞。節(jié)理面與邊坡之間的多組合結(jié)構(gòu)面，特別是F3和F4斷層之間的碎裂結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生楔形滑移、傾倒等破壞現(xiàn)象，造成臺(tái)階邊坡失穩(wěn)破壞。共軛節(jié)理1與共軛節(jié)理2的組合交線的傾角為25°，小于邊坡面傾角，容易發(fā)生滑移破壞。

圖1　525階段走向玫瑰花圖

圖2　525階段傾向傾角玫瑰花圖

圖3　510階段走向玫瑰花圖

圖4　510階段傾向傾角玫瑰花圖

圖5　所有階段綜合走向玫瑰花圖

圖6　有階段綜合傾向傾角玫瑰花圖

表1　北區(qū)主要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀

表2　表北區(qū)主要結(jié)構(gòu)面與邊坡組合關(guān)系

從表3和圖7（b）分析可知，F(xiàn)3與西北邊坡W1的夾角為35°，小于40°，不是很穩(wěn)定，可能產(chǎn)生局部滑動(dòng)。F3與西南邊坡W3的夾角為31°，小于40°，不是很穩(wěn)定，可能產(chǎn)生局部滑動(dòng)。但F3與正西邊坡W2屬于外傾關(guān)系，且斷層傾角小于坡面角，不穩(wěn)定，容易滑動(dòng)。

從圖7（c）X1和X2共軛節(jié)理赤平投影分析圖可知，最大主應(yīng)力σ1方向?yàn)?28°∠52°，最小主應(yīng)力σ3方向?yàn)?8°∠58°。最大主應(yīng)力方向128°∠52°與510邊坡面的夾角相差11°，說(shuō)明此處的主應(yīng)力對(duì)邊坡的影響不大。

表3　F3與北區(qū)主要邊坡組合關(guān)系

4　結(jié)論

（1）對(duì)某工程北區(qū)已出露的510和525工作面節(jié)理裂隙進(jìn)行調(diào)查，利用地質(zhì)羅盤(pán)、量尺、塞尺、放大鏡、相機(jī)等工具進(jìn)行測(cè)量，掌握礦區(qū)巖體節(jié)理裂隙的產(chǎn)狀，并觀測(cè)了區(qū)域性節(jié)理在區(qū)域范圍內(nèi)的變化趨勢(shì)、節(jié)理間距以及在空間上的延伸，為正確評(píng)價(jià)巖體穩(wěn)定性提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（2）繪制了一系列節(jié)理玫瑰花圖，研究了某工程北區(qū)各階段的節(jié)理分布與發(fā)育情況。走向沿東北—西南方向的節(jié)理構(gòu)造發(fā)育程度和密集程度高，產(chǎn)生變形破壞的可能性比較大；東南和西北方向巖層受開(kāi)挖擾動(dòng)容易貫通，造成邊坡巖體破壞的可能性較大，尤其沿280°∠83°、295°∠81° 和110°∠77°這三類(lèi)節(jié)理面更是如此。

（3）對(duì)主要弱結(jié)構(gòu)面與邊坡的組合關(guān)系進(jìn)行赤平投影分析，得出不同位置的邊坡存在的不穩(wěn)定性因素與可能發(fā)生的邊坡失穩(wěn)情況。優(yōu)勢(shì)節(jié)理面1和優(yōu)勢(shì)節(jié)理面3易發(fā)生楔體破壞；共軛節(jié)理1與共軛節(jié)理2易發(fā)生滑移破壞；F3和F4斷層之間的碎裂結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生楔形滑移、傾倒等破壞現(xiàn)象；F3與西北邊坡W1、西南邊坡W3可能產(chǎn)生局部滑動(dòng)；F3與正西邊坡W2不穩(wěn)定，易滑動(dòng)。

圖7　北區(qū)邊坡結(jié)構(gòu)面赤平極射投影圖

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