大型廢礦危巖體穩定性評價研究

王采扣 濮仕坤

(1.江蘇省中成建設工程總公司，江蘇 南京 210018； 2.解放軍理工大學國防工程學院，江蘇 南京 210007)

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大型廢礦危巖體穩定性評價研究

王采扣1濮仕坤2

(1.江蘇省中成建設工程總公司，江蘇 南京 210018； 2.解放軍理工大學國防工程學院，江蘇 南京 210007)

分析了某廢礦山體危巖分布狀況，對危巖體的穩定性進行了定性及數值定量分析，并通過落石試驗，驗證了數值分析的可靠性，針對該危巖體在暴雨工況下呈欠穩定狀態的問題，給出了相應的處置建議。

廢礦，危巖體，穩定性，數值分析

1 概述

隨著礦產事業的不斷發展，很多礦脈在大量采掘后趨于枯竭，這些礦址最后大多廢棄，廢礦的處置成為近年來采礦事業中研究的熱點問題。由于在采掘的過程中機械切割，炸藥爆破，產生大量陡直邊坡，而這些受到擾動的邊坡，其穩定性就成為廢礦治理中最突出的問題。

廢礦問題在我國由來已久。徐志英等[1]用靜力有限單元法和動力有限單元法,考慮到尾礦材料的靜力非線性和動力非線性；郭增濤等[2]分析了露天礦邊坡滑動圓弧的穩定性；王飛躍[3]首次建立了尾礦壩穩定性的未確知綜合評價模型；嚴濤[4]利用civilfem以首云鐵礦和尚峪尾礦庫東壩為研究對象，分析了壩體的穩定性。

2 工程概況

2.1 項目簡介

江南水泥廠采石公司牛山頭礦區1號宕口廢棄礦山崩塌地質災害點位于南京市棲霞區棲霞街道，地處棲霞山風景區東麓。礦山始建于二十世紀六七十年代，主要開采建筑用灰巖。由于城市建設、總體規劃及環境保護的需要，2000年左右，當地政府對該礦區進行停采關閉。由于該礦山在開采時處于計劃經濟時期，沒有制定合理的開發利用方案，導致礦區內形成了高陡的巖質邊坡。邊坡巖體中節理裂隙發育，多處可見危巖體，目前坡面節理較發育處已發生幾處規模不等的崩塌，坡面內還存在很嚴重的崩塌隱患，對周邊活動人員生命安全造成了較嚴重的威脅，需盡快對區內地質災害進行治理。

2.2 工程地質簡況

在工作區及其周邊，主要分布泥盆系、石炭系、二疊系、侏羅系、第四系地層。經過詳細的地質勘查，發現危巖區場地內存在6條斷層，其中，F1斷層距離坡面較遠，不會對邊坡的穩定性產生影響。F2斷層走向與邊坡走向大致相同，出露于邊坡坡頂處。在降雨、風化等外界因素的共同作用下，容易引發局部的崩塌地質災害。F3，F4斷層的走向也與邊坡走向大致相同，且傾角均近直立。F5，F6均為近直立平移斷層，且兩條斷層均近垂直地與邊坡面相交，F4，F6，坡面三者相交的區域巖體較破碎，目前已經發生了一處規模較小的崩塌。

2.3 工程地貌簡況

在工作區內，邊坡坡頂未受采石開挖擾動，保留著原有的地形地貌。坡頂山體原始坡度約為30°，且完全被植被所覆蓋。坡頂最大高程為124.4 m，該最高點與現有采石坡面的最小水平距離約為72 m。

現有采石坡面最大高差約76 m，坡肩處的最大絕對高程為110 m，傾角55°～70°不等。坡面沿走向長約530 m，坡面內基巖裸露，只在節理裂隙較發育的巖體處長有零星植被。

坡腳以外的宕底區域，總體地形為東高西低，東側廢棄地較平整，高程40 m～50 m，場地西側地形高低不平，高程20 m～43 m，雜草、灌木叢生，分布多處廢棄采石堆和一處高約25 m的采殘山丘，宕底低洼處積水成塘，水塘距離采石坡面坡腳的最小水平距離約為23 m。

3 危巖分布及形態特征

工作區邊坡坡面最大高差為76 m，寬約530 m，坡度為55°～70°。邊坡巖體總體為較完整～較破碎。擬治理的邊坡面投影面積約為20 302.5 m2，坡面面積約為40 605 m2，根據現場調查的結果，共發現4處已崩塌點，15處尚未發生崩塌的危巖體，已崩塌點、潛在崩塌危巖體在邊坡坡面內的分布見圖1。

4 危巖體穩定性分析

4.1 定量分析

勘查區一共存在三類崩塌危巖體：傾倒式、滑移式和墜落式。在進行穩定性分析時，對于每種崩塌類型均分別選取一處有代表性的危巖體，依據相應的計算模型，對危巖體目前的穩定狀態進行分析。

對于三種類型的崩塌危巖體，分別取具有代表性的危巖體進行穩定性計算，取4號，9號，11號危巖體來分別計算墜落式、滑移式、傾倒式崩塌危巖體的穩定性。

通過計算，依據DZ/T 0218—2006滑坡防治工程勘查規范中危巖體穩定程度等級劃分表(見表1)，評價危巖體的穩定狀態，評價結果見表2。

表1 危巖穩定性程度劃分表

表2 危巖體穩定性系數及穩定性評價

4.2 數值模擬

根據治理工程的需要，本次勘查對危巖破壞后的運動情況采用Rockfall 軟件進行模擬，并確定了崩塌的最大影響范圍。

根據測量得出的邊坡地形圖，沿邊坡走向，每隔一段距離截取剖面，共截取8個計算剖面，將剖面的dxf 文件導入Rockfall 軟件。由于邊坡現場的實際情況十分復雜，在模擬計算時，取偏于保守的計算方法和參數(落石重量、阻尼系數等)來進行分析。表3中統計了各個剖面內落石的最大崩塌距離。

表3 Rockfall軟件所得剖面內落石最大崩塌距離 m

據Rockfall 軟件模擬結果可知，在現有邊坡地形情況下，危巖體能夠達到的最大崩塌距離為25.48 m。

5 落石試驗

為了進一步確定勘查區危巖失穩后的最大崩塌距離，采用現場落石試驗，來得出更加真實的結果。具體的落石試驗結果見表4。

表4 現場落石試驗結果

由于坡頂植被發育且坡面高陡，進行落石試驗的難度和危險系數較高，因此在坡頂僅找到3 處植被稀疏適合滾石下山的試驗點。這3個點中包含了邊坡的最高點，因此試驗結果具有很高的參考價值。進行試驗所用的石塊均從坡頂就地獲取，為了得到最大的崩塌距離，試驗時盡量選擇圓度較高、質地堅硬、體積較大的巖塊作為崩塌源。

通過現場的落石試驗，可以得出以下結論：

1)在落石從坡頂落入坡腳的過程中，基本呈滾落+跳落的運動形式，但由于邊坡坡面線整體較平順，落石在坡面垂直方向上的最大躍起高度基本不超過1 m。

2)由于邊坡巖體質地堅硬、坡面高陡，當采用風化程度較高的落石進行試驗時，發現巖石在未落至地面時已被撞碎，最后落至地面的巖塊體積基本在幾十立方厘米左右，且崩塌距離較小。

3)邊坡坡腳地勢低洼、植被較發育處，落石的崩塌距離會比地勢較高且碎石堆積體裸露的坡腳處崩塌距離小很多。

4)通過坡頂3處落石試驗，可得落石的最大崩塌距離約20 m。

6 結論和建議

通過前述分析，危巖體的穩定性在暴雨工況下呈欠穩定狀態，安全儲備不足，需要采取工程措施對其進行治理。根據實際情況，建議采用下列綜合措施：

1)對于塊體較小危巖，可采取人工清坡的方式清除，解除其失穩可能對坡下人員和設施的威脅；

2)對于規模較大者，如果采取清除的方式會造成大規模的開山，以及坡面植被大面積的損毀，建議采用局部錨桿錨固的方式進行支護；

3)對于因斷層切割而形成的已崩塌區，巖體性質仍然較差，建議采用主動防護網進行支護；

4)在邊坡坡腳一定寬度范圍內應設置落石隔離帶，在隔離帶內種植植被，在隔離帶外圍設置鋼絲網柵欄，并設立警示標志，防止附近居民及行人進入落石隔離帶內造成生命、財產的損失；

5)在防治工程實施前以及工程實施后，制定專業監測方案和群防群測方案，組織相關人員加強對該邊坡的監測，以達到防災減災的目的。同時制訂預案，明確工程治理前、治理過程中以及治理工程運行后的相關防災、減災和受災后的救災工作。

[1] 徐志英,沈珠江.高尾礦壩的地震液化和穩定分析[J].巖土工程學報,1981,3(4):22-32.

[2] 郭增濤,劉志斌.露天礦邊坡圓弧滑面幾種計算方法的分析研究[J].露天采礦,1986(2)：40-43.

[3] 王飛躍.基于不確定性理論的尾礦壩穩定性分析及綜合評價研究[D].長沙：中南大學,2009.

[4] 嚴 濤.基于Ansys/Civilfem尾礦壩穩定性動態分析[D].沈陽：東北大學,2008.

Evaluation of dangerous rock stability of large strip mine

Wang Caikou1Pu Shikun2

(1.JiangsuZhongchengConstructionEngineeringCorporation,Nanjing210018,China; 2.NationalDefenseCollegeofEngineering,PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)

Analysis of dangerous rock body repair an abandoned mine distribution, dangerous rock mass stability of the qualitative and quantitative numerical analysis, experimental verification by rockfall numerical analysis of reliability, according to the un-steady state problems of this dangerous rock mass under heavy rain condition, and the corresponding disposal comments and suggestions.

strip mine, dangerous rock mass, stability, numerical analysis

1009-6825(2016)26-0102-03

2016-07-08

王采扣(1980- )，男，工程師

TD315

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