某大型露天礦山邊坡穩定性分析

楊輝明

（江西銅業集團公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

高邊坡發生破壞失穩是一種復雜的地質災害，往往造成極大的安全事故和經濟損失，露天礦山的邊坡穩定性預測分析一直是采礦以及巖土工程的重要問題之一［3］。某礦山西源嶺320～440m邊坡屬于典型的高陡邊坡案例，該邊坡處于設計的最終境界，因受復雜的區域地質構造影響，邊坡節理裂隙發育，巖體破碎，加之采礦活動和降雨作用發生整體坍塌。滑坡體對320平臺以下巖體產生擠壓，滑體范圍有可能進一步擴大，形成重大的安全隱患。為確保采礦作業安全順利進行，有必要了解并掌握該邊坡的穩定性狀態，研究分析西源嶺邊坡的穩定性，為今后邊坡工程管理提供依據，以便采取相應的預防措施［5］。

2 礦區地形地貌

礦山所處地貌為低山丘陵地貌，屬構造剝蝕地形。地形整體為北東高，南西低，區內海拔最高為540m，最低為130m，地形起伏較大。地形切割強烈，沖溝發育較好，山尖多呈尖頂狀，自然邊坡較陡，坡角一般為30～50°，且大部分為巖質邊坡，上覆碎石和土層，植被發育。

從邊坡外觀上看，西源嶺290～410m邊坡巖性主要為變質凝灰巖，局部為弱蝕變凝灰質千枚巖。邊坡西北端為強風化區段，巖體為土黃色-淺褐色碎石土，含泥較多，節理裂隙發育，巖體破碎，強度較低［4］。根據鉆探及地質調查結果，在西源嶺290m以上邊坡范圍內所分布的地層巖性自上而下有第四系殘坡積層和滑坡堆積層、雙橋山群東坑組千枚巖和燕山期花崗閃長斑巖體。

3 礦區地質構造

3.1 斷層

根據現場調查，在西源嶺邊坡共發現18條斷層。具體位置見圖1。

圖1 西源嶺邊坡調查斷層分布圖

按斷層走向分類，西源嶺邊坡斷層主要有4類，即NNE、NWW、NEE 和NNW。其中NNE 走向斷層最為發育，傾角30～89°；其次是NWW走向斷層，傾角29～70°。斷層的連接主要根據斷層性質相同、產狀相近的原則，在不同臺階出露的同一斷層在平面圖上連接主要是確定斷層在坡肩處的位置。

圖2 西源嶺主要斷層赤平投影圖

將四組主要斷層、片理面和坡面組合在一起，繪制了如圖2的赤平投影圖，發現NWW1和NEE斷層與坡面大角度相交，主要起著切割巖體的作用，對坡體穩定性影響較小；而NNW與坡面小角度相交，易發生順層滑動；NNE斷層與坡面小角度相交，且多位于滑坡西側，易形成滑坡的西側邊界；NWW2斷層與坡面小角度相交，但傾角比坡度陡，易形成巖體破壞的后緣邊界［1］。

3.2 節理

在邊坡節理調查時，發現西源嶺290～410m邊坡巖體節理發育，巖體破碎。節理產生原因主要由區域構造產生的伴生節理，其次為邊坡開挖形成的卸荷裂隙以及由采礦爆破震動產生的次生裂隙。

由于邊坡規模較大，對西源嶺275～410m邊坡進行了分段調查，從下至上、從西至東將邊坡分為底部275平臺、290平臺、320平臺、335平臺、350平臺西、350平臺東、410平臺西、410平臺東和坡頂邊坡。通過對整個西源嶺邊坡大型節理進行統計發現：其中0～10°傾向節理最為發育，其次340～350°，300～320°，270～280°較為發育 ；東西走向最多，其次是南北走向；平均傾角50°。

通過以上統計發現主要發育的大型節理主要有 6 組 ：（1）J1：261°∠30°；（2）J2：10°∠42°；（3）J3 ：350°∠60°；（4）J4 ：320°∠57°；（5）J5 ：274°∠64°；（6）J6 ：290°∠62°。其與坡面和層面的交切關系見圖3。

圖3 節理統計圖

3.3 節理裂隙發育規律

通過各平臺邊坡的節理統計發現有如下規律：

（1）各平臺邊坡從下至上，節理的發育數量由多變少，但節理的延伸長度由短變長。即坡腳以小型節理為主，坡頂主要發育大型節理和斷層。

（2）各平臺邊坡節理以陡傾節理為主，有部分少量緩傾節理分布在320-350平臺和坡腳處。

（3）大部分節理面與坡面大角度相交，對穩定性影響較小，只有少數順坡向節理（傾向230～250°）對邊坡穩定性影響較大［3］。

（4）巖體發現多處順坡向楔形體破壞的情況，如350平臺和坡頂平臺。

4 穩定性分析

從工程地質上分析將西源嶺邊坡分為3個區，分區主要劃分依據為地層巖性、巖石風化程度、巖石完整性、斷層、節理及破壞變形情況等［5］，見圖4。

圖4 西源嶺工程地質結構分區平面圖

（1）1區發育多組NWW走向斷層，走向與坡面大角度相交，且傾向多向坡內，對邊坡穩定性影響較小，320-440平臺邊坡坡度較陡，發育的節理主要為東西走向，與坡面均大角度相交，對邊坡穩定性影響較小，但根據節理交切關系判斷存在順坡向楔形體滑動的可能［2］。整體來說該邊坡屬于穩定邊坡，局部地方可能發生楔形體崩塌。

（2）2區發育多組NWW走向和NNW走向斷層，NWW走向與坡面小角度相交，且傾向多向坡外，對邊坡穩定性影響較大，高程320-440平臺已經發生崩塌，垮塌的巖性邊界主要由斷層和近東西走向節理面或片理面構成。整體來說該邊坡屬于不穩定邊坡。

（3）3區發育多組NWW走向和NNE走向斷層，走向與坡面大角度相交，且傾向多向坡內，對邊坡穩定性影響較小。發育節理除了東西走向外還有大量南北走向的，東西走向節理與坡面大角度相交，對邊坡穩定性影響較小；但南北走向節理與坡面小角度相交，對邊坡穩定性影響較大，且根據節理交切關系判斷存在順坡向楔形體滑動的可能［2］。整體來說該邊坡屬于欠穩定邊坡，局部地方可能發生楔形體崩塌。

5 結論

根據西源嶺邊坡的工程地質結構、破壞模式和變形特征，對西源嶺邊坡提出了如下綜合治理措施：

（1）由于西源嶺2區已發生滑坡，巖體較破碎，建議對290m以上坡面采用框架錨索進行支護，錨索錨固端應嵌入穩定巖層；

（2）在西源嶺3區危巖體處采取錨噴防治措施，錨固至穩定基巖［6］；

（3）根據穩定性分析發現水對邊坡穩定性影響較大，建議在西源嶺邊坡周界修建截排水溝，削弱地表水對坡體穩定性的影響；

（4）每開挖60m深度，應對所揭露的下采邊坡進行邊坡工程地質復查，開展邊坡穩定性專題研究，根據研究結果及時對該段邊坡進行動態優化設計；

（5）大量的穩定性分析研究表明，地下水與爆破震動對邊坡穩定性有較大影響，需要在今后的開采過程中采取相應的排水及減震措施，以確保整體邊坡的穩定［6］。

（6）加強該段邊坡的原位變形監測，及時分析監測數據，及時掌握邊坡穩定性狀態［6］，為及時制定邊坡處治對策提供依據。