易風化礦體邊坡穩定性勘查及支護問題研究

李哲軍

（廣東省地質局第七地質大隊，廣東 惠州 516008）

易風化礦體具有巖體松散、節理破碎等特點，當礦體邊坡垂直高度不斷增大時，露天邊坡產生裂隙，礦體強度降低，易造成崩解和泥石流等地質災害，因此勘察易風化礦體邊坡穩定性，并對其進行支護加固處理，具有重要意義。國外研究認為礦體邊坡穩定在于支護與圍巖相互作用，對邊坡圍巖特性曲線進行解析，構建圍巖結構力學模型，將邊坡圍巖的動態作用關系劃分為4個階段，引入圍巖動態相互作用機制，為每個動態作用階段提供相應分析方法，實現礦體邊坡不同位置處的圍巖支護。國內研究主要支持復合作用的力學模型，對礦體邊坡的力學性能進行全過程解析，獲取巖層塑性區內的彈性應變變換規律，通過數值模擬與現場監控量測方式，對不同形式的虛擬支護力進行計算，深入分析邊坡圍巖的縱向變形過程，建立三維力學的支護機制，判斷初期支護的更換時機[1]。但傳統支護技術穩定性較差，為此結合以上理論，提出易風化礦體邊坡穩定性勘查及支護問題研究，確保易風化礦體邊坡的施工安全。

1 易風化礦體邊坡穩定性勘查及支護技術

1.1 勘查易風化礦體邊坡地質穩定性

提取易風化礦體邊坡目標體，圍繞目標體布置勘探線，對礦體邊坡的穩定性進行評定。由于易風化礦體邊坡位置的未知性，導致勘查數量和勘查范圍較大，因此要對邊坡勘查目標進行提取，提高勘察效率。采集礦體邊坡的反射電磁波，獲取邊坡區的反射波信號，對反射波信號進行電磁波分量線性，將其轉換為電磁波信號，利用對數似然函數，獲取電磁波信號脈沖波的二元分布情況。對數似然函數計算公式為：

公式中，α為電磁波分量線性系數，m為反射波信號長度，y為礦體邊坡電磁波信號的二元分布區域[2]。利用公式（1），獲取二元分布區域內的所有脈沖波能量，選取閾值，對脈沖波能量進行劃分，引入窗口函數，選取脈沖能量集中窗口的采集信號，將其作為邊坡測點。

利用高密度電阻率測探技術，對邊坡測點進行勘查。根據礦體邊坡的實際地質條件，在測點周邊區域內布設電場，布置電場的勘查線，對測點進行打鉆測定，使電流流經到邊坡土體中，統計邊坡土體的導電性能，比較不同測點的電場改變趨勢，判斷不同位置的巖土導電性能，得到邊坡巖層的巖土特性。根據電流在土體中傳輸速度的差值，采集傳輸電流產生的電波，在測點布置傳感器，借助電流脈沖荷載的作用，搜集電波的垂直分布狀態，繪制電流波形圖，充分掌握波形圖中的電流曲線變化規律。根據電流幅值變化情況，對邊坡測點區域的地表情況進行模擬，與正常巖層的電流幅值變化進行對比，獲取與正常電流幅值不一致的幅值點，將其作為代表邊坡巖層屬性特征的數據，對特征數據進行針對性闡述，重新構建礦體邊坡的地質體界面。完成邊坡地質體界面的構建后，獲取地質體的空間屬性，對邊坡地質的穩定性進行劃分，將地質體界面的巖層頂板厚度作為劃分指標，當頂板頂板厚度為1m～3m，表示該測點的邊坡裂隙容積較大，穩定性一般，當厚度大于3m時，表示該測點的邊坡裂隙容積很大，穩定性十分不安全，當厚度小于1m，則表明該測點的穩定性能夠得到保證。至此完成易風化礦體邊坡地質穩定性的勘查。

1.2 支護易風化礦體邊坡不穩定區域

1.2.1 選取支護構件

在易風化礦體邊坡地質勘查完畢的基礎上，劃分巖層頂板厚度大于3m的區域，對區域內的巖層進行支護加固。首先選擇合適的支護構件，支護結構的強度和剛度應滿足邊坡的圍巖荷載，圍巖荷載計算公式為：

公式中，h為礦體邊坡的圍巖荷載，ρ為邊坡圍巖壓力，b為邊坡圍巖的環向應力，d為徑向應力，為邊坡圍巖參數。將公式（2）作為礦體邊坡支護構件的評價標準，對比多種支護構件強度和剛度，最終選取玻璃纖維砂漿作為支護錨桿，計算支護結構的導管長度和外插角度，在滿足圍巖荷載的基礎上，對支護構件進行優化。利用縱向連接筋，控制支護構件的形變量，將縱向連接筋焊接在構件的主架上，插入套筒進行加固，提高支護構件的整體性，使其對巖層縱向剛度起支撐作用。至此完成坡體支護構件的選取。

1.2.2 優化支護施工工藝流程

利用TENSAR支護網和支護錨桿，對礦體邊坡的不穩定區域進行支護施工，優化支護施工的工藝流程。根據勘查構建的邊坡地質體界面，獲取圍巖應力和變形破壞特征，得到礦體坡體地質環境的地應力，通過噴砼技術，綜合控制玻璃纖維砂漿錨桿和TENSAR網，使其適應地應力。具體工藝流程如下圖所示：

圖1 礦體邊坡支護流程

支護施工過程中，使TENSAR網與邊坡圍巖相貼，采用梅花形排列，對錨桿進行排列，控制排距間隔為1m，充分發揮錨桿間的相互作用，使礦體邊坡受力均勻，最大化發揮錨網支護作用。然后對玻璃纖維砂漿錨桿的鉆孔進行清洗，清除干凈鉆孔內的巖粉雜物，錨桿安置完畢后，對錨桿孔進行二次檢查，適當保護孔口，確保錨桿安裝前錨孔清洗干凈。采用GS30EB型注漿機，向錨桿孔內注射水泥砂漿，過程中對錨桿進行初噴素砼，使錨桿兩幫收斂、底板鼓起，能夠適應礦體邊坡的地應力和地質環境，減少坡體支護的返修次數。當錨桿注滿砂漿后，在邊坡不穩定區域迅速插入錨桿，插送過程中，應適當旋轉錨桿，保持插送方向與錨桿孔軸向一致，均勻且緩慢將錨桿插送至邊坡內。按照TENSAR支護網的指定規格，安裝錨桿托盤并掛網，使TENSAR網的土工格柵露出鉆孔錨桿，對其進行噴射混凝土作業，選取等級為C25、厚度較薄的混凝土，加固支護網，利用托盤壓住TENSAR格柵，在格柵孔口擰上螺母。最后對支護網進行二次噴鹼，增強支護結構剛度與圍巖殘余強度，全面加固璃纖維砂漿錨桿和TENSAR網，提升錨噴網的支護強度及其整體性，使支護體系達到拱頂沉降的目的，以此提高邊坡圍巖的承載能力。至此完成支護施工工藝流程的優化，實現礦體邊坡不穩定區域的支護，完成易風化礦體邊坡穩定性勘查及支護技術設計。

2 實驗論證分析

將此次技術與傳統技術進行對比實驗，兩種技術分別對礦體邊坡進行勘察支護，比較支護后的邊坡地表沉降值。實驗對象選取某山地平原礦區，該礦區由于頻繁的巖漿活動，邊坡巖體破碎形成易風化帶，兩組實驗對該礦區邊坡進行勘察支護。此次技術初期支護結構參數如下表所示：

表1 支護結構參數

在邊坡測點中選取10個支護點，此次技術采用玻璃纖維砂漿錨桿、TENSAR網、混凝土噴射聯合支護，傳統技術則直接采用鋼筋砂漿錨桿、鋼筋網進行支護。邊坡支護后的第10天，對兩組實驗支護點的地表沉降進行監測，記錄支護點監測信息，斷面地表沉降對比結果如下表所示：

表2 實驗對比結果（mm）

如上表所示，當支護點不同時，此次技術地表沉降都要小于傳統技術，平均沉降量為12.2mm，而傳統技術平均沉降量為23.9mm，相比傳統技術，地表沉降減少了11.7mm，礦體邊坡地層和支護結構的變形規律更加穩定。

3 結語

針對傳統技術支護結構穩定性較差的問題，提出一個易風化礦體邊坡穩定性勘查及支護技術，實驗驗證該技術的有效性，可推廣到相關工程。但此次技術沒有對支護結構的力學性能進行深入分析，在今后的研究中，會應用BIM平臺，實時瀏覽坡體受力情況，實現支護施工信息化。