地質(zhì)災(zāi)害中的礦山工程邊坡結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性研究

牟小飛，宋尚鑫，顧 兢，伍 波，鄭 庭

（中國(guó)有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650000）

近年來(lái)，由于礦山的過(guò)渡開(kāi)采，導(dǎo)致周?chē)h(huán)境受到破壞，形成了泥石流、滑坡等現(xiàn)象由于自然因素、人為活動(dòng)等因素導(dǎo)致的礦山工程中邊坡破壞，甚至形成泥石流、崩塌和滑坡等，由于這些地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致的人數(shù)傷亡以及財(cái)產(chǎn)損失較為嚴(yán)重。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要以及地質(zhì)災(zāi)害的頻繁發(fā)生，礦山邊坡災(zāi)害問(wèn)題受到了專(zhuān)業(yè)人士的關(guān)注。在礦山工程當(dāng)中，邊坡結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性是較為重要的，邊坡結(jié)構(gòu)類(lèi)型較多，且具有不同的特性，根據(jù)不同的邊坡結(jié)構(gòu)，研究礦山工程邊坡結(jié)構(gòu)與其穩(wěn)定性的密切關(guān)系，總結(jié)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生規(guī)律，為以后的災(zāi)害預(yù)測(cè)和治理提供有效建議。

1 研究區(qū)域礦山的地形與結(jié)構(gòu)

（1）地形地貌。所研究區(qū)域礦山海拔在1000m～1300m。地形北東高南西低，相差高度在50m～300m之間。礦區(qū)地質(zhì)切割不深，礦坑北部呈現(xiàn)中山地形，為構(gòu)造剝蝕和構(gòu)造侵蝕作用形成，屬于低山地貌。

2 地質(zhì)構(gòu)造

（1）褶皺構(gòu)造。礦區(qū)處于復(fù)式向斜與復(fù)式背斜的結(jié)合部位，總體呈北西—南東展布的復(fù)式向斜和斷裂組合帶。

（2）斷裂構(gòu)造。礦區(qū)內(nèi)主要發(fā)育5條北西向縱向斷裂構(gòu)造，規(guī)模較大，北東向斷裂僅局部可見(jiàn)且規(guī)模很小。向南西陡傾近直立，斷層表現(xiàn)為強(qiáng)烈擠壓性質(zhì)，形成寬度為10m～50m的擠壓斷裂帶。

3 地質(zhì)災(zāi)害中礦山工程邊坡結(jié)構(gòu)分析

礦山工程中邊坡結(jié)構(gòu)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性具有重要影響，在很大程度上，控制著邊坡失穩(wěn)破壞模式，由于受到了外在阻力的作用下，邊坡表面與內(nèi)部的礦體結(jié)構(gòu)以及力學(xué)特征存在區(qū)別性。因此通過(guò)分析礦山工程邊坡結(jié)構(gòu)，為邊坡穩(wěn)定性的合理評(píng)價(jià)提供幫助。

在礦山工程中坡體結(jié)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)面、結(jié)構(gòu)體、臨空面等要素，由于邊坡的結(jié)構(gòu)與邊坡形成物質(zhì)密切相連，因此，礦山邊坡構(gòu)造的形成就可以按照不同物質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)。根據(jù)不同礦層類(lèi)型，將邊坡分為巖質(zhì)邊坡、巖土混合邊坡以及土質(zhì)邊坡。礦山工程中邊坡多是巖質(zhì)邊坡，影響巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的重要因素是巖體結(jié)構(gòu)，而巖體結(jié)構(gòu)主要由結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體兩個(gè)要素組成，在具體分析邊坡結(jié)構(gòu)時(shí)，考慮結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體兩個(gè)因素。

礦山工程邊坡整體結(jié)構(gòu)主要由均質(zhì)、厚度巨大的巖層構(gòu)成，其巖性一般為：變質(zhì)巖、正變質(zhì)巖、巖漿巖和巨厚層沉積巖，具有以原生構(gòu)造節(jié)理為主的結(jié)構(gòu)面，整體強(qiáng)度較高，可看成均質(zhì)各項(xiàng)同性彈性體[1]。

在礦山工程中還有兩種邊坡結(jié)構(gòu)分別是塊狀結(jié)構(gòu)邊坡和碎裂結(jié)構(gòu)邊坡，塊狀結(jié)構(gòu)通常由2組～3組結(jié)構(gòu)面切割而成，間距大約在50cm～100cm，結(jié)構(gòu)體多呈長(zhǎng)方體、立方體、菱形體或多角柱體，結(jié)構(gòu)面則多以局部楔形體滑動(dòng)或塊體崩塌形式發(fā)生變形破壞。碎裂結(jié)構(gòu)邊坡最嚴(yán)重的區(qū)域，因?yàn)閺?qiáng)烈的破碎的結(jié)構(gòu)更改結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面數(shù)可達(dá)4組～5組，表面聯(lián)鎖切削結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)面主要由破碎頁(yè)巖內(nèi)容包，這表明巖體強(qiáng)度低的特點(diǎn)，更多的塑料，這可以使邊坡穩(wěn)定性較差，跟蹤沿結(jié)構(gòu)面形成斷裂破壞，滑坡或崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。

正如上述內(nèi)容所述，礦山工程邊坡結(jié)構(gòu)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的分析具有重要意義。在礦山工程邊坡穩(wěn)定性的分析中，需要充分考慮地質(zhì)作用、準(zhǔn)確確定控制性不連續(xù)面形態(tài)特征及分布，建立坡體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而分析礦山工程邊坡穩(wěn)定性。

4 邊坡滑坡形成原因

滑坡屬于一種常見(jiàn)的礦山地質(zhì)災(zāi)害，又有“走山”、“土溜”等俗稱(chēng)，一般我們把邊坡上的地質(zhì)層或者邊坡上的巖礦，沿著礦山邊坡的薄弱、較弱的土質(zhì)面整體向下滑動(dòng)的現(xiàn)象，稱(chēng)之為滑坡。礦體的發(fā)育是不可避免的，會(huì)在發(fā)育過(guò)程中造成各種結(jié)構(gòu)面，礦體的性質(zhì)發(fā)生變化會(huì)影響礦體的完整性。對(duì)于松散的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，雖然看上去地質(zhì)結(jié)構(gòu)面沒(méi)那清晰，但松散的地質(zhì)結(jié)構(gòu)本身的抗剪強(qiáng)度也不大于邊坡結(jié)構(gòu)的剪應(yīng)力。因此，綜合情況來(lái)看，地質(zhì)內(nèi)結(jié)構(gòu)面的發(fā)育特征會(huì)引起礦山邊坡滑坡現(xiàn)象。

5 地質(zhì)災(zāi)害中礦山工程邊坡穩(wěn)定性分析

考慮礦山工程中邊坡結(jié)構(gòu)以及發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性，據(jù)推測(cè)，邊坡巖體可能存在兩種變形破壞模式，一種是巖體下落后的滑動(dòng)塌陷，另一種是全巖滑坡。巖體下落后，頂部和后緣的裂隙是滑動(dòng)塌陷的邊界。由于基底采空區(qū)的存在，巖體在自重作用下發(fā)生了塌落，而軟弱基底的壓縮使得陡斜的結(jié)構(gòu)面對(duì)軟弱面進(jìn)行剪切。

針對(duì)上述中的破壞模式，在不同環(huán)境的礦山工程條件下，選取穩(wěn)定性計(jì)算指標(biāo)，其工程工況分為天然工況和暴雨工況，邊坡體后緣匯集的地表水，通過(guò)裂隙滲入后緣陡傾裂縫，因此在暴雨工況時(shí)應(yīng)考慮裂縫水壓力，充水高度取1/3。利用傳遞系數(shù)法計(jì)算，計(jì)算中剖面采用典型剖面8剖面，之后對(duì)巖體邊坡削頂減裁后的狀態(tài)進(jìn)行了穩(wěn)定性驗(yàn)算。在天然工況條件下，若驗(yàn)算結(jié)果小于1.0，則說(shuō)明穩(wěn)定性較差，若大于1.5，說(shuō)明穩(wěn)定性較好。

地質(zhì)災(zāi)害中礦山工程邊坡穩(wěn)定性較好，則說(shuō)明邊坡水平位移量值減小，豎直方向位移量值減小，最大的剪應(yīng)變量極小，基本處于10%以下，邊坡結(jié)構(gòu)變形較小，并且其附近的巖體中發(fā)生少量的拉張破壞。反之，礦山工程邊坡穩(wěn)定性不好時(shí)，邊坡水平方向和豎直方向的位移量值均逐漸加大，最大剪應(yīng)變量較大，多數(shù)處于80%～99%之間，邊坡結(jié)構(gòu)變化較大，并且其附近的巖體中有明顯的拉張破壞。通過(guò)上述過(guò)程完成礦山工程邊坡穩(wěn)定性的分析。

6 結(jié)語(yǔ)

在地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)時(shí)，通過(guò)前期的地質(zhì)勘查，對(duì)礦山邊坡邊緣結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行研究，為未來(lái)的工程治理提供一定的幫助。礦山工程邊坡具有多種結(jié)構(gòu)，根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同分析具體的影響邊坡穩(wěn)定性的因素，對(duì)影響邊坡穩(wěn)定性的因素提高重視，加強(qiáng)對(duì)此方面的研究，在解決礦山工程中的問(wèn)題的同時(shí)，深入研究礦山工程和穩(wěn)定性之間的關(guān)系，發(fā)揮不同類(lèi)型邊坡結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，提高工程中邊坡的穩(wěn)定性，逐步消除礦山工程中的危險(xiǎn)性，在保證安全問(wèn)題的同時(shí)，突出經(jīng)濟(jì)效益。