四川攀枝花某巖質邊坡穩定性研究

安家金 許漢華 雍偉勛 康杰 施濤

摘?要：邊坡是露天礦山最主要的結構要素，露天礦山邊坡穩定性研究與建筑、公路、水利、鐵路等工程邊坡對比，具有鮮明的特色、復雜性。本文首先介紹了四川攀枝花某露天礦山巖質邊坡工程概況，依次從地形地貌、地層結構、結構面情況、構造分布情況、水文地質條件五個方面分析了研究區地質背景情況，并簡要分析了爆破對邊坡穩定性的影響，根據《非煤露天礦邊坡工程技術規范》（GB 51016-2014）對研究區露天礦山巖質邊坡進行了等級劃分;最后對該巖質邊坡進行穩定性分析研究并提出了相關建議。

關鍵詞：露天礦山邊坡;邊坡工程;邊坡穩定性;巖體結構面;巖體基本質量指標BQ

人類很早就領略山坡的美感，也從生產中體會到山區生存不便，更在滑坡崩塌地質災害中意識到邊坡的危害，從適應自然到改造自然;從初始的類比坡率法發展到結構分析法、極限平衡分析法及數值模擬分析法。邊坡是露天礦山最主要的結構要素，露天礦山邊坡穩定性評價與建筑、公路、水利、鐵路等工程邊坡相比，具有鮮明的特色、復雜性[1]。結構面是影響大型露天礦山邊坡穩定性的重要因素，精確快速獲取巖體結構面信息是大型露天礦山邊坡穩定性評價的前提和基礎[2，3]。傳統巖體結構面測量主要為接觸式測量，如測線法與測窗法等[4]，該方法存在野外工作量大、耗時多、誤差大且安全性低等缺點。攝影測量方法[5]改變了野外測量的工作模式，實現了非接觸測量，具有面測量方法的特點和優勢，且基本實現了人機交互的半自動操作，但該技術需要對獲取的圖像進行幾何校正、畸形校正及影像增強等一系列處理，計算較為復雜。雖然不同行業對邊坡等級劃分、安全系數的規定不同，但計算理論、分析方法及防治原則基本相同，其共同難點包括有計算方法與（潛在）滑面的分析確定;滑面（體）力學指標確定（對硬質巖原位試驗尤其困難）;地下水作用的影響方式及程度;分析者的人為因素（能力與經驗）。

1 工程概況

四川攀枝花某露天礦山巖質邊坡位于場地西北部，邊坡走向為WE方向，南西-北東向長約730m，北西-南東向寬度約302m，采場面積0.18km2，圈定的露天開采境界上部境界尺寸長×寬為1950m×（435～1050）m，以礦區中部毛獅子溝劃分為東、西兩個采場，東、西采場在1685m以下為統一采場。研究區位于西采場北幫，北幫邊坡坡向約162°～244°，邊坡總體坡角約36°，邊坡長約720m，寬約230～330m，最大高度210m，共形成生產臺階14個，臺階平均高度約15m，生產臺階坡面角60°～75°，工作平臺寬度3.4～15m不等，邊坡巖性主要為中等風化輝長巖，局部出露中風化大理巖。

2 地質背景

研究區原始地形為中高山山麓斜坡地貌，海拔高程在1695～1900m間，采場開采約始于2004年間，現已開采約16年，該邊坡地層主要有第四系崩塌堆積碎石層、第四系坡殘積粉質黏土層、中風化大理巖層、強風化輝長巖層、中風化輝長巖層、斷層破碎帶層。邊坡局部穿插灰綠巖巖脈、正長巖巖脈、細晶輝長巖巖脈，巖脈穿插分布一定程度影響了邊坡巖體完整性，對邊坡的穩定有不利影響。研究區最主要地層為中風化輝長巖層，該層巖體強度、完整程度、節理裂隙結構面分布情況、產狀、斷層分布情況、巖脈穿插情況構成該邊坡穩定的主要影響因素。

研究區分布一泉眼為上升泉，接受中風化構造裂隙承壓水補給，單泉點出水量為144m3/d，流量不大，泉眼接受節理裂隙及斷層構造儲水補給。該邊坡地下水由第四系地層中孔隙水、風化裂隙水、構造裂隙承壓水構成，孔隙水、風化裂隙水分別賦存于邊坡頂部第四系坡殘積粉質黏土層、強風化輝長巖層、中風化輝長巖層中，水量較小。構造裂隙承壓水主要富集于斷層破碎帶、接觸帶及巖脈破碎帶中，呈帶狀或脈狀，具承壓性。此含水帶主要受構造巖性控制，富水性極不均勻，該帶中存在大量的阻水段，在輝長巖、大理巖節理裂隙不發育、巖體完整地段構成隔水層。當采場開挖時，構造裂隙承壓水以泉點形式出露排泄。

3 爆破對邊坡穩定性的影響

該露天礦山采用爆破方法進行開采，爆破時震動對現狀已靠幫固定邊坡影響較大，使松散邊坡塊體崩落破壞，使邊坡巖體節理裂隙、構造規模發展擴大，有利于結構面繼續向深部延伸，在斷層構造處使斷層面擴張，同時在邊坡巖體結構面不利組合地段甚至誘發平面型或楔形體破壞、崩塌、滑坡，節理裂隙擴張貫通后形成地表水下滲的有利通道，導致邊坡巖體及結構面強度降低，自重加大，靜水壓力增大，最終造成邊坡失穩破壞，威脅礦山機械人員安全，影響正常生產。因此在臨近靠幫邊坡的生產爆破中需制定完善的爆破施工方案，采取控制爆破技術進行爆破，盡量降低爆破震動對邊坡穩定性的影響。由于礦山爆破震動對采場邊坡穩定性有一定影響，震動參數難以按經驗值獲取，各項爆破震動參數建議進行現場爆破震動測試，以供邊坡穩定性分析評價使用。

4 邊坡等級劃分

根據《非煤露天礦邊坡工程技術規范》（GB 51016-2014）[6]第3章基本規定，西采場北幫邊坡現狀開采深度150～210m，屬于露天礦中邊坡（中邊坡高度H大于100m小于或等于300m）。根據《非煤露天礦邊坡工程技術規范》（GB 51016-2014）[6]附錄A（露天礦邊坡地質結構分類），結合現場地質調查情況、節理裂隙統計情況分析，總體上該邊坡巖體地質類型為塊狀巖漿巖，結構體形狀為塊狀，結構面間距0.7～1.5m，節理組數一般2～3組，總體分析該露天礦邊坡巖體結構類型為塊狀結構，整體性強度較高，結構面相互牽制，巖體基本穩定，接近彈性各向同性。以現場節理裂隙測線測量結果為基礎，依據《非煤露天礦邊坡工程技術規范》（GB 51016-2014）[6]，西采場北幫邊坡屬塊狀巖體邊坡，整體穩定性較好，邊坡破壞模式為階梯型臺階上分級邊坡局部平面型、楔體型、傾倒型破壞。東采場北幫邊坡危害等級為Ⅱ級，西采場北幫邊坡安全等級為Ⅱ級。

5 邊坡穩定性分析

西采場北幫露天礦邊坡，屬于堅硬巖巖質邊坡，地質結構類型為塊狀巖體邊坡，沒有大型貫通性結構面，不會發生整體失穩。邊坡破壞模式主要以階梯狀單級臺階邊坡發生平面型、楔體型及傾倒型局部破壞為主。針對本邊坡巖體為堅硬巖質邊坡，穩定性采用以下方法進行定性和半定量評價：（1）采用國標《工程巖體分級標準》（GB/T 50218-2014）[7]，劃分工程邊坡巖體級別和評價其穩定性;（2）對采場不同部位（包括斷層構造位置）采用赤平極射投影圖進行穩定性分析評價。后期設計宜根據設計工況，進行數值模擬，優化邊坡設計，根據《工程巖體分級標準》（GB/T 50218-2014）[7]第5.3節，巖體基本質量指標BQ計算公式：BQ=100+3RC+250KV，計算分析結果見下表：

西采場北幫邊坡分級設計臺階邊坡高度15m，實際開挖邊坡高度10-16m，根據《工程巖體分級標準》（GB/T 50218-2014）[7]附錄表E.0.2，Ⅲ級巖體邊坡高度<15m時，可基本穩定，局部可發生模形體破壞;邊坡高度在15～35m間時，可發生由結構面及局部巖體組成的平面或楔形體破壞，或由反傾結構面引起的傾倒破壞。

經過以上詳細分析可知，西采場北幫露天礦邊坡總體是穩定的，局部存在不穩定情況，主要為以下三個方面：

5.1 受節理裂隙組合影響的不穩定區

受節理裂隙影響的不穩定區為4個區域，情況詳見下表：

從上表結果可知，西采場邊坡局部受節理裂隙組合影響的可能破壞形式以平面破壞和楔形體破壞為主，在地震、暴雨、爆破震動等不利因素影響下，上述區域可發生局部失穩、崩塌破壞，對這些區域應加強監測工作，發現異常情況應及時疏散安全影響范圍內機具、人員，平常時間應在這些區域設置警戒線，應設置專人守護，避免無關人員進入。

5.2 崩塌

研究區發育一處崩塌前期發生過較大范圍的崩塌破壞，目前礦山已將大部分崩塌堆積體清理完畢，但該地段邊坡形態已發生較大改變，邊坡臺階被損毀形成陡峻的坡面，對邊坡穩定性較為不利，在地震等極端條件下有發生進一步崩塌破壞的可能，建議加強該地段巡查和警戒。

5.3 受斷層影響的不穩定區

主要有1個區域，該區域目前穩定，斷層基本被巖脈、角礫巖充填，局部可產生楔形體破壞，建議加強監測工作。

6 建議

（1）設計宜結合后期設計工況，進行數值模擬，優化邊坡設計。

（2）對坡體上分布的受斷層、節理裂隙組合影響的5個不穩定區應加強監測和警戒工作。

（3）建議對坡體上危害性較大的危巖體和松動塊體進行排查、清除。

（4）應完善邊坡周圍截排洪設施、坡面排水措施，特別是邊坡頂部分布風化巖體、第四系松散堆積物區域，由于強度低、風化裂隙發育，應重點做好截排水措施。

參考文獻：

[1]杜時貴.大型露天礦山邊坡穩定性等精度評價方法[J].巖石力學與工程學報，2018，37（06）：1301-1331.

[2]王家臣，陳沖.露天礦節理巖質邊坡穩定性分析[J].煤炭學報，2017，42（07）：1643-1649.

[3]王家臣，孫書偉.露天礦邊坡工程[M].北京：科學出版社，2016.

[4]Priest S D.Discontinuity analysis for rock engineering[M].Springer，1993.

[5]楊天鴻，于慶磊，陳仕闊，等.范各莊煤礦砂巖巖體結構數字識別及參數表征[J].巖石力學與工程學報，2009，28（12）：2482-2489.

[6]GB 51016-2014，非煤露天礦邊坡工程技術規范[S].

[7]GB/T 50218-2014，工程巖體分級標準[S].