土工試驗在礦山巖土工程勘察中的應用

郭春犁

（甘肅省地質礦產勘查開發局水文地質工程地質勘察院，甘肅 張掖 734000）

土工試驗在礦山巖土工程勘察中的應用主要表現在工程地質條件的研究方面，即為礦山工程地質評價提供基礎數據[1，2]。因此，本文結合某礦山巖土工程地質勘察中的土工測試結果，對該礦山的巖土工程地質條件進行評價，為進一步編制礦山開采設計方案提供基礎依據。

1 礦山土工試驗結果

本次根據礦山不同巖土體類型進行了土工試驗，其結果見表1。由表1可知：風化黑云母二長花崗巖的壓縮強度和彎曲強度均較低，不宜作為開采過程中的持力層；未風化黑云母二長花崗巖的壓縮強度和彎曲強度均較大，滿足堅硬巖組的基本要求，可以將其作為平硐以及采空區的持力層。此外，玻屑晶屑凝灰巖、變質石英砂巖和大理巖化灰巖的彎曲強度和壓縮強度均較大，也可將其歸并為堅硬巖組類。

表1 某礦山不同巖土體物理力學參數一覽表

2 礦山巖土工程地質評價

2.1 工程巖組劃分

根據本次土工試驗所獲各項物理力學參數指標，對該礦山內的各個巖土體進行了工程巖組劃分[3]，其特征如下所述。

2.1.1 松散堆積巖組

松散堆積巖組主要以碎石土、含砂角礫土、含砂碎石角礫土、粉土、粉質黏土等為主，分布于溝谷內、坡麓地帶上，整體軟，可塑狀態，土體結構松散，由它構成的土質邊坡穩定性較差。

2.1.2 堅硬巖組

巖石類按照成因，并結合巖性、結構、構造和物理力學性質（巖石裂隙發育程度）可劃分為沉積巖類工程地質巖組、變質巖類大理巖工程地質巖組及中酸性巖漿巖類二長花崗巖工程地質巖組三種類型。其中，沉積巖類工程地質巖組根據不同巖性組合劃分出沉積巖類凝灰巖工程地質亞組、沉積巖類砂巖工程地質亞組、沉積巖類礫巖工程地質亞組三個工程地質亞組。

（1）沉積巖類凝灰巖工程地質亞組：為凝灰巖段玻屑晶屑凝灰巖夾薄層變質石英砂巖，為礦區內分布最廣的一套地層，地層傾向南西，傾角在37°～67°之間，南側與二長花崗巖呈侵入接觸，中部與大理巖、大理巖化灰巖呈斷層接觸關系，南西側與礫巖呈斷層接觸。巖石組合主要為以一套火山碎屑巖為主，南部受巖漿侵入的影響，巖石普遍發生熱變質。中部區域受斷裂構造影響裂隙發育，并且比較密集，局部存在擠壓變形，形成小規模的褶曲構造，而且地層產狀變化大，節理裂隙較為發育，以剪裂隙為主，裂隙面光滑平直，多呈閉合狀，且密集。為彈塑性體，穩定性較差，可沿結構面滑塌，可產生塑性變形。巖石堅硬程度屬于較硬巖，完整程度屬于較完整，因此，巖石的基本質量等級為Ⅲ級。

（2）沉積巖類砂巖工程地質亞組：以變質石英砂巖為主，分布于礦區北部，也是礦區出露規模較大的一套地層，地層傾向南西，傾角介于40°～63°之間，南側與凝灰巖段呈整合接觸，巖石受區域變質作用較為明顯，巖石構造呈中薄層狀構造，地層產狀較為穩定，節理裂隙較為發育，以剪裂隙為主，裂隙面光滑平直，多呈閉合狀，且密集。為彈塑性體，穩定性較差，可沿結構面滑塌，可產生塑性變形。巖石堅硬程度屬于較硬巖，完整程度屬于較完整，因此，巖石的基本質量等級為Ⅲ級。

（3）沉積巖類礫巖工程地質亞組：以礫巖、砂礫巖為主，分布于礦區南西側，因受到斷層構造的影響，地層產狀變化較大，節理裂隙較為發育，以剪裂隙為主，裂隙面光滑平直，多呈閉合狀，且密集。為彈塑性體，穩定性較差，可沿結構面滑塌，可產生塑性變形。巖石堅硬程度屬于較硬巖，完整程度屬于較完整，因此，巖石的基本質量等級為Ⅲ級。

（4）變質巖類工程地質巖組：為大理巖、大理巖化灰巖。該工程地質巖組為本次主要調查評價的目標賦礦巖石，主要分布于礦區中部，呈南東－北西向斷續出露，平面上呈串珠狀分布，地層傾向南西，傾角在65°～76°之間，與凝灰巖段呈斷層接觸。巖石受構造擠壓影響明顯，地層產狀變化大，節理裂隙較為發育，以剪裂隙為主，裂隙面光滑平直，多呈閉合狀。巖石呈中－厚層狀，為彈塑性體，穩定性較差，可沿結構面滑塌，可產生塑性變形。巖石堅硬程度屬于較硬巖類型，完整程度屬于較完整，因此，巖石的基本質量等級為Ⅲ級。

（5）中酸性巖漿巖類工程地質巖組：為礦區南側小面積出露的二長花崗巖。分布于礦區南側，總體呈北西－南東向展布。在其接觸部位熱接觸變質作用明顯，接觸帶兩側巖石節理裂隙發育密集，以剪裂隙為主，裂隙面光滑平直，多呈閉合狀。巖石強度高，穩定，變形特征上屬于均質彈性各向同性體，可能存在沿不穩定結構體（巖體內部擠壓破碎帶）的局部滑動外，總體巖石穩定。巖石堅硬程度屬于堅硬巖，完整程度屬于完整，因此，巖石的基本質量等級為Ⅰ級。

2.2 結構面及其特征

通過路線地質調查，結合土工試驗結果，在礦區內發育有以下兩類結構面。

2.2.1 風化裂隙結構面

根據路線地質觀察點記錄資料，在礦區地表存在厚0～5m的風化帶，該結構面為風化裂隙及強風化的產物。結構面產狀受下覆巖層（石）產狀的控制，中部區域較陡，東西兩側及北側較緩。該類結構面的密度大、閉合差，多為泥膜、碎屑物、泥質物充填，巖層滲透性較強[4]，穩定性較差，對礦床開采帶來一定影響。

2.2.2 巖層（體）結構面

礦區地質構造較為發育，巖層、巖體遭受破壞程度較高。因此，在巖體接觸帶形成很多的裂隙結構面，構造裂隙多為多期次共扼剪切裂隙，其中以陡傾裂隙為主，陡傾裂隙結構面閉合較好，充填物以石英、泥質為主，穩定性差。但總體影響整體穩定程度的不利結構面并不發育。

2.3 巖體結構及穩定性

礦區區域范圍的地質構造復雜，沉積巖相建造復雜，火山及巖漿深成活動劇烈而頻繁，區域動力變質、熱流變質作用發育。

巖體破碎程度較高，地下水淋濾作用及寒凍物理風化強烈，巖體結構和邊坡穩定性與風化程度關系密切。根據路線地質觀察所形成的資料反映，礦體基本裸露地表，基巖出露完整，地表風化較弱，風化層厚度介于0.1cm～0.5cm之間，穩定性相對較好，而向北部、西部兩側風化層厚度逐步趨于變厚，一般在2m～5m，局部以風化倒石堆形式分布，表層結構松散，穩定性較差。

2.4 環境地質條件

2.4.1 地震區劃及烈度

礦區處于近EW向地震密集區，區內有記載的地震數量較少，總體上顯示地震活動強度小，頻度低，最大地震是1992年8月17日的5.1級地震。主要地質災害有滑坡、崩塌、泥石流等[5]。

本區地震烈度屬Ⅶ度區，動峰值加速度為0.2g。最近的一次地震發生于2013年1月16日8點17分的3.0級地震，震源深度6km。

2.4.2 區域穩定性評價

礦區區域穩定性主要表現在新構造運動的程度上。根據大地構造區劃，本區地質構造復雜，沉積巖相建造復雜，火山及巖漿深成活動劇烈而頻繁，區域動力變質作用、熱流變質作用發育。構造應力以北東向擠壓力和順樞紐方向的剪切力占主導地位。構造形跡以近東西向－北西西向的線狀復式褶皺和壓扭性斷裂為主要特征。在新構造運動的影響下，活動帶上均有地震、地熱活動顯示。

在礦區及鄰近范圍，未見破壞第四系的活動斷裂，表明礦區的新構造運動表現為該區域地殼的整體性運動，屬地殼基本穩定區。

2.4.3 污染源及源強評價

礦區內主要污染物來自當地居民活動產生的生活垃圾及生活污水以及修路、架設電線及通信線路等工程活動對礦區及鄰近范圍形成一定粉塵及噪聲污染。而隨著人類工程活動強度的顯著加強，會產生更多的生產及生活垃圾等固體污染物，但按照環保部門的技術管理要求，以及當地環保措施，所有生活和工程垃圾集中清運至鄉或縣城進行處理，或就地填埋處理等處置方式，對礦區環境幾乎無固體廢棄物污染。由于本區地表水系及地下水較發育，年降雨相對集中，但總體氣候干燥、蒸發速度較快，對地表水及地下水的污染影響較弱，綜合評價現狀條件下對環境污染小。此外，礦區主要含礦巖石的放射性含量較低，故資源的開發與利用不會對生態環境造成污染。

2.4.4 地質災害危險性評價

根據對礦區地形地貌、地質構造、礦體賦存條件、礦床圍巖穩定性、地質災害發育現狀、地質環境問題、采礦產生的廢棄物、污染物等方面的綜合分析，確定礦區地質環境條件復雜程度為中等。

綜上所述，礦區現狀穩定，礦區遭受地質災害的可能性小，危害、危險性小。

2.4.5 地質災害現狀評價

該礦區范圍內目前未見滑坡、危巖崩塌、泥石流地質災害等致災地質體，礦場基巖為大理巖，礦區為南西地勢較高，北東地勢相對較低，坡頂高程5541m、坡底高程4850m，平均坡度小于40°的高山區，目前在礦區內除當地居民臨時活動以及為此建設的簡易道路和電信信號疏通線路架設等工程遺留的小規模小范圍采挖遺跡外，對環境破壞程度很低。地質災害現狀穩定，現狀條件下地質災害發生的可能性小，損失小，危險性小。礦區內自然斜坡無高陡、外傾結構臨空面，整體處于穩定狀態，一般結構面對斜（邊）坡穩定性不利影響小[6]，產生斜坡失穩的可能性小，危害性、危險性小。

3 結語

綜上所述，礦山巖土工程勘察中的土工試驗極為重要，是更合理評價礦山巖土工程地質條件的基礎。本文以某礦山的巖土工程測試結果為例，以實例的方式講述了巖土試驗在礦山工程地質評價中的應用，對土工試驗結果的充分利用提供了參考。