重慶市某石灰巖礦高陡邊坡穩定性分區評價研究

摘 要：【目的】通過系統的工程地質調查和工程地質特征分析，對重慶市某石灰巖礦高陡邊坡的穩定性進行分區評價和分析，以降低露天礦山的地質災害風險。【方法】采用邊坡地質調查的方法，查明各個分區內邊坡裂隙的發育特征，繪制巖質邊坡的赤平投影圖，分析邊坡優勢巖層層理面傾向和邊坡傾向的組合關系，對邊坡的穩定性做出定性分析和評價。【結果】結果表明，A區巖質邊坡處于較穩定狀態，B區發生局部滑塌掉塊的可能性大、造成的損失小、危險性中等，C區巖質邊坡處于穩定狀態，D區巖質邊坡處于穩定狀態。【結論】評價結果有利于礦山制訂科學的治理方案和有效的管理方案，降低邊坡的失穩風險，對保障礦山安全生產和生態環境可持續發展具有重要的指導意義。

關鍵詞：石灰巖礦；高陡邊坡；穩定性評價；赤平投影

中圖分類號：TU452" " "文獻標志碼：A" " 文章編號：1003-5168（2025）03-0040-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.03.008

Stability Zoning Evaluation of High and Steep Slope in a Limestone Mine in Chongqing

ZHAO Jin1，2，3

（1.North China Engineering Investigation Institute Co.， Ltd.， Shijiazhuang 050021， China; 2.Technology Innovation Center for Groundwater Disaster Prevention and Control Engineering for Metal Mines Ministry of Natural Resources， Shijiazhuang 050021， China; 3.Technological Innovation Center for Mine Groundwater Safety of Hebei Province， Shijiazhuang 050021， China）

Abstract： [Purposes] Through systematic engineering geological investigation and analysis of engineering geological characteristics， the stability of a high steep slope in a limestone mine in Chongqing was evaluated and analyzed in different zones to reduce the geological hazard risk of open-pit mines. [Methods] By using the method of slope geological survey， the development characteristics of slope cracks in each zone are identified， and the rock slope projection is drawn in a stereographic projection. The combination relationship between the dominant rock layer bedding plane inclination and the slope inclination is analyzed， and the stability of the slope is qualitatively analyzed and evaluated. [Findings] The analysis results of the stereographic projection show that the rock slope in Zone A is in a relatively stable state; there is a high possibility of local landslides and falling blocks in Zone B， resulting in minimal losses and moderate danger; the rock slope in Zone C is in a stable state; the rock slope in Zone D is in a stable state. [Conclusions] The evaluation results are helpful for the mine to formulate scientific treatment plans and effective management plans， reduce the risk of slope instability， and have important guiding significance for ensuring mine safety production and sustainable development of ecological environment.

Keywords： limestone mine; high and steep slope; stability evaluation; stereographic projection

0 引言

重慶市位于四川盆地東部，地貌類型多樣，地質構造復雜，區域上經歷了多期次的地殼運動和地質變遷。這種復雜的地質構造背景為重慶市形成豐富礦產資源提供了地質條件，同時也使該地區地質災害種類和數量相對較多［1］。重慶市頻發的地質災害主要有崩塌、滑坡、泥石流和地面塌陷等。在重慶市所有的地質災害中，滑坡發生的頻率和數量最多，造成的經濟損失和人員傷亡最大［2-3］。截至2023年底，全市已發現的滑坡地質災害隱患點約有1.1萬處，主要集中在渝東北三峽庫區城鎮群和渝東南武陵山區城鎮群，這是由于渝東北三峽庫區巖體非常破碎，極易在長江兩岸形成大量順向坡區域，非常容易發生巖質滑坡［4］。這些地質災害的發生不僅給當地人民的生命財產安全帶來了威脅，也對生態環境造成了嚴重破壞。

重慶市石灰巖礦資源儲量豐富，為地方經濟發展提供了堅實的物質基礎，也為建筑、交通、水利等基礎設施建設提供了重要的原材料支持［5］。為了促進石灰巖礦的可持續開發，重慶市政府及相關部門制定了一系列科學規劃，以合理布局開采區域［6］。例如，《重慶市礦產資源總體規劃（2021—2025年）》中明確提出，建筑石料用灰巖礦山應向集中開采區聚集，建成一批大型、超大型礦山，以提升產業集中度和規模化水平。然而，隨著石灰巖礦開采活動的不斷深入，原本的山體逐漸被剝離，形成了大量的高陡邊坡［7］。這些邊坡的高度和坡度往往超過了自然穩定狀態，使其穩定性受到嚴重威脅。特別是在重慶市這樣地質構造復雜、巖溶發育廣泛的地區，高陡邊坡的形成更加普遍［8-9］。本研究在充分調查重慶市某石灰巖礦高陡邊坡的基礎上，依據工程地質特征對礦山邊坡進行了分區，并采用赤平投影法對礦山邊坡各個分區的穩定性進行了評價和分析。

1 工程概況

1.1 區域地質條件

該礦山在區域上屬揚子地臺－上揚子陸塊－川東南陷褶束－石柱凹褶束，區域構造均為北東－南西走向。從北西向東南依次發育有忠縣－豐都向斜、方斗山背斜和石柱向斜構造，如圖1所示。該礦山就位于方斗山背斜南段北西翼。方斗山背斜長度超過150 km。軸線以北20°～35°東，局部北45°東方向伸延至萬州長灘井附近，自然彎曲為北20°～40°東，到羊子嵌1 km消失在巴東組紅層中，背斜樞紐傾伏角19°。軸部地層為下二疊統，兩翼為三疊系及侏羅系。本段為方斗山背斜構造主體，擠壓強烈，扭轉成拉長的反“S”形。埡口以南，北西翼緩，傾角30°～60°；南東翼陡，傾角35°～70°；北西翼陡，傾角20°～88°，甚至倒轉。整體來看，靠近背斜核部產狀較陡，鄰近向斜則產狀突然變緩。方斗山背斜軸部壓性斷裂、節理及次級褶皺發育。

礦區地層屬揚子區（Ⅰ1）－四川盆地分區（Ⅱ2）－萬州小區（Ⅲ2），區域出露最老地層為上古生界二疊系上統吳家坪組（P3w），為灰～深灰色含泥質微晶灰巖，古生界地層出露于方斗山背斜核部，兩翼大面積分布中生界地層，第四系殘坡積層（Q）分布于低洼溝谷及斜坡地帶。地層總厚約5 000 m，以陸源碎屑巖為主，其次為淺海碳酸鹽巖。

1.2 邊坡工程地質條件

該礦山位于重慶市忠縣境內，生產規模為980×104 t/a，采用的是臺階式分層采礦方法和爆破松動開采工藝，按照自上而下、由近及遠順序進行開采。開采標高+760～+1 030 m，單臺階高度15 m，每個分層安全平臺寬5 m，每隔兩個分層設置清掃平臺寬8 m。順向坡的最終邊坡角為40°～44°，而反向坡為49°～55°。礦區內殘坡積層零星分布，厚0～1.20 m；巖體地質類型屬薄～中厚層狀沉積巖，層面優勢產狀312°∠62°，巖體結構類型屬層狀結構。礦區內斷層不發育，地質構造簡單。礦山開采形成的主體邊坡坡向約306°，屬于同傾向邊坡，如圖2所示。根據本次鉆孔揭露巖石的巖性、結構構造、組合特征、工程力學強度等特征及所收集的地質資料，將邊坡巖體劃分為以下6個工程地質巖組：①長興組（P3c），主要由泥質灰巖和鈣質泥巖組成，飽和單軸抗壓強度為12.8 MPa，屬軟巖；②大冶組一段（T1d1），主要由薄層狀泥質灰巖組成，飽和單軸抗壓強度為8.64～9.94 MPa，均值為9.14 MPa，屬軟巖；③大冶組二段（T1d2），主要由薄層狀含泥質灰巖和微晶灰巖組成，飽和單軸抗壓強度為12.8～25.5 MPa，均值為20.46 MPa，屬較軟巖；④大冶組第三段（T1d3），主要由中厚層狀微晶灰巖和白云質灰巖組成，飽和單軸抗壓強度為29.3～64.4 MPa，均值為43.45 MPa，屬較硬巖；⑤大冶組第四段（T1d4），主要由泥巖、鈣質泥巖組成，飽和單軸抗壓強度為16.2～17.1 MPa，均值為16.67 MPa，屬較軟巖；⑥嘉陵江組（T1j），主要由中厚層狀微晶灰巖組成，飽和單軸抗壓強度為28.7～33.2 MPa，均值為31.4 MPa，標準值為27.82 MPa，介于15～30 MPa之間，屬較軟巖。

1.3 邊坡工程地質分區

根據不同工程地質分區的巖性、構造、巖體物理力學性質、邊坡位置形態及采礦設計境界的差異，進行針對性的邊坡穩定性分析，確定不同分區邊坡參數的合理性。邊坡分區是依據邊坡設計形狀及所處位置、邊坡高度、邊坡巖體優勢結構面產狀及與邊坡的組合關系、工程地質巖組的分布特征、不連續面特征、地下水狀況等要素進行的。分區的原則是將上述要素基本相同或一致的區域劃分為同一邊坡分區。結合該石灰巖礦邊坡現狀，將邊坡劃分為A、B、C、D等4個分區，由于開采后高陡邊坡主要集中在A、B、C三區，D區最終形成的邊坡高度小于50 m。因此，本研究工作重點主要集中在A、B、C三區，具體情況如圖3和表1所示。

2 基于赤平投影法穩定性評價

巖質邊坡的穩定問題歷來是邊坡工程和研究的重要課題。巖質邊坡的變形和破壞主要受巖體中發育的各類結構面所控制。利用極射赤平投影方法進行巖質邊坡穩定性分析，可直觀地表明各組結構面的組合關系、組合切割體與邊坡的相對關系、不穩結構體可能變形失穩的方向等，由此得到邊坡變形的邊界條件，以對邊坡的穩定性作出定性分析和評價。

2.1 A區邊坡

A區位于礦區中北部，未來底部開采標高為+760 m，邊坡相對高差為100～150 m，橫向寬度為330 m，主要由大冶組三段灰巖組成。總體坡向216°、坡角42°。優勢巖層層理面傾向312°、傾角62°，主要不利結構面傾向141°、傾角50°。利用上半球赤平投影分析其穩定性，如圖4所示。

由圖4可知，天然坡面P、人工坡面P1與節理J1、J2形成空間楔形體，結構面J1、J2的交點和邊坡投影弧在同一側，落于天然邊坡投影弧的外側。說明結構面組合交線的傾向與邊坡傾向相對一致，傾角小于天然邊坡的坡角，即結構面組合交線在天然邊坡坡面上沒有出露，并不會切穿邊坡巖體，切割體屬于較穩定結構，邊坡處于較穩定狀態。因此，A區巖質邊坡處于較穩定狀態。

2.2 B區邊坡

B區位于礦區東南部，目前邊坡高度為160～240 m，未來底部開采標高+760 m，邊坡相對高差360～420 m。主要由大冶組一段、大冶組二段薄層狀含泥質灰巖較軟巖組、大冶組三段中厚層微晶灰巖較硬巖組等組成，整體坡向306°、坡角42°。優勢巖層層理面傾向312°、傾角62°，主要不利結構面傾向141°、傾角50°。利用上半球赤平投影分析其穩定性，如圖5所示。

由圖5可知，天然坡面P、人工坡面P2與節理J1、J2形成空間楔形體，結構面J1、J2的交點與邊坡投影弧在同一側，處于人工邊坡和天然邊坡投影弧之間。說明結構面組合交線的傾向與邊坡傾向相對一致，傾角小于人工邊坡和天然邊坡的坡角，說明結構面組合交線在天然坡面和人工邊坡坡面均有出露組合切割體，屬于不穩定結構，受外傾裂隙和邊坡腳凹陷等影響，局部滑塌掉塊的可能性大、造成的損失小、危險性中等。

2.3 C區邊坡

C區位于礦區南西部，未來底部開采標高為+760 m，相對高差為135～160 m，橫向寬度為660 m，主要由大冶組三段灰巖組成。整體坡向35°、坡角42°；優勢巖層層理面傾向312°、傾角62°。主要不利結構面傾向141°、傾角50°。利用上半球赤平投影分析其穩定性，如圖6所示。

由圖6可知，天然坡面P、人工坡面P3與節理J1、J2形成空間楔形體，結構面J1、J2的交點位于人工邊坡及天然邊坡投影弧的對側。說明結構面的交線與邊坡傾向相反，結構面組合切割體為傾向坡內的穩定結構，邊坡處于穩定狀態。因此，C區巖質邊坡處于穩定狀態。

2.4 D區邊坡

D區位于礦區西部、西北部和西南部，未來底部開采標高為+760 m，相對高差為0～40 m，主要由嘉陵江組灰巖組成。整體坡向126°、坡角60°，優勢巖層層理面傾向312°、傾角62°。利用上半球赤平投影分析其穩定性，如圖7所示。

由圖7可知，天然坡面P、人工坡面P2與節理J1、J2形成空間楔形體，結構面J1、J2的交點與邊坡投影弧處于對側。說明結構面組合切割體為傾向坡內的穩定結構，邊坡處于穩定狀態。因此，D區巖質邊坡處于穩定狀態。

3 結論和建議

露天開采形成高陡邊坡的穩定性直接關系到礦山生產過程中的安全。不穩定邊坡容易發生滑坡、崩塌等地質災害，嚴重威脅礦山工作人員的生命安全及礦山的正常運營。本研究以重慶市某采石場高陡邊坡為例，根據礦區不同工程地質分區的巖性、構造、巖體物理力學性質、邊坡位置形態及采礦設計境界的差異，將礦區高陡邊坡劃分為A、B、C、D等4個分區。根據現場調查的結果，采用赤平投影的方法對各個分區的穩定性進行了評價和分析。評價結果表明，A區巖質邊坡處于較穩定狀態；B區發生局部滑塌掉塊的可能性大、造成的損失小、危險性中等；C區巖質邊坡處于穩定狀態；D區巖質邊坡處于穩定狀態。

隨著開采工作的推進，邊坡穩定性隨之發生變化，邊坡穩定性研究工作需要延續進行，以掌握邊坡穩定性變化狀態，在局部地段還需加強工程勘察及穩定性評價，在生產過程中應深入開展邊坡的研究工作，以解決生產中出現的具體邊坡問題，以及保證礦山整體邊坡穩定和礦山安全生產。建議考慮地震作用、爆破震動等作用下的穩定性分析，對邊坡變形進行持續監測，并做好坡面的防排水工作，對被節理裂隙不利切割的巖體要進行錨固、注漿或采取其他有效支護措施，以保證邊坡體的整體穩定。

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