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文檔簡介

1、邊坡穩(wěn)定性的影響因素    1引言 小龍?zhí)堵短烀旱V隨著采礦工程的不斷延拓、降深,已形成高達120m的高邊坡。高邊坡的變形問題日益嚴重,特別是1999年以來沿該礦北幫邊坡地表外緣50多米的范圍內(nèi)業(yè)已形成了 2.9km 長的裂縫,嚴重危及到該礦膠帶運輸系統(tǒng)及部分建筑物的安全。本文以現(xiàn)場調(diào)查、地表裂縫實測資料為基礎(chǔ),結(jié)合邊坡工程地質(zhì)條件、地表及地下巖體位移監(jiān)測資料,對邊坡巖體變形機制進行了探討,并對研究區(qū)邊坡的穩(wěn)定性進行了分析評價。 2邊坡工程地質(zhì)概況 2.1地層巖性 小龍?zhí)堵短斓牡貙佑尚轮晾弦来螢椋旱谒南档貙印⑸系谌敌↓執(zhí)睹航M、三迭系地層。第四系地層主要由

2、第四系人工填土、第四系殘坡積粘性土、第四系沖湖積層和沖積層組成。層厚0 20m 左右。上第三系小龍?zhí)睹航M由泥灰?guī)r、主煤層、薄層煤及粘土巖組成。三迭系地層由泥巖、灰?guī)r組成。 2.2水文地質(zhì)條件 露天采場境界以外主要為第四系孔隙水和風化裂隙水,接受大氣降水和地表水等滲入補給,排泄點集中在南幫;孔隙水和風化裂隙水均為潛水,總體上具統(tǒng)一地下水位,地下水位埋深0.5 8m 。露天采場境界以內(nèi)的主煤層、薄煤層中的裂隙水主要接受大氣降水、地表水及上部孔隙水補給,向坑底徑流,在坑底以裂隙狀散流方式排泄至坑底水塘;在邊坡地帶為潛水,在坑底具微承壓性,總體上具統(tǒng)一地下水位,地下水位埋深0 18m 。 2.3軟弱夾

3、層賦存條件及膨脹土分布 小龍?zhí)杜璧孛合档貙訛樗傻貙?,呈半成巖狀。在沉積過程中具周期性、韻律性,因此存在與煤系地層成份不同的泥質(zhì)含量較大的薄夾層(炭質(zhì)粘土巖等)。這些薄夾層呈單層及交替的薄層互層層狀,局部地段成為密集分布帶,單層厚度一般為1 7cm 。天然條件下多為堅硬狀態(tài),粘土巖層的產(chǎn)狀多與巖層一致,但透水性與巖層有較大的差異,由于該層透水性差,在這些部位較易形成飽水帶;在水的作用下,粘土巖易于軟化,呈軟塑可塑狀,具滑膩感,其抗剪強度大幅降低,隨著軟化帶的擴展,最終可演變成控制邊坡失穩(wěn)的軟弱夾層。在鉆探過程中,炭質(zhì)粘土巖段常縮徑強烈,導(dǎo)致埋鉆等事故;而巖芯呈短柱狀或稀泥狀,可塑或硬塑狀,干燥

4、后變硬并開裂。勘探表明,軟弱夾層主要分布于主煤層的中、下段和薄煤層的上段,這些部位分布密集,延伸性、連續(xù)性較好。 研究區(qū)膨脹土主要分布層位是第四系殘積坡積層、上第三系粘土巖及三迭系地層泥巖。地表露頭特征為地形坡度平緩,無明顯自然陡坎,地層內(nèi)裂隙密集,斷口光滑并具擦痕。鉆孔巖芯特征為多呈堅硬、硬塑狀,結(jié)構(gòu)致密,斷口光滑并可見擦痕。據(jù)礦物試驗分析,膨脹土的化學組份以硅、鉛為主,粘粒主要由高嶺石、伊利石等粘性礦物組成。具有吸水膨脹、失水收縮和反復(fù)脹縮變形的特點,在季節(jié)性干濕氣候變化條件下,常導(dǎo)致低層磚石結(jié)構(gòu)的建筑物開裂損壞。 綜上所述,小龍?zhí)堵短爝吰骂愋桶磶r層結(jié)構(gòu)分可歸結(jié)為層狀結(jié)構(gòu)邊坡,即是由相互平

5、行的一組結(jié)構(gòu)面構(gòu)成(結(jié)構(gòu)體為層狀)的邊坡;按巖層傾向與坡向的關(guān)系分則可歸結(jié)為順向邊坡,即巖層走向與坡向垂直,傾向與坡向一致。因此,綜合考慮可定義為順層邊坡,見典型地質(zhì)剖面,如圖1所示。 3邊坡巖體變形特征 3.1地表裂縫分布特征 據(jù)調(diào)查,小龍?zhí)堵短烀旱V在1985年前西北幫四大隊的房屋及附近輸煤皮帶廊和地表就有不同程度的開裂變形。地裂縫集中分布在北幫、西北幫坡緣地帶,如圖2所示,總體展布呈帶狀環(huán)繞礦坑分布,帶寬80 180m ,總長約 2900m 。從形成時期上分兩階段:1993年1月至1994年4月,形成的地裂縫為地裂帶外側(cè)地裂縫;1998年4月至1999年5月,形成的地裂縫為地裂帶內(nèi)側(cè)的地裂

6、縫。據(jù)現(xiàn)場測繪及槽探工程揭露,前期地裂縫近直立,并稍向礦坑傾斜,地下1.5 2.0m 處逐漸閉合,裂縫兩側(cè)土體有錯位現(xiàn)象,主裂縫附近有數(shù)條牽引小裂縫。主干地裂縫水平位移一般為30 50cm ,垂直位移一般為20 70cm ,位移方向均指向礦坑。后期主干地裂縫水平位移一般為10 40cm ,垂直位移一般為10 50cm ,位移方向通常指向礦坑。地裂縫通過地段的構(gòu)筑物均有不同程度的變形破壞,而且地裂縫已成為地表水入滲坡體的主要通道。此外,坑底老抽水站近年來,持續(xù)發(fā)生開裂、傾斜、隆起等變形破壞現(xiàn)象,1998年初以來,地坪最大隆起達 1m 左右。 3.2邊坡巖體變形特征 小龍?zhí)堵短爝吰卤睅筒荚O(shè)了地表位

7、移觀測點,建立了較系統(tǒng)的監(jiān)測網(wǎng),并于1998年2月開始監(jiān)測,取得了大量可靠的第一手數(shù)據(jù),見圖2小龍?zhí)堵短斓V邊坡變形位移矢量圖及圖3所示的P06-2觀測點位移歷時曲線。與P06-2觀測點相似,各觀測點位移特征具有共同性、一致性。結(jié)合剖面,在邊坡底部的觀測點的位移量不僅在X向、Y向很大,而且H向位移量也較大,位移矢量向上,位移是呈持續(xù)的遞增性變大。在邊坡中、上部的觀測點的監(jiān)測結(jié)果表明,其位移矢量方向基本一致,均指向坑底,傾向同滑面傾向也較一致;位移同樣是呈持續(xù)的遞增性變大。 此區(qū)域邊坡屬于順層剪切變形破壞,位移量大,最大位移量接近 500mm ,同一剖面上的監(jiān)測孔的位移量值相當接近,如G3G3&a

8、mp;acute;剖面兩個監(jiān)測孔(G303、G6-3)位移量分別為 250mm 和 200mm 左右; G6G6´剖面兩個監(jiān)測孔(G6-2、G6-3)位移量均在 200mm 以內(nèi);而G7G7´剖面三個監(jiān)測孔(G7-2、G7-3、G7-4)位移量最大,均大于 150mm ,其中邊坡中上部的兩個孔位移量更在 400mm 以上。這些特征充分說明了邊坡變形的中心位置在北幫G7G7´剖面一帶,與地表位移觀測結(jié)果一致。從監(jiān)測孔變形深度曲線(如圖4所示)和鉆孔柱狀圖與變形對照圖上可發(fā)現(xiàn)。地下位移主要以剪切變形為主,而且是多層剪切,即存在著淺層( 2

9、0m 左右)、深層( 40m 左右)兩個明顯滑移面。剪切變形帶或滑移面基本位于各鉆孔的軟弱夾層處,巖芯描述均為炭質(zhì)粘土巖發(fā)育的位置。而在邊坡底部的監(jiān)測孔,尤以G7-4最為明顯。表現(xiàn)為監(jiān)測孔中部位移量大于上部和下部位移量,說明邊坡在中上部巖體的作用下,已在G7-4監(jiān)測孔一帶的巖體中發(fā)生擠壓隆起變形,隨著該段剪應(yīng)力不斷增大,巖體將漸進變形、破壞,一旦滑移面貫通,將導(dǎo)致整體邊坡以滑坡方式失穩(wěn)破壞。 圖3 P06-2觀測點位移歷時曲線    圖 4 G 7-3監(jiān)測孔變形-深度曲線 4穩(wěn)定性分析 從邊坡工程地質(zhì)條件可知,其穩(wěn)定性主要取決于,結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及其空間的組

10、合,其中露天邊坡賦存有軟弱結(jié)構(gòu)面,結(jié)構(gòu)面物質(zhì)軟弱破碎,為粘土巖,水理性質(zhì)不良,在水的作用下,抗剪強度低,且延展性較好,對邊坡的穩(wěn)定性影響最大。此外,地表水及淺部煤層因自燃而需滅火的常用水,大量匯入坡體,不但長期沖刷邊坡,使其節(jié)理裂隙發(fā)育擴大,破壞邊坡的完整性,而且軟化巖層中的粘土巖,使其抗剪強度進一步降低形成軟弱夾層,同時增大了邊坡地下水水壓力,對邊坡穩(wěn)定起到不利的作用。結(jié)合地表裂縫發(fā)育擴展情況、地表位移觀測成果及地下巖移監(jiān)測成果,將小龍?zhí)堵短爝吰碌淖冃纹茐哪J綒w結(jié)為順層滑移變形,即邊坡巖體受炭質(zhì)粘土巖軟弱面控制,中上部沿軟弱面滑移(如圖1典型剖面所示),下部發(fā)生擠壓隆起變形而漸趨破壞。 綜上

11、,選取了有地下巖移監(jiān)測孔控制的,并具代表性的G3G3´、G6G6´、G7G7´、G8G8´、J10J10´等剖面進行邊坡穩(wěn)定性分析。具體成果見表1所示。從計算結(jié)果可以看出,各剖面的穩(wěn)定系數(shù)均偏低,處于極限平衡狀態(tài),對應(yīng)于邊坡的宏觀巖移表象,G7G7´剖面地表位移、地下巖移變形最大,穩(wěn)定系數(shù)最小。當雨季來臨,考慮地下水的作用時,邊坡的各剖面穩(wěn)定系數(shù)將降低,G7G7´及其G3G3´、G6G6´、J10J10&ac

12、ute;線控制的地段將呈不穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)計算,若邊坡上部實施削坡減重措施,則邊坡穩(wěn)定性系數(shù)將達到1.28以上,從而滿足采礦作業(yè)的安全性。這點在露天礦的生產(chǎn)實踐中得到了驗證。 從上述三個剖面還可看出,以地表觀測點P05一線為中心,東西各至G7G7´及G3G3´一帶,后緣位于環(huán)狀地表裂縫處,前緣位于坑底,標高 980m 左右的變形體區(qū)域較明顯。具體表現(xiàn)為變形體的滑動深度(淺層、深層)接近,坡表位移矢量指向相近,地下位移監(jiān)測的滑移面比較清楚,皆位于炭質(zhì)粘土巖軟弱面處,更為主要的是所示滑移面后緣都處于地表裂縫區(qū),淺層變形體對應(yīng)于環(huán)狀地裂縫帶內(nèi)側(cè)地裂縫,深層變形體則

13、對應(yīng)于環(huán)狀地裂縫帶外側(cè)地裂縫。這樣就較好地勾畫出變形體的形態(tài)特征,結(jié)合邊坡工程地質(zhì)分析,便能夠客觀地反映出邊坡變形破壞規(guī)律、機理,為下一步工程措施及決策提供可靠依據(jù)。可見,在進行邊坡穩(wěn)定性分析評價時,必須在較為詳實的地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上,充分綜合考慮地表位移、地下巖移的監(jiān)測成果,特別是滑移面的確定方面,地下巖移成果顯得尤為重要和必要。 表1 邊坡穩(wěn)定性計算成果表 剖面編號 滑面位置 穩(wěn)定系數(shù) 推力法 Sarma法 J10J10´ 淺層 1.11 1.15 G3G3´ 淺層 1.09 1.14 深層 1.17 1.22 G7G7´ 淺層 1.02 1.15 深層 1.22 1.24 5 結(jié)語 小龍?zhí)堵短爝吰聻楦叽箜槍訋r質(zhì)邊坡,邊坡工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜,地裂縫、邊坡變形失穩(wěn)等地質(zhì)災(zāi)害時有發(fā)生,并越來越成為影響采礦工程的主要因素。在綜合小龍?zhí)堵短爝吰鹿こ痰刭|(zhì)條件、地表位移特征、邊坡地下巖體位移特征及其分析成果的基礎(chǔ)上,對典型剖面進行了穩(wěn)定性分析。分析結(jié)果表明,現(xiàn)存邊坡穩(wěn)定系數(shù)偏低,處于極限平衡狀態(tài)。變形體的區(qū)域也較明顯。 需指出的是,地下水對邊坡的穩(wěn)定性影響較大。對地表水、滅火用水要進行全面有效的管理;對地表裂縫進行回填、開裂段防洪溝進行防滲處理,以盡量減少地表

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