西藏石溝縣石溝鎮(zhèn)石溝鎢礦火山巖北坡巖體結(jié)構(gòu)面特征及穩(wěn)定性分析

西藏石溝縣石溝鎮(zhèn)石溝鎢礦火山巖北坡巖體結(jié)構(gòu)面特征及穩(wěn)定性分析

2004年6月，蓮花大橋上發(fā)生了巨大的裂縫。裂縫延伸長60多米，裂縫寬度約0.3-0.4m，山頂最大寬度達到1米，橫跨蓮花北坡，山體部分斷裂。了解山體開裂的原因,分析山體的穩(wěn)定狀態(tài),明確山體開裂后的潛在危險因素,對制定有效的安全措施十分重要。1山地地表規(guī)定石人嶂鎢礦區(qū)出露的地層由寒武、奧陶系的淺變質(zhì)硅質(zhì)條帶狀板巖、厚層絹云母砂巖、千枚狀板巖等組成。礦床為石英脈型,急傾斜成群、成組產(chǎn)出,礦脈厚度多在0.15-1.4m之間。礦體位于高山地區(qū),地形陡峻。采用淺孔留礦法開采,中段高40m。自上而下已完成758-410m多個中段的回采,除個別采空區(qū)以廢石干式充填外,大量采空區(qū)未加處理。石人嶂礦區(qū)于1958年和1979年曾發(fā)生過2次大規(guī)模的地壓活動,地表崩塌面積約6.7萬m2;1980年2月,蓮花山北坡中部山脊發(fā)生崩塌,滑落巖體9萬多m3;2003年5月蓮花山北坡中部又發(fā)生1次崩塌,崩落石塊約3200m3。2004年6月,蓮花山北部山脊發(fā)現(xiàn)1條大裂縫。裂縫走向近EW向,傾角近乎直立;山頂處最寬約1m,下部寬約0.3-0.4m,向深部延伸。2表面撕裂的原因2.1結(jié)構(gòu)面和臨空面的組合關(guān)系復雜結(jié)構(gòu)面對巖體變形破壞起著決定性作用。對于堅硬的厚層狀及塊狀結(jié)構(gòu)巖體,其強度主要受軟弱結(jié)構(gòu)面控制。結(jié)構(gòu)面對這類巖體穩(wěn)定性的影響,不僅決定于結(jié)構(gòu)面本身的特征,還與結(jié)構(gòu)面之間以及結(jié)構(gòu)面和臨空面之間的組合關(guān)系密切相關(guān)。石人嶂鎢礦區(qū)經(jīng)歷多次地質(zhì)活動,巖體結(jié)構(gòu)體系復雜。據(jù)現(xiàn)場實測,蓮花山北坡控制性結(jié)構(gòu)面有2組:1組為近南北向,傾角58°;另1組為近東西向,傾角80°。在大的結(jié)構(gòu)面間,還發(fā)育有角度較緩、延展范圍不大的次級結(jié)構(gòu)面,相互切割形成了有利于滑動或崩塌的小結(jié)構(gòu)體。追蹤蓮花山北坡出現(xiàn)的裂縫形態(tài),可發(fā)現(xiàn)其基本是沿原生結(jié)構(gòu)面擴展、開裂和相互溝通形成的,說明蓮花山北坡巖體結(jié)構(gòu)面是控制山體變形、破壞的客觀地質(zhì)因素。2.2采空區(qū)“空”及礦層“回采深度”特征①上覆巖體的整體強度愈高,巖體發(fā)生移動所需采空區(qū)面積也愈大,變形和破壞的過程也就愈長。覆巖完整堅硬情況下,變形破壞過程中地表多會出現(xiàn)裂縫,有時會突然塌陷。②采空區(qū)上覆巖體中結(jié)構(gòu)面的級別、產(chǎn)狀、強度及其與采空區(qū)的相對關(guān)系對地表移動和變形有著重要影響。③采空區(qū)的相對規(guī)模及結(jié)構(gòu)形態(tài)影響地表巖體移動的充分程度。④地表移動和變形值與礦體回采厚度正相關(guān),與回采深度負相關(guān)。石人嶂礦開采所形成的采空區(qū)呈脈群復合式結(jié)構(gòu),沿礦體走向形態(tài)變化復雜,各礦脈之間的空區(qū)相互影響。地表開裂對應的東區(qū)礦段礦脈較稀疏,夾墻較厚,巖石較穩(wěn)固,采空區(qū)自穩(wěn)能力強,有的空區(qū)已維持20余年,但隨著空區(qū)總量的增加以及支撐體強度的逐漸下降,會導致薄弱地點首先出現(xiàn)破壞,應力集中繼續(xù)向上傳遞,最終引起上覆巖體變形和破壞。在蓮花山北部山脊發(fā)現(xiàn)的裂縫,近乎垂直產(chǎn)出,在其附近也有數(shù)條與之平行的小裂縫出現(xiàn)。呈現(xiàn)出上部張裂,整體又沿垂直方向剪切錯動的特點,說明巖移活動的主要方式為沉陷坐崩。垂直錯距很小,表現(xiàn)出非充分采動條件下的巖移特征?？梢哉J為,蓮花山北坡山體開裂是由于采空區(qū)圍巖失穩(wěn)引起地表沉降變形所造成,是高山地形條件下采礦活動的地表效應之一。3受損山脈的安全風險分析3.1一般滑動能力分析3.1.1邊坡滑動法邊坡穩(wěn)定性一般采用極限平衡法計算,對可能產(chǎn)生平面滑動的邊坡宜采用平面滑動法計算,對碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡可采用圓弧滑動法計算。石坑蓮花山地表巖體較破碎,現(xiàn)場調(diào)查未發(fā)現(xiàn)順坡大型結(jié)構(gòu)面,確定采用瑞典圓弧法計算最危險滑面安全系數(shù)。3.1.2基本質(zhì)量指標bq、砂巖板巖bq巖體的基本質(zhì)量應由巖石堅硬程度和巖體完整程度2個因素確定。按照巖石堅硬程度和完整程度的定性劃分標準,可將蓮花山巖石劃分為“較堅硬巖”、“較破碎”。巖體基本質(zhì)量級別,依據(jù)巖體基本質(zhì)量的定性特征和巖體基本質(zhì)量指標(BQ),按巖體基本質(zhì)量分級表來確定?；举|(zhì)量指標BQ按下式計算:BQ=90+3Rc+250Kv式中,Rc為巖石單軸抗壓強度,MPa;Kv為巖體完整性指數(shù),為巖體彈性縱波速度與巖石彈性縱波速度之比的平方。當Rc>90Kv+30時,以Rc=90Kv+30和Kv代入計算;當Kv>0.04Rc+0.4時,以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入計算。參考石人嶂鎢礦相關(guān)測試資料,燧石板巖試樣的平均抗壓強度Rc=128.9MPa,Kv=0.44;砂質(zhì)板巖試樣的平均抗壓強度為Rc=67.3MPa,Kv=0.53。計算得燧石板巖BQ=408,砂質(zhì)板巖BQ=424。按照BQ值及定性特征,將蓮花山巖體的基本質(zhì)量級別定為“Ⅲ”級,依據(jù)級別“Ⅲ”選取巖體抗剪強度指標,取Ψ=39°,C=0.7MPa,從安全角度考慮,將C作50%折減,取C=0.35MPa作為計算依據(jù)。3.1.3最危險滑面安全系數(shù)沿山脊垂直于裂縫作剖面,使用啟明星SLOPE計算程序,輸入邊界數(shù)據(jù)及強度參數(shù)(γ=27.3kN/m3,Ψ=39°,C=350kPa),以圓弧滑面搜索計算最危險滑面安全系數(shù),結(jié)果見圖1,安全系數(shù)為1.53。在強度指標折減的情況下,計算所得安全系數(shù)仍大于巖土工程勘察規(guī)范(GB50021-2001)關(guān)于驗算已有邊坡穩(wěn)定性時Fs的取值1.10-1.25。故可認為,目前條件下蓮花山北坡巖體發(fā)生整體性滑坡破壞可能性較小。3.2地表材料的抗拔力崩塌是較陡斜坡上的巖體在重力作用下突然脫離母體崩落、滾動,堆積在坡腳的地質(zhì)現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)面切割坡體,形成脫離母巖的塊體,為崩塌的形成創(chuàng)造了客觀條件。坡體中裂隙越發(fā)育,越易產(chǎn)生崩塌;與坡向一致的陡傾構(gòu)造面,最有可能導致崩塌。崩塌常發(fā)生坡角于大于60°-70°的陡坡地帶。石人嶂鎢礦蓮花山山脊地形陡峻,巖體較破碎,近東西及近南北的2組結(jié)構(gòu)面將巖體切割,次1級的節(jié)理裂隙亦較發(fā)育,客觀上造成易于巖崩滾石的條件。在采空區(qū)周圍的圍巖和夾壁逐步破壞導致地表坡體開裂變形過程中,地表巖體受到擾動,與母體脫離的一些塊體可能失去平衡而崩落?，F(xiàn)場調(diào)查觀察到裂縫頂部區(qū)域存在與母巖脫離的危險塊體,具有明顯的崩塌傾向,存在局部崩塌隱患。由于采空區(qū)地壓活動的滯后效應及殘礦回收對地表的影響,很可能誘發(fā)局部巖體崩塌事件。4措施(1)處理危險巖石主動進行爆破處理,將與母體脫離的危巖體人為崩落,消除事故隱患。(2)搬動谷口建筑拆除位于山谷口受崩塌威脅的材料庫。(3)建設防砂壩在下游谷口修建攔石壩,增加山谷容量,以應付可能的山體崩塌。(4)監(jiān)督和檢查進行裂縫位移測量,建立檢查巡視制度,安排專門人員定期巡查蓮花山北坡山體,發(fā)現(xiàn)異常情況時及時采取應對措施。(5)警告和公共關(guān)系培訓設立警示牌,加強安全宣傳教育,禁止無關(guān)人員進入崩塌危險區(qū);制訂專項應急預案,遇暴雨時撤離附近的作業(yè)人員。(6)山地下采礦活動的控制控制崩塌區(qū)范圍下采礦作業(yè)的一次爆破炸藥量,減小爆破震動效應;充分考慮位移測量及地表巡查的