理论教育 露天矿高边坡稳定性评价:定性分析方法

露天矿高边坡稳定性评价:定性分析方法

时间:2023-11-08 理论教育 版权反馈
【摘要】:它是一种简便、直观的定性分析方法,又是一种形象、综合的半定量图解法。

露天矿高边坡稳定性评价:定性分析方法

定性分析方法,主要是通过工程地质调查或简单勘察,对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏模式及失稳的力学机制进行分析,对已经变形的地质体的成因及其演化历史进行分析,以及根据现有的工程案例进行类比分析从而给出被评价边坡的一个稳定性状况及其可能发展趋势的定性或半定量说明与解释。定性分析方法常用的有成因历史分析法、工程经验类比法、图解法、专家系统法、RMR-SMR法等。定性分析方法的优点是能综合考虑影响边坡稳定性的多种因素,对于地质条件复杂的矿山边坡,该方法能够快速地找出边坡潜在破坏模式和破坏机理和发展趋势,指导后续的定量研究[34]。其缺点是包含许多人为因素,类比条件因时因地而异,对分析者的工程经验要求较高,有时不同的工作人员对同一个不稳定边坡或滑坡可能会得出互相矛盾甚至是相反的结论。

在金属露天矿边坡稳定性分析中,应用较为普遍的有工程经验类比法和图解法。图解法主要有两种,即极射赤平投影图和实体比例投影图,现在用得比较普遍的是极射赤平投影图。

2.2.1.1 工程经验类比法

工程经验类比法就是将已经开采矿山的边坡稳定性评价结果和经验应用到工程地质条件与之相似的同类矿山的边坡设计中,以类比矿山的稳定边坡要素,作为拟建矿山的设计值,有时也称为模拟设计方法。工程经验类比法应全面分析比较边坡工程与已有边坡的自然环境、岩性、地质构造等工程地质条件;边坡岩体结构特征、风化和蚀变状态、构造节理、风化裂隙和卸荷裂隙等各种结构面特征、岩土体物理力学性质等工程地质条件;地表水和地下水补给、径流和排泄等水文地质条件;设计开采深度、规模、采矿方法、采场大小及形状及服务年限等开采设计要求;已经发生和可能发生的边坡变形和破坏模式、变形破坏的内在控制因素和外在激发条件、发育阶段、发展趋势等地质灾害条件等方面的相似性,比拟评价边坡工程的稳定性和发展趋势,并对下列不利条件进行重点分析:

(1)边坡及其邻近地段滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象;

(2)岩质边坡中的泥岩、页岩等易风化、软化、泥化岩层或软硬交互的不利岩层组合;

(3)土质边坡中网状裂隙发育,软弱夹层,或边坡体由膨胀岩土组成;

(4)控制边坡总体稳定性的大型不连续结构面的主要特征、分布情况;软弱结构面与坡面倾向一致;或交角<45°且结构面倾角小于坡角;或基岩面倾向坡外且倾角较缓;

(5)地层渗透性差异大,地下水在弱透水层或基岩面上积聚流动,断层及裂隙中有承压水出露;

(6)坡上有漏水,水流冲刷坡脚或因河水位急剧升降引起岸坡内动水压力的强烈作用;

(7)边坡处于强震区或邻近地段采用大爆破施工。

一般认为工程经验类比法是准定性的,而计算法(极限平衡法、有限单元法等等)是定量的,并认为计算法比类比法的精度和可靠性高。其实,任何一种方法的使用都是有条件的和有其自身难于避免的局限性,若对边坡的工程地质条件不清楚,缺少可靠的岩土体物理力学参数值,特别是在对边坡变形破坏的边界条件认识有误时,计算所得边坡角虽然看上去精确,其实误差会很大,更谈不上可靠;相反,如果工程经验类比法所考虑的比拟矿山与模型矿山之间主要工程地质条件相似性很高,加之所选用类比模型矿山边坡有多年工程实践经验,这在数值计算中是难以考虑的。据此可以认为工程经验类比法同样具有较高的精度和可靠性。

总之,工程经验类比法的主要优点是以工程实践为依据,简单易行,易于设计者掌握和应用,并且设计周期短,可以减少大量的工程地质勘测投资。随着信息技术的发展和工程实例的增多,设计者经验的丰富和水平的提高,工程经验类比法仍然会得到广泛的应用和发展[8]。(www.daowen.com)

为了进一步说明此方法,现把《工程地质手册(第五版)》中的自然斜坡类比法进行表述,把类比思路作为参考,尽管实际露采矿山边坡工程稳定性类比设计,考虑的因素和类比过程均比这复杂得多。其方法原理及步骤如下:

①自然斜坡的外形受地质结构、岩性、气候条件、地下水赋存状况、坡向等诸多因素影响。由于重力因素的作用,通常稳定的高坡要比稳定的低坡平缓。

②影响斜坡的重力、岩性、岩体结构构造、气候条件、坡向相同时,人工边坡可比自然斜坡维持较陡的坡度。

③稳定的自然斜坡的高度和坡面投影长度依循下列关系:

H=aLb  (2-0)

式中:H——自然斜坡高度(m);L——自然斜坡坡面水平投影长度(m);

a——常数;b——指数。

④将同一种斜坡调查所得H、L数据绘于双对数坐标纸上,可得到一条斜率为b的直线。对于不同斜坡调查的结果所绘制的各直线有会聚的趋势,根据经验该会聚点应标为H=3050m,L=22800m。

⑤把所调查的“样板”稳定边坡的坡高和坡面水平投影长度与上式联立方程,解出常数a和b,再根据将要类比的边坡高度H或者水平投影长度L,即可求出类比边坡的设计坡长L或坡高H,则可求出相应的边坡角。

当然,矿山露采边坡角的类比比这复杂得多,因为还涉及到边坡结构和边坡分区分带特征,不同地段边坡破坏模式、边坡安全平台和清扫平台宽度及其组合形式等方面。

2.2.1.2 极射赤平投影法

极射赤平投影(Stereographic projection)简称赤平投影,主要用来表示线、面的方位、相互间的角距关系及其运动轨迹,能够把物体三维空间的几何要素(如层面、节理面等以及两面的交线关系等要素)投影成为二维投影平面上的各条弧线,进而分析它们之间的组合关系及可能的破坏类型。它是一种简便、直观的定性分析方法,又是一种形象、综合的半定量图解法。但它不涉及结构面的大小、线的长短、点与点之间的距离等。由于其投影方法在《构造地质学》《水利水电工程地质手册》和《工程地质手册》等书籍中有详细介绍,此不赘述。现在已经开发出居于电子表格应用的小软件[44],直接应用即可,可以求出各种结构面的交线产状、节理密度图,以及节理走向和倾向玫瑰花图。

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