赤平极射投影在露采岩体边坡稳定分析中的应用

何伟民　崔建庭　郑云武

摘要：影响岩体边坡稳定的因素主要有地层岩石、地质构造、结构面产状、人工活动等。其中岩体的岩石组成、结构面和边坡角的计算是主导因素。对岩体边坡的稳定性分析，目前为止，还没有一套比较完善的方法。其中赤平极射投影对较坚硬-坚硬的岩石有着很好的效果，是一种定性、简便、有效的分析方法。本文针对新疆东戈壁钼矿床的工程地质特征，用赤平极射投影的方法对岩体边坡进行了分析，对今后同类型矿床边坡的稳定分析具有一定的借鉴和应用价值。

Abstract： The factors influencing the stability of rock mass side slope mainly include stratum rocks， geological structure， structural produce shape ，and human activities， etc. The rock composition， structural plane of rock mass and the calculation of slope angle are the key factors. There is still not a set of relatively perfect method for stability analysis of slope rock mass， so far. Stereoplot has a very good effect on the relatively solid - solid rock， is a kind of qualitative analysis， which is simple and effective. In this paper， according to the engineering geological characteristics of east Gobi molybdenum deposit in Xinjiang， stereoplot method is used to analyze the rock slope， which can provide some reference for the slope stability analysis of similar deposit in the future.

关键词： 赤平极射投影；岩体边坡；结构面；稳定性分析；新疆东戈壁钼矿床

Key words： stereoplot；rock slope；structural plane；stability analysis；east Gobi molybdenum deposit in Xinjiang

中图分类号：P618.65 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）08-0166-03

1 矿区地质背景

1.1 矿区概况

矿区位于东天山南部，哈密市187°方向，东经93°18′30″～93°22′00″，北纬41°54′00″～41°56′00″，海拔高程878.15～956.46m，相对高差70m左右，地形平缓，丘顶多呈浑圆状及鱼脊形。坡度约为10～20°，局部坡度较陡，约为45°，属典型的垄岗状低山丘陵—荒漠戈壁区。

矿区地处亚欧大陆腹地，属温带大陆性干旱气候，年平均降水量为33.9mm，年均蒸发量3222mm，降雨量稀少。水文地质单元属山前盆地，地下水补给类型为大气降水，地表水系极不发育。只有在强降暴雨时，可形成地表暂时性河流。经钻孔揭露地下基本无较大的含水层，水文地质条件简单。

1.2 地层岩性

矿区属北天山地层分区觉罗塔格地层小区，地层呈北东——东西走向，为一倾向北西的单斜岩层，倾角平均65°。岩性主要由石炭系下统干墩组下段（C1gd1）和第四系松散残坡积物（Qhpl）组成。

石炭系下统干墩组为一套陆源碎屑岩—火山岩夹火山碎屑岩组合，以陆源碎屑岩为主，火山岩呈夹层状，地层整体呈弧形，倾向北西或南东，倾角50～75°，局部30～40°，岩性主要为褐黄～灰黑色变质含砾砂岩、砂岩、泥质砂岩～砂质泥岩、泥岩、凝灰岩、安山岩。该层是钼矿体的赋矿层。

第四系松散残坡积物岩性多为砾石质的亚砂土、石英颗粒及基岩砂、泥质的风化碎屑物以及少量的亚粘土等，呈灰黄色、浅黄色。

1.3 地质构造

断裂构造主要发育在东矿段范围内。断裂构造按走向可分为北东、近东西和北西向三组（图1）。

北东（F5）向断层位于矿区中部F1断层的南北两侧，总体呈弧形展布，走向为45°～70°—20°～350°，地表呈“S”形，延伸约1km，宽3～8m。带内岩石强烈破碎，呈碎块状，碎块大小一般1～3cm，具弱褐铁矿化、绢英岩化等蚀变。带内充填多条石英脉，宽10～50cm，石英脉具角砾岩化现象，角砾大小1～5mm。

近东西（F1、F3、F4）向断裂最发育，位于矿区中东部，走向80°左右，错断北东向断裂。断裂带碎裂岩及构造角砾岩发育，具强弱不等的褐铁矿化、绢英岩化等蚀变。地表呈舒缓波状延伸，长度约1.3km，宽4～10m，带内岩石破碎，断层中东部充填有石英脉，宽10～50cm。

北西（F6）向断裂位于矿区西北角，毗邻主矿体西缘，走向160°，倾角75°。出露长度800m，宽3～8m。带内分布着硅化碎裂岩，绢云母化蚀变较强。

2 矿区工程地质特征

2.1 各岩性（岩组）工程地质特征

矿区第四系全新统风化残坡积物（Qhpl）和石炭系下统干墩组下段岩组（C1gd1）分布较广，岩组类型单一。地表岩性主要是变质（泥质）砂岩、变质砂质泥岩及少量的凝灰岩、英安岩及辉绿岩。

2.1.1 第四系松散残坡积物（Qhpl）岩组 岩体松散，呈条带状或浑圆状富集在沟谷、丘坡或地洼处。主要分布着少量的亚粘土、砾石质亚砂土、石英颗粒及基岩砂、泥质风化碎屑物等，岩体平均厚度为5.40m。RQD=0，存在掉快、坍塌的问题，在地层中钻进时，均下有护壁套管。

2.1.2 石炭系下统干墩组下段（C1gd1）岩组 属块状、半坚硬～坚硬岩组类，富集着56%的变质砂质泥岩和变质泥质砂岩，35%的变质砂岩，以及6%的斑状花岗岩。岩石的钻探岩心多以短柱状、长柱状为主，扁柱状次之。

从表1所示岩性RQD值来看，岩石的质量等级基本是Ⅰ—Ⅲ级，岩体中等完整～完整。

2.2 矿体及顶、底板岩石工程地质特征

矿体主要呈细脉状、浸染状、薄膜状赋存于斑状花岗岩体的上部，变质岩只要不赋存辉钼矿，就能发展成为赋矿岩石。

矿体及矿体顶、底板岩石属单轴极限抗压强度为40.00～67.60MPa（如表2）所示、半坚硬～坚硬岩石，少部分岩石抗压强度不足30MPa。

2.3 结构面工程地质特征

矿区内岩石结构面主要为片理、劈理及裂隙，由于岩石风化较强，大部分地表岩石裂隙产状无法测量，所测量的产状均来自槽探工程，片理、劈理化发育较强，组数较多，密度大，最发育的有两组，走向以北东向、北西向为主，倾角65～85°（表3），其力学性质多属压扭性。

深部岩石裂隙较发育，多与岩心轴呈30°、40～45°、50～55°，裂隙多为闭合型裂隙，裂隙面上多见氧化的铁质、绿泥石化、薄膜状钙质及少量的薄膜状、浸染状辉钼矿，局部裂隙被方解石、石英脉充填。线裂频率多在5～15条/m。在构造破碎带及其附近处构造裂隙较密集，且多呈网格状，多组裂隙的互相交错、穿插，破坏岩体的完整性，从而削弱了岩体的力学强度，降低了岩体的稳定性。该发育段对矿体及岩体的稳定性均有一定影响。

2.4 基岩风化带工程地质特征

在地貌、气候和岩性等因素的影响下，矿区地表岩石极易风化、碎裂，基岩风化带深度在2.40～15.19m之间。岩石风化后多为岩石碎片或碎屑。地表石英脉风化后呈角砾状及碎块状，岩石力学强度较低，属软弱～半坚硬岩石类。该工程地质岩组在露采或坑采时，可能会发生坍塌、滑移、崩落等不良工程地质现象。雨季时，还可能会发生少量的漏水、滴水现象。

3 露天采场边坡稳定性分析

组成露天采场边坡的岩性主要为变质砂岩、变质泥质砂岩及变质砂质泥岩。由于在钻进取芯过程中人为地破坏了岩体的原始结构面，无法准确测量其产状。根据首采区境界（近似椭圆形）在矿区中所处的位置，在其四周50m范围内施工宽40～50cm，深1.5～2.0m基坑，然后测量岩体的各结构面产状，结合深部岩石裂隙产状，最后进行综合整理，分别对首采区的四个帮进行赤平投影分析（先假定边坡角为60°）。各帮主要结构面赤平投影见图2、图3、图4、图5（图中J1表示岩层产状，J2、J3、J4为主要节理、裂隙及断层产状）及表4。

由以上初步分析，最终边坡角设计：北帮60°、西帮46°，南帮46°、东帮46°。长沙有色冶金设计研究院对《东戈壁钼矿采选工程可行性研究报告（C1287SQ1）》设计的最终边坡角为47°，二者基本上吻合。

笔者认为，边坡角是根据岩体地质构造而分析做出的结果。此外，地震作用、气候条件、爆破震动、上覆荷载、施工方式等外力地质因素，对边坡的稳定也起着重要作用。要保持边坡的长久稳定，还要靠人工经常维护和边坡加固。

4 结语

赤平极射投影方法仅适用于岩质边坡。该方法根据岩石的结构产状和相互组合交线情况，能够很好、较准确的判断岩体的稳定性，此外利用这种图解方法还可以进一步确定结构体的滑移方向，滑动动态以及稳定程度。总之，赤平极射投影方法在工程地质边坡稳定性分析中具有很好的指导意义。

参考文献：

[1]杨志强，何伟民，等.新疆哈密市东戈壁钼矿勘报[R].河南省地矿局第二地质勘查院，2011.

[2]陆兆臻.工程地质学[M].北京：中国水利水电出版社，1989.

[3]张倬元.工程地质勘察[M].北京：地质出版社，1981.

[4]孙玉科，古迅.赤平极射投影在岩体工程地质力学中的应用[M].北京：科学出版社，1980.

[5]孙玉科，牟会宠，姚宝魁.边坡岩体稳定性分析[M].北京：科学出版社，1988.

[6]毛健全，杨国桢，颐悦.地质构造分析的赤平极射投影方法[M].贵阳：贵州人民出版社，1981.