采矿场西帮边坡工程地质特征及稳定性研究

陈元勇

(江西交通职业技术学院，江西 南昌 330013)

1 引 言

露天矿在开采的过程中，原始边坡体随着应力重分布等影响，导致边坡体发生不同程度的破坏变形。露天矿西帮边坡由于受到燕门凹断层影响，坡体内节理发育，并且有地表、地下水的影响，导致目前边坡稳定性较差。随着边坡的变形不断发展，势必会对矿场开采和周边造成危害，因此需要对边坡加以研究治理。准确分析边坡变形特征，找出其中的原因，方可提出合理的治理措施，从而为矿场的安全开采提供必要的保障。

2 边坡工程地质特征

2.1 边坡基本特征

目前，露天矿西帮开挖所形成的边坡宽度为1 125～1 255 m，高度在80～125 m之间，共分布有十几个原设计标高台阶，各台阶平行于西帮边坡走向分布。边坡总设计坡角为43°左右，其后为高度30～50 m、坡角26°～36°的顺坡向自然山体斜坡。西帮北段受断裂带的影响明显，岩体多松散破碎，力学性质较差，大多已形成一面坡的地貌形态；西帮南段距断裂带较远，岩体完整性相对较好，但受到节理切割作用，出现了不同程度的垮塌现象。

2.2 边坡地质结构构造

西帮采场边坡及其后山体主要第四系冲洪积卵砾石层、安山玢岩和人工堆积碎石土组成。其中安山玢岩分布在整个西帮，质地坚硬。第四系冲洪积卵砾石层集中分布在西帮南侧安山玢岩上，为西川河河流堆积物，卵砾石母岩成分为花岗岩、安山玢岩等，分选较差，砂质充填，结构松散，出露厚度约2～6 m。第四系人工堆积碎石土分布在西帮北侧安山玢岩和南侧冲洪积卵砾石层上，为人工堆积的废矿渣，碎石成分主要为安山玢岩，磨圆较差，棱角状～次棱角，无分选，质地松散。

2.3 边坡水文地质条件

采场西帮的水体主要分为地表水和地下水两类。其中地下水按照赋存情况、岩土体结构特征又分为第四系孔隙水和基岩裂隙水两类。

(1)地表水

西帮地表水主要为西川河内的水流，发源于矿区西北部高山区山麓，全长8.5 km，主要补给源是大气降雨，水流沿着地形自西向东流至矿区西侧的拦水坝处，后经坝后的西川河排洪洞排泄至南侧的文峪河内。

(2)地下水

第四系孔隙水：主要分布在西川河内的第四系冲洪积卵砾石层和上部的人工堆积碎石土的孔隙内，受大气降水补给。其中发现该边坡与北帮交汇的北段边坡一带在雨季期间，坡面常有水流出，局部呈瀑布状。该水流少部分渗入边坡1 164平台的排水渠向矿坑外排泄，大部分则沿破碎基岩内的裂隙渗入矿坑。调查发现，该水体主要为西帮与北帮交汇地段上部较厚层的松散堆积物内的地下水向下排泄而成。另外，北帮上部地表排水渠在该地段出现下沉开裂现象，其内的一部分水体由此排泄出来。

基岩裂隙水：主要分布于安山玢岩内，由于受构造运动的影响，岩体内节理发育，再加上后期人工开挖、放炮振动、边坡卸荷等作用的影响，边坡岩体完整性很差，其裂隙水很不发育。

3 边坡工程地质问题

3.1 边坡变形破坏特征

在西帮公路上发现多条长大裂缝，其裂缝主要平行西帮边坡，沿公路方向延伸，有的横向贯穿路面，其中最大裂缝长度约70 m，宽度15～20 cm，可见深度大于1.5 m。后经过多次观测发现，上述裂缝有明显加宽增长的迹象，反映该地段边坡稳定性差，其失稳将影响到露天矿的正常生产与安全。后期该边坡进行了分台阶削坡处理。削坡后人工开挖边坡与其后的自然山体斜坡连成一体，形成了统一的一面坡状，坡高达到100 m以上，整体坡角在30°～43°之间。

3.2 边坡稳定性分析及评价

为了查明该段边坡的稳定性状况及未来边坡发展情况，首先对现有边坡的变形破坏规律和变形破坏模式进行研究，在此基础上对该段边坡进行稳定性分析及评价。

(1)变形破坏规律

为了研究西帮边坡的变形特征，通过在破坏最为严重的1 164平台变形体上设置了深部测斜孔和地表位移简易观测点，分别对其深部变形及地表变形进行监测。

深部变形监测结果显示，该处边坡在1 164平台由地表向下位移量逐渐减小，其中9.5 m处出现明显变化。反映该段变形体整体向外倾斜的变形特征，同时可以判断此变形体已出现浅层滑动变形破坏。根据监测数据，在1 164平台之下未见显著剪出迹象，表明该处变形体虽有滑移面存在，但滑面未完全贯通。

(2)变形破坏模式

该边坡主要发育有22°～25°∠65°、80°∠76°两组节理，推测北侧165°∠45°的断层可能与其中一组节理形成不利边坡稳定的组合，使得较破碎的岩体在人工爆破和降雨等因素的诱发下发生楔形体破坏。根据西帮赤平投影图(如图1)分析知，该段边坡变形主要为产状165°∠45°的断层与产状22°～25°∠65°的一组节理形成不利组合，而80°∠76°节理主要起到切割岩体的作用，进而发生楔形体破坏，又由于该断层为中高角度断层，所以西帮北段北部边坡为深部破坏。

图1 西帮边坡结构面赤平投影图

4 变形破坏原因及稳定性评价

4.1 西帮边坡地形特征

该段边坡在1 240 m以上为高30～50 m的自然斜坡，坡角25°～35°之间，其下为人工开挖所形成的高度在80～85 m之间，坡体角度43°左右，单台阶为65°～80°的高陡边坡，这种既高又陡的边坡是坡体变形破坏的有利条件。

4.2 西帮边坡地质构造特征

西帮采场边坡主要由硬脆碎的安山玢岩组成，由于受燕门凹断裂的影响，岩体内节理发育，这些极其发育的结构面导致该地段山体的完整性极差，多呈碎裂～碎裂块状结构，整体工程性能很差。另外，结构面在边坡局部地段出现明显不利于边坡稳定的组合，是该段边坡变形破坏的物质基础。

4.3 外界诱发因素

这些工程性能很差的边坡岩体及影响边坡稳定的结构面相互组合，为高陡边坡的变形破坏提供了前提条件。后期边坡在持续降雨期间，原有裂缝不断加大加深，同时产生新的裂缝和变形体，故长期降雨是边坡变形破坏最直接的诱发因素。此外，采矿放炮时反复振动荷载使得岩体更加破碎，是促使边坡变形破坏的又一因素。

5 结 论

(1)采矿场西帮受到节理、断层的切割作用，西帮边坡出现不同程度的垮塌现象。同时，该段边坡既高又陡，岩体十分破碎，加之水体的作用，使得该段边坡除目前的坡面冲刷破坏外，存在整体失稳下滑的可能。建议对该段进行削方放坡措施，并且加强排水措施。

(2)边坡变形体整体向外倾斜的变形特征，同时可以判断此变形体已出现了潜在的滑面，且为浅层变形破坏。在坡体中部有一组节理形成不利边坡稳定的组合，使得较破碎的岩体在人工爆破和降雨等因素的诱发下发生楔形体破坏。尽量减少放炮振动、局部采取锚索加固、表面喷浆防护等工程措施的情况下，可增加该地段边坡的稳定性。