四川金顶(集团)峨眉水泥厂石灰石矿山边坡稳定性问题的探讨
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摘要:四川峨眉水泥厂石灰石破碎站北边坡由于基坑开挖形成四个台段人工岩质边坡，危岩体分布较多，尤其是表层岩体在降水、地震及工程开挖等影响下出现了滑塌、危岩体及松驰张裂等变形破坏，稳定性差。根据该边坡岩土工程条件及岩体结构特征，对整体及各台段边坡稳定性提出了稳定性评价和边坡整治方案。
关键词:磁石矿山；稳定性评价；边坡整治方案
中图分类号:U412 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2011)24-0057-03
一、概述
四川金顶(集团)股份有限公司峨眉水泥厂70万吨技改工程石灰石破碎站北边坡位于黄山矿区罗沟东侧，新建破碎站北边。由矿山降段开采及新建破碎站基坑开挖，形成一人工岩质边坡，边坡高度约60m，长约70～90m，走向Nw，倾向sw，总体坡角44℃～53℃，迎坡面形成642～655m、655～670m、670～685m、685～700m四个台段，各台段边坡均较陡，坡角约45℃～64℃，边坡坡向与岩层倾向相反为逆向坡，边坡坡面凹凸不平，边坡存在有两组外倾结构面，破坏后果严重，边坡局部已发生滑塌，并多处形成危岩，若边坡或部分台段失稳，将直接威胁新建破碎站设备及人身安全，导致70万吨生产线无法正常生产甚至停产，也易导致交通阻断，造成系统无法检修。按《建筑边坡工程技术规范》(GB50330 2002)其工程安全等级应为一级。
二、区域地质概况及边坡岩土工程条件
(一)自然地理及气象
本区属四川盆地湿润气候区，全年四季分明，气候潮湿多雨，月平均气温4.5℃～30.5℃；月极端气温4.4℃～38.3℃(8月份)；历年平均相对湿度80％:年最大降雨量21 59.7mm；年平均降雨量1555.9mm；夏季主导风向SW；冬季主导风向NE；年平均风速1.1m/s；最大风速12.0m/s。
(二)地层岩性
据1/5万峨眉幅和沙湾幅区域地质资料显示，区内出露地层有:奥陶系砂岩、二迭系灰岩、玄武岩及砂泥岩，三迭系灰岩和砂泥岩，侏罗系～第三系砂岩、泥岩(红层)，第四系松散层。破碎站北边坡出露地层为二迭系下统阳新灰岩(Ply)。
(三)地质构造及地震
1.褶皱。工程区在区域上位于川西台陷的龙泉山穹褶束与峨眉山断拱之峨边穹断束相交之东侧。区内主要褶皱构造为二峨山背斜，核部为寒武系和奥陶系，两翼依次为二迭系、三迭系。北西翼陡，南东翼稍缓，属两翼不对称背斜。工程区处在该背斜北西翼，地层走向近东西向，倾向由西至东渐变为20℃～38℃，倾角近轴部平缓(17℃～20℃)，向翼部变陡(4050℃68°)，岩层呈微弧形单斜层状产出。受断层构造影响，边坡区附近地层略有倒转，向东地层倒转逐渐加剧，倒转产状为:走向N30°～55°w，倾向sw，倾角78°～56°。
2.断裂。区内断裂构造主要分布有行排列的丰都庙断层、文昌庙断层、鱼洞口断层和黄山断层。断层走向N45°～60°w，倾向南西，倾角60°～75°，为Ⅰ～Ⅱ级结构面。
3.地震。工程区处于我国南北地震带中南段之东侧，与地震活动性强的龙门山地震带、安宁河地震带毗邻，为其地震波及区。晚近期，区内沿断层历史上多次发生中等强度地震(2～5级)，震中烈度5度。综上，工程区及附近地震活动微弱，不存在发生中强地震的地质背景和孕震条件，主要受地震的影响，历史地震对场区影响均小于7度，区内新构造运动相对稳定。根据《中国地震动参数区划图》(GBl8306-2001)，本区地震基本烈度为7度，建筑抗震设防烈度为7度，地震峰值加速度O.10g，地震动反应谱特征周期O.30s。
(四)边坡水文地质特征
区域上地下水可分为三大类型:松散岩类孔隙潜水、基岩裂隙水及岩溶水。本边坡区地下水主要为岩溶水，但埋深较大。工程区潮湿多雨，整个边坡区汇水面积约55×104m2。边坡区基岩，无地表水体分布。岩体节理裂隙发育，岩体较破碎，透水性强。且与罗沟紧邻，大气降水沿斜坡向山下及沿裂隙向深部排泄，通过钻探及注水试验，边坡区岩体渗透系数一般K=4.00～19.04m/d，平均11.25m/d，局部地段可达439.23m/d，从注水试验结果看，边坡区岩体渗水性较强。
(五)边坡变形破坏特征
边坡岩体变形破坏主要表现为滑塌、危岩体及松弛张裂。
1.滑塌:边坡区岩体受裂隙切割产生了楔形体或板状岩块(体)，在重力作用下滑塌，堆积于坡脚。滑塌现象发生于边坡中部(Ⅱ线670～685m台段)。
2.危岩体:边坡岩体裂隙发育，岩体受垂直边坡走向的两组裂隙和平行边坡走向、倾向坡内的一组裂隙切割，上述三组裂隙、延伸长度一般数米～数十米，将岩体切割呈块状，构成危岩体边界条件；边坡发育的中倾坡外结构面，延深长度数米至20余米，形成潜在滑动面，加之前缘存在临空面，在重力和各种地质外营力作用下，岩体已发生强烈松动变形，局部有倾倒变形现象，后缘可见拉裂缝，形成危岩体。
3.松弛张裂。指边坡由于卸荷回弹而出现张开裂缝的现象，它是边坡应力调整过程中的变形和破坏。边坡松弛张裂主要分布于各台段边坡坡顶危岩体后缘，拉张裂缝地表宽，向深部变窄，地表宽度5～10cm，最大可达20～30cm，长度4～9m，最长可达18.50m。
三、边坡稳定性分析和评价
(一)边坡稳定性分析
该边坡为岩质边坡，高44～45m，最高58m，边坡总体坡角43～53°。边坡岩层走向与边坡走向行，倾向坡内，属逆向坡，边坡岩石为石灰岩，属坚硬岩类。685～700m、655～670m台段为块状岩体；670～685m台段存在破碎岩体，影响边坡的局部稳定。虽然存在中倾坡外的结构面，但是根据地表地质测绘，它们的延深一般为数米至20余米，仅贯穿台段边坡，未能贯通整个边坡。而且目前边坡也未见整体变形破坏迹象。因此，该边坡整体处于稳定状态，但岩体裂隙发育，结构面相互切割，且存在中倾坡外的结构面，倾角小于坡角，影响边坡的局部稳定性。各台段边坡高度一般小于15m，发育有五组优势结构面，用等效内摩擦角和赤平投影图初步分析判断各台段边坡整体和局部稳定较差。
(二)边坡稳定性定量计算
根据边坡工程地质条件和边坡的形态特征，该边坡主要受一组外倾结构面控制，边坡可能的破坏形式为平面滑动型，通过计算模型和六种工况条件(①天然状况、②暴雨状况、③爆破状况、④7度地震状况、⑤爆破+暴雨状况、⑥暴雨+7度地震状况)的确定，根据结构面特征及岩体类别，参照本次结构面室内剪切试验，通过对危岩体反演计算，综合确定边坡稳定性计算岩体物理力学参数，边坡高度、坡角、结构面倾角等为实测值，采用E・Hock岩石边坡稳定系数公式
(三)边坡稳定性评价
1.整体边坡稳定性评价。整体边坡稳定，局部不稳定。经过稳定性定量计算，整体边坡稳定性与结构面贯通率和工况条件存在密切关系。整体边坡Ⅱ、Ⅲ线稳定性较好，在各种工况条件下，n=100％，Ks>1.35，处于稳定状态。I线、辅2线边坡稳定性稍差，工况①，n=100％，Ks>1.35，处于稳定状态。工况②，n=100％，Ks=0.90～0.92，处于不稳定状态，n=80％，Ks=1.24～1.27，处于基本稳定状态；n1.35，处于稳定状态。工况③、④，n=100％，Ks=1.17～1.24，处于基本稳定状态，n1.35，处于稳定状态。工况⑤、⑥，n 100％，Ks=0.77～O.83，处于不稳定状态；n=70％或80％，Ks=1.07～1.31，处于基本稳定状态或临界状态；n1.35，处于稳定状态。据上述分析评价，整体边坡在天然状况处于稳定状态，其它工况条件下，局部不稳定。
2.各台段边坡稳定性评价。经计算及分析整理，各台段边坡稳定性系数(Ks)及稳定性评价见表2:
四、边坡整治方案探讨
1.该边坡危岩体分布较多，规模大小不一，危岩体可采用非爆破清除或加固处理等措施。若采用清除方案，应保证破碎系统设备和人身安全以及危岩体下部相对稳定岩体不受扰动；对体积较大的危岩体建议采用锚固处理措施，锚杆(索)应进入稳定岩体一定深度。
2.对边坡破碎带及卸荷带岩体可采取表面支护(混凝土铺面或喷浆)、锚喷、固结灌浆等处理方案，局部松动块体可采取人工清除。
3.对稳定性较差的边坡，建议采用锚杆(索)、锚喷加固或加强支护处理。
4.从边坡稳定性定量计算结果看，边坡稳定性主要受水作用的影响较大，边坡治理时，应采取防止地表水浸入坡体、冲刷坡面的措施。为了防止坡面岩石掉块及地表水渗入或冲刷，对边坡表面可进行喷浆、混凝土铺面等护坡措施，并做好排水工作。
5.该边坡为高陡人工岩质边坡，工程破坏后果严重，建议对边坡进行变形监测。
6.70万吨技改工程破碎站和原东破系统破碎站，距边坡较近，建议设计整治方案时应考虑破碎机长期振动荷载效应及破碎站运行过程对边坡稳定性的影响。
建议边坡治理方案所需岩体力学参数见表3:
参考文献
[1]岩土工程勘察规范(GB50021-2001)[s].中国建工业出版社,2002.
[2]建筑边坡工程技术规范(GB50330-2002)[s].中国建筑工业出版社,2002.
[3]工程岩体试验方法标准(GB/T50266-99)[S].计划出版社.1999.
[4]工程岩体分级标准(GB50218-94)[s].中国建筑工业出版社.1995.