摘要:本文在室內巖石物理力學試驗和邊坡結構面野外調查分析基礎上,充分考慮結構面對邊坡巖體質量的影響,采用CSMR法對邊坡巖體質量進行了系統分級,為下一步的邊坡穩定性分析和開采境界優化提供了依據。
　　關鍵詞：礦山；邊坡結構；分級研究
　　引言
　　據中國若干大中型露天礦山的不完全統計,不穩定邊坡或具滑坡危險的潛在不穩定邊坡占邊坡總長度的15%～20%左右,個別露天礦山甚至可高達30%以上。露天礦邊坡巖體質量分級和穩定性研究直接影響或困擾著露天礦山的安全生產與經濟效益,是一項復雜的系統工程問題。合理的邊坡巖體質量分級,對于客觀反映邊坡巖體的物理力學特性、巖體結構特征、評價邊坡穩定性和制定工程處理措施是十分重要的。
　　該礦現采用露天開采,最終邊坡高度可達260m,設計最終邊坡角為上盤48°,下盤50°,端幫50°,開采終了時階段坡面角為65°,生產時階段坡面角為70°。根據該礦開采現狀,已形成1070m、1080m、1090m、1100m、1110m、1120m橫采臺階,礦山邊坡在開挖過程中,由于臨空面和結構面的組合切割,出現了較小規模的塊體變形失穩。隨著開采的進一步深入,由于坡高不斷增大,邊坡發生大規模破壞的可能性也隨之增加。
　　1CSMR法簡介
　　目前,國內外邊坡巖體質量分類方法主要有SMR法(Romana,1985)、各類修正的SMR法,CSMR法分類體系在SMR體系的基礎之上納入了坡高修正系數及結構面條件系數。其具體表達式如下:
　　CSMR=ζRMR-λ(F1×F2×F3)+F4(1)
　　式中:CSMR為CSMR法巖體質量分值;ζ為坡高修正系數,ζ=0.57+0.43(hr/h),其中,h為邊坡高度(m),hr為常數,80m;RMR為比尼威斯基(Bieniaw－skizt)提出的巖體質量分類體系的分值,其分類因素及評分標準;λ為結構面條件系數(見表1);F1為邊坡中不連續面傾向與邊坡傾向間關系調整值;F2為不連續面傾角大小調整值;F3為邊坡中不連續面傾角與邊坡傾角間的關系調整值;F1、F2、F3取值見表2。F4為通過工程實踐經驗獲得的邊坡開挖方法調整值,其取值見表3。
　　表1結構面條件系數
　　
　　表2不連續面產狀調整值
　　
　　注:P為平面破壞;T為傾倒破壞;αs為邊坡傾向;αj為不連續面傾向;βs為邊坡傾角;βj為不連續面傾角
　　表3邊坡開挖方法調整值
　　
　　經公式(1)的組合計算即可得到如表4所示的邊坡巖體CSMR值。
　　表4CSMR分級描述表
　　
　　2礦邊坡工程地質條件
　　邊坡產狀大體為205°∠70°,巖層產狀為(195°～215°)∠(75°～80°),巖層較薄,層間充填物較少,以石英、綠泥石與泥質膠結為主。由于地表第四紀覆蓋層較薄,開挖后,地表的堆積物風化嚴重,因此在接近地表較高的開挖平臺,巖體大多灰黃色,很破碎,隨著開挖的深入,巖體強度變高,少量破碎帶多集中出現。由于覆蓋層的存在,地表水容易沿節理裂隙滲入巖體深部,使部分深層的巖體節理面出現褐黃色鐵質浸染或不均勻的風化帶等軟弱夾層。總體上,該區域地下水不發育。邊坡巖體結構見圖1,邊坡現場工程地質勘察在共布設了3條具有代表性的測線(圖1為其中之一),測量指標包括結構面出露位置、傾向、傾角、跡長、張開度等;調查內容分為巖性、結構面類型、粗糙度、起伏特征、充填物、滲水性及巖體和結構面風化程度等。現場調查結果表明,主要發育2組節理見圖2,其產狀為(300°～310°)∠(60°～70°),(115°～125°)∠(80°～90°),節理間距一般在30～45cm之間,節理面張開度小于1mm,并呈褐黃色鐵質浸染。
　　
　　圖1邊坡巖體結構現場調查
　　
　　圖2結構面極點等密度圖
　　現場地質調查過程中,在巖性具有代表性的不同地段割取相關巖樣,進行室內物理力學性能實驗,結果如表5所示。
　　表5變粒巖物理力學參數
　　
　　3邊坡巖體質量分級
　　根據邊坡工程地質條件,結合相關物理力學試驗,計算相應區段內各CSMR參數。該段邊坡的RMR值分級結果如表6所示。由工程地質條件可知,邊坡產狀為205°∠70°,不連續面主要有巖層產狀(195°～215°)∠(75°～80°)和2組傾向相反的節理。邊坡巖體層與層之間充填有泥質夾層或為貫通裂隙(根據表1,取λ=1),不連續結構面的張開度小于1mm,呈鐵質浸染。邊坡質量分級時,不連續面產狀調整主要考慮巖層產狀的影響,結構面條件系數如表7所示。
　　表6邊坡巖體質量RMR分級
　　
　　表7不連續面產狀調整值
　　
　　該礦的爆破開挖方式為一般爆破,根據表3,取F4為0。
　　目前,邊坡的最大高度為70m,根據坡高修正系數的公式可計算得:坡高修正系數ξ為1.13,將上述各參數帶入公式(1),即可獲得該段邊坡的CSMR值為
　　:CSMR=ξRMR-λ(F1×F2×F3)+F4=1.13×66-1.0×(0.85×1.0×6)+0=69.5。
　　根據表5,可確定該區域的邊坡巖體質量為Ⅱ級(好巖體),可能出現的破壞方式為小規模的塊體破壞。
　　若根據既有的開采設計,開采到950m水平,則最大坡高為200m,根據坡高修正系數計算公式,可計算得坡高修正系數ξ為0.92,將各參數帶入公式(1),可獲得該段邊坡的CSMR值為55.6,該區域的邊坡巖體質量為Ⅲ級(一般巖體),可能出現的破壞方式為一些不連續面構成平面或楔體破壞。
　　4結論與建議
　　綜上所述，本文應用CSMR法對研究區域的邊坡巖體進行了系統分級,結果表明區內巖體較完整,邊坡穩定性整體較好。根據邊坡巖體結構面的發育情況可確定目前開采水平階段的邊坡巖體質量Ⅱ級,隨著開采水平的降低和邊坡高度的增大,邊坡巖體質量會逐漸降低為Ⅲ級,在進行境界優化時,宜分段采用合理的邊坡角,在靠幫爆破時必須采用控制爆破手段,必要時,可局部加固。
　　此外,礦區位于寒區,在對邊坡巖體進行質量分級時,現有的CSMR分級法未充分考慮反復凍融循會降低邊坡巖體質量,建議在做邊坡穩定性分析時,應根據寒區氣候特點,充分考慮凍融作用對巖質邊坡的影響。