王 軍

(湖南工程學(xué)院建筑工程學(xué)院,湘潭 411104)

露采邊坡變形監(jiān)測分析

王 軍

(湖南工程學(xué)院建筑工程學(xué)院,湘潭 411104)

根據(jù)實(shí)際鋁土礦露天開采邊坡工程的特點(diǎn),選取具有代表性的斷面進(jìn)行邊坡深部位移監(jiān)測,結(jié)合數(shù)值計(jì)算技術(shù)并對(duì)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行比較分析,反映出邊坡在開挖過程中的實(shí)際狀態(tài).監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明:經(jīng)濟(jì)、合理的位移監(jiān)測方案對(duì)邊坡施工過程中的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)具有指導(dǎo)作用,能得出邊坡在開挖過程中的變形趨勢,工程監(jiān)測、數(shù)值計(jì)算與現(xiàn)場調(diào)查相結(jié)合的技術(shù)手段可為邊坡工程的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供借鑒.

邊坡工程,露天采場,位移監(jiān)測,變形

0 引 言

邊坡工程的監(jiān)測、穩(wěn)定性分析與綜合治理工作是廣大科技工作者從事邊坡工程勘察、設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理必需掌握的基本知識(shí)和技能,同時(shí)也是從事邊坡工程理論研究所必需具備的基本手段.邊坡點(diǎn)多面廣、技術(shù)難度高、管理復(fù)雜,涉及建筑、交通、礦山、水利等眾多工程的建設(shè),其中露天開采是礦山開采中一個(gè)最常見的方式,形成的露天采場邊坡安全性問題是巖土工程及露天開采的重要研究內(nèi)容.然而邊坡穩(wěn)定判據(jù)很大程度上是反映在邊坡巖土體的變形特征上,因此邊坡的變形分析是研究邊坡穩(wěn)定程度的重要途徑之一.

在露采開挖過程中,邊坡的穩(wěn)定性狀況難以確定,并且在開挖過程中或開挖后失穩(wěn)的事故也常有發(fā)生.因此對(duì)邊坡坡體介質(zhì)的應(yīng)力、位移等關(guān)鍵量進(jìn)行跟蹤監(jiān)測和及時(shí)合理的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)是確保工程建設(shè)順利進(jìn)行的重要措施.目前,一般分為開采過程中監(jiān)測和采后的長期監(jiān)測,國內(nèi)外已取得了眾多研究成果[1～4].

文中,主要是根據(jù)某實(shí)際鋁土礦露采邊坡現(xiàn)狀,提出了位移監(jiān)測方案,并綜合利用數(shù)值計(jì)算技術(shù)來驗(yàn)證該監(jiān)測方案的可行性和合理性,這為該類工程的監(jiān)測和治理提供借鑒.

1 工程概況

文中實(shí)例選取河南省境內(nèi)某鋁土露天礦,海拔標(biāo)高 300～400 m,長約 6 km,南北寬約1.7 km.本區(qū)為沉積巖分布區(qū),主要為碎屑巖、粘土巖和碳酸巖.礦區(qū)構(gòu)造簡單,主要為一向北傾斜的舒緩單斜構(gòu)造 ,近東西走向,傾角 12°～13°,無明顯斷裂構(gòu)造 .礦體似層狀、透鏡狀、漏斗狀,平面形態(tài)較規(guī)則,其形態(tài)嚴(yán)格受基底古巖溶地形的控制,底板產(chǎn)狀變化較大,而頂板則較穩(wěn)定.礦體直接頂板多為生物灰?guī)r,顏色為灰色至深灰色,塊狀構(gòu)造,礦物成分為方解石,比較堅(jiān)硬,其上為砂巖、粉砂巖、頁巖夾粘土巖.部分淺層礦層頂板巖層被侵蝕,從而礦層直接為黃土覆蓋.覆蓋層大部分為黃土,厚度為20～30 m不等,占總剝離量的73%,為粉質(zhì)粘土[5].該典型邊坡的平面圖和斷面圖見圖1和圖2.

圖1 型邊坡平面圖

圖2 典型邊坡斷面圖

2 位移監(jiān)測

2.1 監(jiān)測的目的

該露采邊坡監(jiān)測的目的:掌握施工開挖中邊坡的變形發(fā)展方向、大小及發(fā)展趨勢;了解潛在滑動(dòng)帶的區(qū)域及不同介質(zhì)的變形及發(fā)展情況;通過變形觀測,分析滑動(dòng)變形的影響因素;對(duì)邊坡變形做出預(yù)測,為保證該露天采場正常開采提供依據(jù).

2.2 監(jiān)測內(nèi)容

依據(jù)上述監(jiān)測的目的,該露采邊坡變形監(jiān)測的內(nèi)容包括以下方面[6]:

(1)裂縫監(jiān)測

邊坡或滑坡上在出現(xiàn)裂縫的地方不設(shè)簡易監(jiān)測樁、滑坡記錄儀進(jìn)行監(jiān)測,沿裂縫的間距以20～30 m為宜,方向平行于滑坡的主方向或邊坡位移的方向,了解滑體的拉伸和壓縮范圍及新裂縫出現(xiàn)的位置.

(2)深孔位移和滑動(dòng)面監(jiān)測

深孔位移和滑動(dòng)面監(jiān)測由于造價(jià)高,不可能多設(shè)點(diǎn),因此文中只分析兩處典型斷面的監(jiān)測.利用勘探鉆孔,主要設(shè)在滑坡主軸斷面上,斷面上、中、下不少于3個(gè)孔,了解滑體上、中、下部位的位移及滑面的位置和形態(tài).

(3)水平位移監(jiān)測

通過水平位移監(jiān)測,了解測點(diǎn)部位巖土體表層水平位移的大小、方向及發(fā)展趨勢.

2.3 位移監(jiān)測布置

根據(jù)該露采邊坡的特點(diǎn),本文只取一處典型斷面進(jìn)行位移監(jiān)測分析,其它的監(jiān)測情況和穩(wěn)定性的計(jì)算分析筆者另行文報(bào)道.采取在邊坡的底部、中部和頂部布設(shè)地表位移監(jiān)測樁;在坡體的中間臺(tái)階和其上部布設(shè)深部位移監(jiān)測多點(diǎn)位計(jì),具體情況見圖3所示.

圖3 邊坡監(jiān)測儀器布置斷面示意圖

3 變形監(jiān)測成果分析

圖4 水平位移樁監(jiān)測

從圖4可知,坡頂?shù)奈灰茦段灰谱畲?最大值為10mm,隨著時(shí)間的進(jìn)行,位移已逐漸趨近穩(wěn)定;坡中的位移為6mm左右,比較穩(wěn)定;坡腳的位移為3mm,為最小,監(jiān)測數(shù)據(jù)表現(xiàn)出該典型邊坡的變形已趨于穩(wěn)定.經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查,在坡體中僅上部有零星的巖屑滑落,邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài),監(jiān)測結(jié)果與實(shí)際相吻合.限于篇幅文中的監(jiān)測分析僅針對(duì)于水平位移情況,其它結(jié)果見文獻(xiàn)[7].

為進(jìn)一步驗(yàn)證文中監(jiān)測方案的可行性和合理性,對(duì)該典型邊坡進(jìn)行了有限元數(shù)值計(jì)算[7],其水平位移分布圖見圖5.

圖5 邊坡水平向位移(單位:mm)

從圖5可知,在露天礦的開采過程中,坡體呈現(xiàn)出不同的水平位移,最大位移分布在邊坡的上部,其值在10mm左右;最小位移在邊坡的下部,其值在2mm左右,計(jì)算值約小于實(shí)測值,主要是計(jì)算中沒有考慮爆破施工的影響.數(shù)值計(jì)算與現(xiàn)場監(jiān)測較吻合.

綜上所述,工程監(jiān)測、數(shù)值計(jì)算和現(xiàn)場調(diào)查相結(jié)合的技術(shù)手段,可以經(jīng)濟(jì)、合理地得到邊坡工程的監(jiān)測方案,能為邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供依據(jù).

4 結(jié) 論

露采邊坡的監(jiān)測分析和數(shù)值計(jì)算技術(shù)是巖土工程界一個(gè)廣泛關(guān)注的課題之一,應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理、工程計(jì)算與現(xiàn)場施工、設(shè)計(jì)、監(jiān)理相結(jié)合的技能,這是眾多監(jiān)測環(huán)節(jié)中的重中之重,可以對(duì)邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和綜合治理提供借鑒.

[1]束善治,章 林.復(fù)雜條件下露天采場邊坡變形分析[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2000,(2).

[2]劉小平,何志攀,等.人工巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性的監(jiān)測與分析[J].勘察科學(xué)技術(shù),2006,(5).

[3]張志英,何 昆.邊坡監(jiān)測方法研究[J].土工基礎(chǔ),2006,(3).

[4]李小民.竹城公路邊坡全長錨桿注漿支護(hù)參數(shù)優(yōu)化[J].湖南交通科技,2006,(2).

[5]馬全珍,張寶華.鉆孔測斜儀在邊坡監(jiān)測中的應(yīng)用[J].常州工學(xué)院學(xué)報(bào),2005,(S).

[6]朱 健.公路邊坡變形監(jiān)測與分析[J].測繪與空間地理信息,2009,(1).

[7]王 軍.高陡巖土邊坡有限元分析及綜合治理[D].長沙:中南大學(xué)碩士論文,2005.

Analysis on Deformation Monitoring of Open-pit Slope

WANG Jun
(School of Architecture Engineering,Hunan Institute of Engineering,Xiangtan 411104,China)

According to the characteristics of open-pit slope of aluminium-soil ore,the typical representative access section has been choosen for monitoring the slope displacement.The surface displacement and deep displacement are tested to analyze the practical state.The monitoring results and numerical calculation show that the stability can be evaluated and deformation can be obtained in construction by displacement testing.So the technology,which is made up of engineering monitoring calculation and observation on spot can be used to analyze the shope stability.

slope engineering;open-pit;displacement monitoring;deformation

TD176

A

1671-119X(2010)04-0096-03

2010-05-13

王 軍(1978-),男,博士,講師,研究方向:巖土力學(xué)與工程.