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        某礦區(qū)特大地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)理與防治技術(shù)

        2018-08-05 04:01:04
        世界有色金屬 2018年10期
        關(guān)鍵詞:滾石墊層裂隙

        任 帥

        (湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局417隊(duì),湖南 衡陽 421001)

        礦區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的的滾石,這些滾石的大小各部相同,最小的滾石的直徑只有幾厘米,最大的滾石的直徑則有幾米,各別滾石的直徑甚至達(dá)到幾十米,滾石的質(zhì)量大,從高出向低處滾動(dòng)具有較強(qiáng)的破壞性。崩塌滾石地質(zhì)災(zāi)害在我有著廣泛的分布,例如我國湖南某礦區(qū)就發(fā)生了崩塌滾石災(zāi)害,并且造成較為嚴(yán)重的影響,因此加強(qiáng)對(duì)其形成的力學(xué)機(jī)理的研究,做好相應(yīng)的防治技術(shù)分析,對(duì)于控制崩塌滾石地質(zhì)災(zāi)害對(duì)湖南地區(qū)的破壞來說有著重要意義。

        1 各項(xiàng)因素對(duì)礦區(qū)特大地質(zhì)災(zāi)害形成中的作用

        1.1 礦區(qū)特大地質(zhì)災(zāi)害形成中地震起到的作用

        在發(fā)生地震后,會(huì)出現(xiàn)上下振動(dòng)現(xiàn)象,這將會(huì)導(dǎo)致引起崩塌的巖體發(fā)生松動(dòng),而因?yàn)榈卣鹨鸬淖笥一蝿?dòng),有可能會(huì)導(dǎo)致崩塌巖體發(fā)生折斷,同時(shí)因?yàn)榈卣鸬幕蝿?dòng)原因,將會(huì)導(dǎo)致山體上石塊具有大量的能量,當(dāng)這個(gè)能量達(dá)到一定值后,石有可能會(huì)被拋出,從山體上向下滾動(dòng)[1]。

        1.2 礦區(qū)特大地質(zhì)災(zāi)害形成中水的所用

        災(zāi)害發(fā)生過程中,起到作用的水主要為河水、地表水,其會(huì)對(duì)坡腳造成一定沖刷,這種沖刷作用會(huì)導(dǎo)致坡腳懸空,從而將會(huì)發(fā)生崩塌;崩塌體受各項(xiàng)因素的影響,會(huì)出現(xiàn)大量的裂縫,而在沒有外界因素的影響下,大量的水會(huì)逐漸深入到裂縫中,此時(shí)水土?xí)?duì)崩塌體造成影響,也就數(shù)我們常說的水劈作用,而在氣溫較低的時(shí),水將會(huì)結(jié)冰,結(jié)冰后,水的體積將會(huì)變大,這將會(huì)增加礦體裂隙深度,這也就是我常說的冰劈作用[2]。

        1.3 礦區(qū)特大地質(zhì)災(zāi)害形成中受人行為的作用

        地質(zhì)災(zāi)害的形成受到許多因素的影響,而在諸多影響因素中,人類行為是其中最為重要的一項(xiàng)誘發(fā)因素,例如工程建設(shè)過程中,會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的擾動(dòng),而該擾動(dòng)情況的發(fā)生,將會(huì)打破礦體原平衡,知識(shí)巖體內(nèi)的原應(yīng)力被打破,應(yīng)力將會(huì)重新分布,這將會(huì)導(dǎo)致巖體裂隙不斷加大,出現(xiàn)嚴(yán)重的斷裂現(xiàn)象,從而使巖土體失穩(wěn),形成崩塌滾石災(zāi)害。

        2 礦區(qū)特大地質(zhì)災(zāi)害的形成機(jī)理

        處于地震區(qū)域的礦體隨時(shí)都受力作用的影響,并且處于不同位置的邊坡,受拉剪作用影響,礦體裂縫擴(kuò)展方向也會(huì)有所不同[3]。從實(shí)際情況來看,處于迎坡面的拉剪裂隙通常都會(huì)朝著內(nèi)部方向拓展,因此,通常并不會(huì)引發(fā)崩塌滾石,而處于背坡面的滾石,則會(huì)向外拓展,容易引發(fā)滾石災(zāi)害,這也就是崩塌災(zāi)害出現(xiàn)時(shí)的方向效應(yīng)。

        圍巖中存在大量的裂縫,如果這些裂縫在漫長的發(fā)展過程中擴(kuò)張到一定深度,大量的雨水會(huì)填充到裂隙中,受雨水作用的影響,裂縫有可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展。需要注意的是,只有裂縫的具體深度超過臨界值時(shí),裂縫的積水才會(huì)導(dǎo)致裂縫繼續(xù)擴(kuò)張,最終引發(fā)崩塌滾石災(zāi)害。

        礦體開挖卸荷會(huì)導(dǎo)致礦體中存在的應(yīng)力被重新分布,這一現(xiàn)象的存在,將會(huì)導(dǎo)致原本處于壓剪狀態(tài)巖體內(nèi)的裂隙出現(xiàn)失穩(wěn)擴(kuò)展,從而出現(xiàn)卸荷損傷[4]。相應(yīng)的研究結(jié)果表明:礦體裂隙原本處于穩(wěn)定狀態(tài),如果受到挖卸荷載影響,裂隙可能會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)擴(kuò)展,從而導(dǎo)致巖體出現(xiàn)較為嚴(yán)重的卸荷損失,將會(huì)引發(fā)災(zāi)害。

        3 防治礦區(qū)特大地質(zhì)災(zāi)害合理技術(shù)

        3.1 新型棚洞技術(shù)

        棚洞結(jié)構(gòu)是防護(hù)礦區(qū)特大地質(zhì)災(zāi)害的一項(xiàng)有效的措施。對(duì)傳統(tǒng)的棚洞進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn),其是將一定厚度的砂礫石墊層覆蓋在棚洞頂板處,通過對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用,達(dá)到吸收能量的作用,從而降低滾石對(duì)防護(hù)結(jié)構(gòu)造成的沖擊。但是,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析會(huì)發(fā)現(xiàn),如果墊層過厚,會(huì)增加棚洞自身的重量,增加工程成本,這會(huì)對(duì)該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與推廣造成制約[5]?;诖?,提出了一種新型滾石棚洞結(jié)構(gòu),利用能耗減震器代替?zhèn)鹘y(tǒng)棚洞結(jié)構(gòu)中的砂墊層,通過對(duì)其進(jìn)行利用完成對(duì)滾石能量的吸收,從而使棚洞結(jié)構(gòu)的剛度得到優(yōu)化,達(dá)到減少能耗、減少結(jié)構(gòu)自重的最終目的。耗能減震滾石棚洞結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 耗能減震滾石棚洞結(jié)構(gòu)

        3.2 聚苯乙烯泡沫復(fù)合能耗墊層結(jié)構(gòu)

        棚洞墊層在具體應(yīng)用過程中能夠起到一定緩沖能耗的作用。在具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,將聚苯乙烯泡沫+土層復(fù)合墊層結(jié)構(gòu)鋪設(shè)在棚洞頂板出,通過該結(jié)構(gòu)形式,可以最大程度消耗滾石中存在的沖擊能量,在具體研究過程中,可以將靜力壓痕跡試驗(yàn)應(yīng)用到能耗減震機(jī)理中,從而獲取到接觸力與壓痕在卸載和加載時(shí)的關(guān)系曲線,為結(jié)構(gòu)的制作提供相應(yīng)的支持。

        除此之外,研究人員還研發(fā)土工格柵+聚苯乙烯泡沫符合墊層結(jié)構(gòu),將該結(jié)構(gòu)類型與傳統(tǒng)的墊層進(jìn)行對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn),該墊層在降低滾石沖擊力方面優(yōu)勢明顯,同時(shí)利用土工格柵墊層效應(yīng),降低了棚洞板上的荷載大小,可以依據(jù)具體情況,適當(dāng)?shù)慕档团镢~板中的配筋率,減少其厚度,在確保防護(hù)效果能夠達(dá)到要求的情況下,提高工程的經(jīng)濟(jì)效益。

        4 結(jié)語

        我國山區(qū)礦產(chǎn)較多,并且這些礦區(qū)經(jīng)常會(huì)發(fā)生各種各樣的地質(zhì)災(zāi)害,地質(zhì)災(zāi)害顯現(xiàn)的存在,會(huì)對(duì)礦區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),以及礦區(qū)周圍人們的日常生活造成不良影響。因此,人們應(yīng)當(dāng)通過科學(xué)方式,對(duì)礦區(qū)特大地質(zhì)災(zāi)害的形成規(guī)律進(jìn)行分析,并且在此基礎(chǔ)上,采取相有效的措施進(jìn)行防治,最大程度降低礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害造成的危害。

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