王萬祿 王黎蝶 侯克鵬 夏鋼源

（1.云南磷化集團有限公司；2.昆明理工大學國土資源工程學院）

巖體的完整性隨著巖體內(nèi)結構面發(fā)育程度的增大而減小，巖體的穩(wěn)定性也隨之降低，進而對邊坡、采空區(qū)等的穩(wěn)定性造成很大的影響［1-2］，因此，對巖體結構面進行調查和分析顯得尤為重要。在對巖體結構地質數(shù)據(jù)進行全面收集和統(tǒng)計的基礎上，將這些結構面數(shù)據(jù)系統(tǒng)而清晰地展現(xiàn)出來，對巖體穩(wěn)定性進行分析和評價，是巖體結構分析中的核心問題［3］。

多年來，為幫助工程人員弄清巖體內(nèi)部的結構面分布特征，許多學者提出了分析方法，如對不連續(xù)面產(chǎn)狀分組的研究常常采用人們熟知的赤平投影、施密特投影等方法；對不連續(xù)面跡長的研究常常采用測線法和半跡長法；對不連續(xù)面產(chǎn)狀優(yōu)勢分組常常采用聚類分析法等［4］。赤平極射投影圖能通過極點投影把巖體結構面的產(chǎn)狀表現(xiàn)出來，可為后續(xù)巖體的穩(wěn)定性評價奠定良好的基礎；張世雄等［5］綜合吳氏投影網(wǎng)和赤平投影的原理，提出極點密度圖來表達巖體結構面分布。尚曉光等［6］詳細闡述了赤平投影的原理，并通過赤平投影和實體比例投影實現(xiàn)了對工程實際邊坡的穩(wěn)定性和運動學分析；楊衛(wèi)等［7］使用詳細線觀測法對自走鐵礦的結構面做了調查，為后續(xù)的分析工作提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。以上都說明了赤平投影法、極點密度圖法、測線法等在巖體結構分析方面具有很強的工程實際應用價值。

本研究綜合利用詳細線觀測法、極點密度圖法、赤平極射投影圖法等對昆陽磷礦二礦露天采場邊坡巖體結構進行調查和分析，論證礦山重點巖體結構的安全性。

1 巖體結構調查及分析

1.1 巖體結構面分級

巖體由于受到多種結構面的切割作用，常常表現(xiàn)出沿著結構面的損壞現(xiàn)象，且損壞程度受結構面大小和種類的影響，進而導致巖體自身的力學特性和穩(wěn)定性大大減弱。因此，弄清巖體內(nèi)部的構造特征是判斷巖體穩(wěn)定性的基礎，這就要求必須對巖體的結構面進行分級。一般從結構面的發(fā)育程度、切割深度、分布規(guī)律、結合模式、走向延伸等方面把巖體結構面分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共5個等級［8］。

1.2 結構面調查及其結果分析

1.2.1 調查方法

對于構造復雜的巖體，通常需要沿著暴露面連續(xù)調查，對于構造簡單的巖體，只需要調查典型區(qū)段。針對后者，首先需要經(jīng)驗豐富的人員進行實地探勘地形和地質情況，并按構造類型對調查區(qū)域進行分區(qū)，盡量保證每個構造區(qū)的邊界和該區(qū)域內(nèi)主要的地質特征（如節(jié)理、斷層、層面及片理面等）相一致，且需滿足巖體構造的主要特征（如巖體構造類型、結構面的規(guī)模、切割程度的大小、水文條件等）盡可能多的相同。調查時，先初步分為幾個構造區(qū)，劃分好構造區(qū)后，再選擇每個區(qū)內(nèi)最具有代表性的區(qū)段進行觀測。

在對昆陽磷礦二礦采場邊坡巖體結構進行調查時，首先使用詳細線觀測法對巖體結構進行調查，接著采用極點密度圖法來統(tǒng)計、分析并確定出優(yōu)勢結構面，進而依據(jù)所確定出的優(yōu)勢結構面方向，并利用相關軟件，繪制出赤平極射投影圖，最后參照優(yōu)勢節(jié)理方向和采場所構成的立體交叉關系，分析巖體結構面對采場邊坡穩(wěn)定性的影響。

在采用詳細線觀測法進行調查時，為了確定每個結構特征的位置，首先需在邊坡坡面布置測線，測線布置在沿邊坡坡面或底板1 m 高度處，測尺沿水平方向放置，且需拉緊。并在開始調查位置設置基點，然后從此處沿著測線開始測定和統(tǒng)計每個構造特征［9］。具體的測線布置如圖1所示。

1.2.2 調查內(nèi)容

注：H 表示結構面邊界處距測線的最小距離；1、2A、2B 等表示結構面的不同出露形式。

結構面調查內(nèi)容主要包括結構面的編號、類型、基距、間距、傾向和傾角、連貫性、粗糙度、充填情況、滲水情況、張開度等，其中結構面類型包括正斷層（Tf）、逆斷層（Cf）、層面（L）、節(jié)理（J）、片理面（S）、軟弱夾層（P）6種類型［10］。結構面的連貫性通常在量測范圍內(nèi)表現(xiàn)出5 種出露形式（圖1），每種出露形式的特征如下。第一種：結構面沒接觸到上、下界線，但跨過測線（1 型）；第二種：2A 或2B 型，此種結構面垮度較小，沒跨過測線和上下界線，處于測線和界線之間，其中處于測線和上界線之間的是2A，處于測線和下界線之間的是2B；第三種：3A 或3B，結構面只與上下界線相交，但沒跨過測線，其中結構面與上界線相交的是3A，與下界線相交的3B；第四種：4A 或4B，結構面跨過測線并且和測帶上界線或下界線相交，其中和上界線相交的是4A，和下界限相交的是4B；第五種：結構面跨過測線并且同時跨過測帶的上下界線［11］（5型）。

1.2.3 調查地點的確定

在對昆陽磷礦二礦露天采場邊坡實地勘察的基礎上，采用詳細測線法來調查影響邊坡穩(wěn)定性的巖體。依據(jù)相關調查規(guī)范要求，并充分考慮調查地點的條件限制和礦區(qū)巖性的分布特點及規(guī)律，從而確定了4個調查點。具體調查點見圖2。調查工作按上述要求的調查內(nèi)容進行，實際調查總長度為40.5 m，節(jié)理裂隙數(shù)量為154條，具體調查結果見表1。

1.2.4 調查結果分析

（1）結構面間距。根據(jù)調查結果，做出了4 個調查點的巖體結構面間距分布圖（圖3），可以看出，調查點的結構面間距有70%～80%處于0～30 cm，而很少一部分間距處于30 cm 以上。綜合來說，該礦山露天采場邊坡巖體內(nèi)的結構面比較發(fā)育。

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（2）結構面粗糙度。據(jù)統(tǒng)計，昆陽磷礦二礦采場邊坡巖體的結構面粗糙度主要為平直型，只有很少一部分是波浪型和臺階型，不利于邊坡的穩(wěn)定。該礦山采場邊坡巖體結構面的張開度主要以閉合為主。

（3）結構面傾角。對所調查點邊坡巖體的結構面傾角進行了統(tǒng)計，并繪制了4個調查點的巖體結構面傾角分布范圍圖（圖4），可以看出，該礦山露天采場邊坡巖體結構面傾角集中分布在61°～90°，屬于陡傾類型。因此，當該邊坡巖體被切割成孤立塊體后，極易滑落，從而對礦山的安全生產(chǎn)造成很大的影響。該礦山在今后的生產(chǎn)和施工中，應提前對采場邊坡的不穩(wěn)定塊體進行處理，以免發(fā)生安全事故。

（4）結構面類型。對調查點結構面類型進行統(tǒng)計，并繪制出結構面類型分布圖（圖5），可以看出，1#調查地點白云巖結構面類型以2B、3A、5為主，2#調查地點坑底結構面類型以3B、5 為主；3#調查地點直接頂板結構面類型以3B、5 為主；4#調查地點上層礦礦石結構面類型以5 為主?？傮w上，結構面類型以3A、3B、5 為主，說明該礦山露天采場邊坡巖體結構面面跡比較長、延展性較好，連續(xù)性較強。因此，該礦山露天采場邊坡巖體的結構面類型對巖體的穩(wěn)定性有較強的影響。

（5）地下水條件。據(jù)統(tǒng)計，昆陽磷礦二礦露天采場邊坡巖體結構面均為干燥結構面，但由于該邊坡結構面比較發(fā)育，當雨季來臨時，發(fā)育的結構面易導致邊坡發(fā)生局部垮塌，甚至發(fā)生大面積滑坡。因此，需提前對地表做好雨季的防排水工作，減小水對邊坡的侵蝕作用，避免發(fā)生大面積的滑坡。

1.3 優(yōu)勢結構面確定

在長期的地質構造作用下，巖體可以形成各種各樣的結構面，結構面常常因為生成關系，呈現(xiàn)出相應的組合和復雜的分布，它們既有成組發(fā)育，也有分散性發(fā)育。為了弄清調查點巖體結構面的發(fā)育程度、分布規(guī)律，并統(tǒng)計出巖體中結構面的組數(shù)，首先利用極點等密度圖法對結構面進行統(tǒng)計，進而由統(tǒng)計結果來判斷那些對巖體穩(wěn)定性起控制性作用的優(yōu)勢結構面。根據(jù)4 個調查點現(xiàn)場實測的巖體結構面產(chǎn)狀，利用理正巖土系列軟件生成極點等密度圖（圖6），并由統(tǒng)計和分析結果，得出2 組巖體的所有優(yōu)勢結構面產(chǎn)狀的平均值，如表2所示，各巖性第I組優(yōu)勢結構面與礦體產(chǎn)狀一致。

2 結構面對采場穩(wěn)定性的影響分析

2.1 赤平極射投影圖繪制

昆陽磷礦二礦露天采場根據(jù)條帶布置的方位角大致可以劃分為5個區(qū)域，根據(jù)所調查的各區(qū)域優(yōu)勢結構面的方向，繪制赤平極射投影圖，見圖7。定性影響的判斷。

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2.2 巖體結構面對采場的穩(wěn)定性影響判斷

根據(jù)赤平極射投影圖中優(yōu)勢結構面方向和條帶采場所構成的立體交叉關系，進行結構面對采場穩(wěn)

（1）一區(qū)采場軸向與這兩組結構面的走向斜交，且L1 結構面傾角比較緩，結構面分布對采場穩(wěn)定性有較大影響，采場的主要破壞方式是片幫、冒頂（圖7（a））。

（2）二區(qū)采場軸向與L2 幾乎正交，L2 結構面對采場條帶穩(wěn)定性影響較??；2區(qū)采場軸向與L1幾乎平行，且L1結構面傾角比較緩，結構面分布對采場穩(wěn)定性存在較大影響，容易發(fā)生冒頂（圖7（b））。

（3）三區(qū)、四區(qū)、五區(qū)采場軸向與2組結構面的走向斜交或有1 組近似平行，且1 組結構面傾角較緩，另1 組結構面傾角較陡，易形成不穩(wěn)定體，易發(fā)生冒頂片幫，對采場穩(wěn)定性影響較大（圖7（c）、（d）、（e））。

3 結論和建議

（1）昆陽磷礦二礦露天采場邊坡巖體的結構面特點如下：節(jié)理較發(fā)育，且以閉合節(jié)理為主；傾角比較大，屬于陡傾結構面；面跡比較長，延展性及連續(xù)性較好，類型以3A、3B、5為主；均為干燥結構面。

（2）該礦山邊坡結構面可以在較大程度上影響巖體的穩(wěn)定性，結構面分布對采場的破壞方式主要可能是片幫、冒頂。在雨季期間，發(fā)育的結構面受到水的作用，易導致邊坡發(fā)生局部垮塌，甚至發(fā)生大面積滑坡。

（3）定期處理幫坡上的不穩(wěn)定塊體，做好雨季間的防排水工作，減少水的侵蝕作用，避免邊坡由于水的作用而發(fā)生大面積的滑坡。

（4）下部采礦作業(yè)中，注意對采場條帶巖體或巷道壁面潛在的不穩(wěn)定塊體進行處理，如清理浮石或加固處理等，從而防止不穩(wěn)定塊體的坍塌冒落。