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        土工試驗在礦山巖土工程勘察中的應(yīng)用

        2022-10-21 08:46:40郭春犁
        世界有色金屬 2022年14期
        關(guān)鍵詞:巖組土工工程地質(zhì)

        郭春犁

        (甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院,甘肅 張掖 734000)

        土工試驗在礦山巖土工程勘察中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在工程地質(zhì)條件的研究方面,即為礦山工程地質(zhì)評價提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[1,2]。因此,本文結(jié)合某礦山巖土工程地質(zhì)勘察中的土工測試結(jié)果,對該礦山的巖土工程地質(zhì)條件進行評價,為進一步編制礦山開采設(shè)計方案提供基礎(chǔ)依據(jù)。

        1 礦山土工試驗結(jié)果

        本次根據(jù)礦山不同巖土體類型進行了土工試驗,其結(jié)果見表1。由表1可知:風(fēng)化黑云母二長花崗巖的壓縮強度和彎曲強度均較低,不宜作為開采過程中的持力層;未風(fēng)化黑云母二長花崗巖的壓縮強度和彎曲強度均較大,滿足堅硬巖組的基本要求,可以將其作為平硐以及采空區(qū)的持力層。此外,玻屑晶屑凝灰?guī)r、變質(zhì)石英砂巖和大理巖化灰?guī)r的彎曲強度和壓縮強度均較大,也可將其歸并為堅硬巖組類。

        表1 某礦山不同巖土體物理力學(xué)參數(shù)一覽表

        2 礦山巖土工程地質(zhì)評價

        2.1 工程巖組劃分

        根據(jù)本次土工試驗所獲各項物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo),對該礦山內(nèi)的各個巖土體進行了工程巖組劃分[3],其特征如下所述。

        2.1.1 松散堆積巖組

        松散堆積巖組主要以碎石土、含砂角礫土、含砂碎石角礫土、粉土、粉質(zhì)黏土等為主,分布于溝谷內(nèi)、坡麓地帶上,整體軟,可塑狀態(tài),土體結(jié)構(gòu)松散,由它構(gòu)成的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性較差。

        2.1.2 堅硬巖組

        巖石類按照成因,并結(jié)合巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和物理力學(xué)性質(zhì)(巖石裂隙發(fā)育程度)可劃分為沉積巖類工程地質(zhì)巖組、變質(zhì)巖類大理巖工程地質(zhì)巖組及中酸性巖漿巖類二長花崗巖工程地質(zhì)巖組三種類型。其中,沉積巖類工程地質(zhì)巖組根據(jù)不同巖性組合劃分出沉積巖類凝灰?guī)r工程地質(zhì)亞組、沉積巖類砂巖工程地質(zhì)亞組、沉積巖類礫巖工程地質(zhì)亞組三個工程地質(zhì)亞組。

        (1)沉積巖類凝灰?guī)r工程地質(zhì)亞組:為凝灰?guī)r段玻屑晶屑凝灰?guī)r夾薄層變質(zhì)石英砂巖,為礦區(qū)內(nèi)分布最廣的一套地層,地層傾向南西,傾角在37°~67°之間,南側(cè)與二長花崗巖呈侵入接觸,中部與大理巖、大理巖化灰?guī)r呈斷層接觸關(guān)系,南西側(cè)與礫巖呈斷層接觸。巖石組合主要為以一套火山碎屑巖為主,南部受巖漿侵入的影響,巖石普遍發(fā)生熱變質(zhì)。中部區(qū)域受斷裂構(gòu)造影響裂隙發(fā)育,并且比較密集,局部存在擠壓變形,形成小規(guī)模的褶曲構(gòu)造,而且地層產(chǎn)狀變化大,節(jié)理裂隙較為發(fā)育,以剪裂隙為主,裂隙面光滑平直,多呈閉合狀,且密集。為彈塑性體,穩(wěn)定性較差,可沿結(jié)構(gòu)面滑塌,可產(chǎn)生塑性變形。巖石堅硬程度屬于較硬巖,完整程度屬于較完整,因此,巖石的基本質(zhì)量等級為Ⅲ級。

        (2)沉積巖類砂巖工程地質(zhì)亞組:以變質(zhì)石英砂巖為主,分布于礦區(qū)北部,也是礦區(qū)出露規(guī)模較大的一套地層,地層傾向南西,傾角介于40°~63°之間,南側(cè)與凝灰?guī)r段呈整合接觸,巖石受區(qū)域變質(zhì)作用較為明顯,巖石構(gòu)造呈中薄層狀構(gòu)造,地層產(chǎn)狀較為穩(wěn)定,節(jié)理裂隙較為發(fā)育,以剪裂隙為主,裂隙面光滑平直,多呈閉合狀,且密集。為彈塑性體,穩(wěn)定性較差,可沿結(jié)構(gòu)面滑塌,可產(chǎn)生塑性變形。巖石堅硬程度屬于較硬巖,完整程度屬于較完整,因此,巖石的基本質(zhì)量等級為Ⅲ級。

        (3)沉積巖類礫巖工程地質(zhì)亞組:以礫巖、砂礫巖為主,分布于礦區(qū)南西側(cè),因受到斷層構(gòu)造的影響,地層產(chǎn)狀變化較大,節(jié)理裂隙較為發(fā)育,以剪裂隙為主,裂隙面光滑平直,多呈閉合狀,且密集。為彈塑性體,穩(wěn)定性較差,可沿結(jié)構(gòu)面滑塌,可產(chǎn)生塑性變形。巖石堅硬程度屬于較硬巖,完整程度屬于較完整,因此,巖石的基本質(zhì)量等級為Ⅲ級。

        (4)變質(zhì)巖類工程地質(zhì)巖組:為大理巖、大理巖化灰?guī)r。該工程地質(zhì)巖組為本次主要調(diào)查評價的目標(biāo)賦礦巖石,主要分布于礦區(qū)中部,呈南東-北西向斷續(xù)出露,平面上呈串珠狀分布,地層傾向南西,傾角在65°~76°之間,與凝灰?guī)r段呈斷層接觸。巖石受構(gòu)造擠壓影響明顯,地層產(chǎn)狀變化大,節(jié)理裂隙較為發(fā)育,以剪裂隙為主,裂隙面光滑平直,多呈閉合狀。巖石呈中-厚層狀,為彈塑性體,穩(wěn)定性較差,可沿結(jié)構(gòu)面滑塌,可產(chǎn)生塑性變形。巖石堅硬程度屬于較硬巖類型,完整程度屬于較完整,因此,巖石的基本質(zhì)量等級為Ⅲ級。

        (5)中酸性巖漿巖類工程地質(zhì)巖組:為礦區(qū)南側(cè)小面積出露的二長花崗巖。分布于礦區(qū)南側(cè),總體呈北西-南東向展布。在其接觸部位熱接觸變質(zhì)作用明顯,接觸帶兩側(cè)巖石節(jié)理裂隙發(fā)育密集,以剪裂隙為主,裂隙面光滑平直,多呈閉合狀。巖石強度高,穩(wěn)定,變形特征上屬于均質(zhì)彈性各向同性體,可能存在沿不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體(巖體內(nèi)部擠壓破碎帶)的局部滑動外,總體巖石穩(wěn)定。巖石堅硬程度屬于堅硬巖,完整程度屬于完整,因此,巖石的基本質(zhì)量等級為Ⅰ級。

        2.2 結(jié)構(gòu)面及其特征

        通過路線地質(zhì)調(diào)查,結(jié)合土工試驗結(jié)果,在礦區(qū)內(nèi)發(fā)育有以下兩類結(jié)構(gòu)面。

        2.2.1 風(fēng)化裂隙結(jié)構(gòu)面

        根據(jù)路線地質(zhì)觀察點記錄資料,在礦區(qū)地表存在厚0~5m的風(fēng)化帶,該結(jié)構(gòu)面為風(fēng)化裂隙及強風(fēng)化的產(chǎn)物。結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀受下覆巖層(石)產(chǎn)狀的控制,中部區(qū)域較陡,東西兩側(cè)及北側(cè)較緩。該類結(jié)構(gòu)面的密度大、閉合差,多為泥膜、碎屑物、泥質(zhì)物充填,巖層滲透性較強[4],穩(wěn)定性較差,對礦床開采帶來一定影響。

        2.2.2 巖層(體)結(jié)構(gòu)面

        礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較為發(fā)育,巖層、巖體遭受破壞程度較高。因此,在巖體接觸帶形成很多的裂隙結(jié)構(gòu)面,構(gòu)造裂隙多為多期次共扼剪切裂隙,其中以陡傾裂隙為主,陡傾裂隙結(jié)構(gòu)面閉合較好,充填物以石英、泥質(zhì)為主,穩(wěn)定性差。但總體影響整體穩(wěn)定程度的不利結(jié)構(gòu)面并不發(fā)育。

        2.3 巖體結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性

        礦區(qū)區(qū)域范圍的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,沉積巖相建造復(fù)雜,火山及巖漿深成活動劇烈而頻繁,區(qū)域動力變質(zhì)、熱流變質(zhì)作用發(fā)育。

        巖體破碎程度較高,地下水淋濾作用及寒凍物理風(fēng)化強烈,巖體結(jié)構(gòu)和邊坡穩(wěn)定性與風(fēng)化程度關(guān)系密切。根據(jù)路線地質(zhì)觀察所形成的資料反映,礦體基本裸露地表,基巖出露完整,地表風(fēng)化較弱,風(fēng)化層厚度介于0.1cm~0.5cm之間,穩(wěn)定性相對較好,而向北部、西部兩側(cè)風(fēng)化層厚度逐步趨于變厚,一般在2m~5m,局部以風(fēng)化倒石堆形式分布,表層結(jié)構(gòu)松散,穩(wěn)定性較差。

        2.4 環(huán)境地質(zhì)條件

        2.4.1 地震區(qū)劃及烈度

        礦區(qū)處于近EW向地震密集區(qū),區(qū)內(nèi)有記載的地震數(shù)量較少,總體上顯示地震活動強度小,頻度低,最大地震是1992年8月17日的5.1級地震。主要地質(zhì)災(zāi)害有滑坡、崩塌、泥石流等[5]。

        本區(qū)地震烈度屬Ⅶ度區(qū),動峰值加速度為0.2g。最近的一次地震發(fā)生于2013年1月16日8點17分的3.0級地震,震源深度6km。

        2.4.2 區(qū)域穩(wěn)定性評價

        礦區(qū)區(qū)域穩(wěn)定性主要表現(xiàn)在新構(gòu)造運動的程度上。根據(jù)大地構(gòu)造區(qū)劃,本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,沉積巖相建造復(fù)雜,火山及巖漿深成活動劇烈而頻繁,區(qū)域動力變質(zhì)作用、熱流變質(zhì)作用發(fā)育。構(gòu)造應(yīng)力以北東向擠壓力和順樞紐方向的剪切力占主導(dǎo)地位。構(gòu)造形跡以近東西向-北西西向的線狀復(fù)式褶皺和壓扭性斷裂為主要特征。在新構(gòu)造運動的影響下,活動帶上均有地震、地?zé)峄顒语@示。

        在礦區(qū)及鄰近范圍,未見破壞第四系的活動斷裂,表明礦區(qū)的新構(gòu)造運動表現(xiàn)為該區(qū)域地殼的整體性運動,屬地殼基本穩(wěn)定區(qū)。

        2.4.3 污染源及源強評價

        礦區(qū)內(nèi)主要污染物來自當(dāng)?shù)鼐用窕顒赢a(chǎn)生的生活垃圾及生活污水以及修路、架設(shè)電線及通信線路等工程活動對礦區(qū)及鄰近范圍形成一定粉塵及噪聲污染。而隨著人類工程活動強度的顯著加強,會產(chǎn)生更多的生產(chǎn)及生活垃圾等固體污染物,但按照環(huán)保部門的技術(shù)管理要求,以及當(dāng)?shù)丨h(huán)保措施,所有生活和工程垃圾集中清運至鄉(xiāng)或縣城進行處理,或就地填埋處理等處置方式,對礦區(qū)環(huán)境幾乎無固體廢棄物污染。由于本區(qū)地表水系及地下水較發(fā)育,年降雨相對集中,但總體氣候干燥、蒸發(fā)速度較快,對地表水及地下水的污染影響較弱,綜合評價現(xiàn)狀條件下對環(huán)境污染小。此外,礦區(qū)主要含礦巖石的放射性含量較低,故資源的開發(fā)與利用不會對生態(tài)環(huán)境造成污染。

        2.4.4 地質(zhì)災(zāi)害危險性評價

        根據(jù)對礦區(qū)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、礦體賦存條件、礦床圍巖穩(wěn)定性、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀、地質(zhì)環(huán)境問題、采礦產(chǎn)生的廢棄物、污染物等方面的綜合分析,確定礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度為中等。

        綜上所述,礦區(qū)現(xiàn)狀穩(wěn)定,礦區(qū)遭受地質(zhì)災(zāi)害的可能性小,危害、危險性小。

        2.4.5 地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評價

        該礦區(qū)范圍內(nèi)目前未見滑坡、危巖崩塌、泥石流地質(zhì)災(zāi)害等致災(zāi)地質(zhì)體,礦場基巖為大理巖,礦區(qū)為南西地勢較高,北東地勢相對較低,坡頂高程5541m、坡底高程4850m,平均坡度小于40°的高山區(qū),目前在礦區(qū)內(nèi)除當(dāng)?shù)鼐用衽R時活動以及為此建設(shè)的簡易道路和電信信號疏通線路架設(shè)等工程遺留的小規(guī)模小范圍采挖遺跡外,對環(huán)境破壞程度很低。地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀穩(wěn)定,現(xiàn)狀條件下地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性小,損失小,危險性小。礦區(qū)內(nèi)自然斜坡無高陡、外傾結(jié)構(gòu)臨空面,整體處于穩(wěn)定狀態(tài),一般結(jié)構(gòu)面對斜(邊)坡穩(wěn)定性不利影響小[6],產(chǎn)生斜坡失穩(wěn)的可能性小,危害性、危險性小。

        3 結(jié)語

        綜上所述,礦山巖土工程勘察中的土工試驗極為重要,是更合理評價礦山巖土工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)。本文以某礦山的巖土工程測試結(jié)果為例,以實例的方式講述了巖土試驗在礦山工程地質(zhì)評價中的應(yīng)用,對土工試驗結(jié)果的充分利用提供了參考。

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