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石英岩

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大型露天矿山边坡岩体结构与破坏模式分析

时间:2019-12-21 17:18 作者:admin

  大型露天矿山边坡岩体机合与捣蛋形式说明_筑立/土木_工程科技_专业原料。大型露天矿山边坡岩体机合与捣蛋形式说明

  矿山·科技 大型露天矿山边坡岩体机合与捣蛋形式说明 李长洪 蔡美峰 李军财 (北京科技大学土木与处境工程学院·北京 100083) 摘 要 以水厂铁矿矿区地 质处境 、 构制 、 地 层 、 岩性 与水文地质条 件为基本 , 进 行了边坡 岩体工 程地质岩组的划分与边坡岩体的 机合说明 。 遵照岩体的机合特性 、 机合面的 产状与采场 边坡方位 的空间 组合合联 , 确定了边坡岩体的机合类型和 边坡潜正在的捣蛋形式 , 为边坡工程 的安祥性分 析与管辖 供应了 需要的按照 。 要害词 边坡 岩 体机合 捣蛋形式 机合面 中图分类号 T D313 +.5文献标识码 A 作品编号 1004 -4051 (2004) 02-0048 -04 ANALYSIS OF THE ROCK MASS STRUCTURE AND DESTRUCTION MODE OF SHUICHANG OPEN-PIT MINE SLOPE Li Changho ng Cai M eifeng Li juncai (University of Science & T echnology Beijing·Beijing 100083) Abstract :On the basis of area g eolog ical environment , structure , stratum , rock property and hydro logical geological condition of shuichang open-pit mine , the paper mar ked off slope rock mass eng ineering g eology rock g roup and analy zed the structure of slope rock mass.It is determined that the structure ty pe of the slope rock mass and the slope destruction by the combination o f the rock mass structure characteristic and structure face contact state and theslope configuration, this analy sis provided the basis of slope engineering stability analysis and slope reinforcement in times to come . Keywords:Slope , Ro ck mass structure , Destruction mode , Structure face 1 概 况 水厂铁矿是一座特大型变质岩型磁铁矿床 , 实 际矿石坐蓐才干已达 1200 万 t/ a , 采剥总量 6000 万 t/ a 。 北采 场 最终 地步 参 数为 :地 外 2900m × (800 ~ 1200m), 露天底 80 ×60m , 采场边 坡最高 标高 +310m , 最低开采标高 -350m , 采场最终边 坡角 41°~ 46°, 台阶 坡面 角 65°, 现已 开采 到 50m , 将会酿成 660m 的高陡边坡 。遵照新的采矿 编削安排倡议 , 需求通过添加勘探 , 正在北采区范畴 内进一步发展水厂铁矿露天北采场边坡安祥性说明 及安排优化的试验商讨办事 。 2 区域地质处境 水厂铁矿所正在区域位于温带大陆性天色区 , 降 水量年均匀 605.5mm (1992 ~ 2001 年), 矿区最大 的地外水是滦河 , 水位标高平常正在 67m 摆布 , 最 高洪水位达 94m 。 该区位于阴山巨型纬向构制系统 的东南部角落与新华厦系统的复合部位 。 3 矿山采区地质特性 3.1 矿区地层 、 岩性及构制特性 矿区出露地层要紧为太古界桑干群三屯营组二 段变质岩系 , 上元古界震旦系常州沟组长石石英砂 岩 、 角砾岩 , 再生界第三系新集组火山熔岩 、 砾岩 夹泥岩 (火山角砾岩)中式四系坡积 、 洪积层及人 工堆填碎石土 。地层由老到新为 : (1)太古界桑干群三屯营组二段 (A rS2) 紫苏夹杂花岗岩 (A rS2 -1);辉石斜长片麻岩 (A rS2-2);紫苏黑云斜 长片麻岩 (A rS2 -3);磁铁 石 英 岩 (A rS2 -4 );矽 线 黑 云 斜 长 片 麻 岩 (A rS2 -5);磁铁石英岩 (A rS2-6) (2)震旦系常州沟组 (Z 1C) (3)第三系新集组 (E2X) (4)第四系地层 (Q) 邦度 “ 十五” 科技攻合项目 (编号 :2001BA 609A — 08), 邦度自然科学基金 (编号 :50074002) 48 中邦矿业 2004 年第 13 卷第 2 期 3.2 构制特性 水厂铁矿处于迁安矿区北部的复向斜褶皱带的 北东端 , 为被断层所捣蛋的次一级界限两个向斜与 一个背斜所构成的 “W” 型复向斜 。 (1)褶皱构 制 。 具有褶皱 众期构制叠加 的特 征, 酿成最终褶皱形状要紧有北山向斜, 南山向 斜 , 旧水厂背斜等 。 (2) 断裂构制 。 水厂铁矿采场断裂构制极其发 育 , 分散遍及而庞杂 , 仅已发明对比紧要且有定名 的达 40 条以上 。 3.3 矿区水文地质条目 (1) 矿区岩层的含水性 。 第四系洪坡积为弱 中等富水性孔隙潜水含水层 ;第三系新集组为微小 富水性裂隙潜水含水岩层 ;震旦系常州沟组为弱 中等富水性裂隙潜水含水层 ;太古界裂隙含水层 。 正在矿区遍及分散 , 由磁铁石英岩和片麻岩类构成 。 (2) 构制带的含水性及导水性 。对矿区充水有 影响的有 F1 、 F3 、 F 5 及刘官营断裂带 。 3.4 边坡岩体工程地质岩组的划分 工程地质岩组的划分是以地层和岩石筑制为基 础, 以岩性特性、 成层处境、 机合特性为紧要依 据 。 遵照这个规矩 , 针对水厂铁矿北采场边坡的实 际条目 , 的确划分为以下工程地质岩组 。 (1) 紫苏夹杂花岗岩组 。 要紧为紫苏夹杂花岗 岩 , 以含紫苏辉岩为特性 。 块状构制 , 岩性坚硬 , 强度高 。 正在近地外部分蒙受强风化 , 酿成碎裂机合 直至松散粒 。分散正在采场北东部地步外侧 。 (2) 辉石斜长片麻岩组 。 从浅灰 -绿灰色的辉 石斜长片麻岩为主 , 还睹有角闪二辉斜长片麻岩及 少量紫光黑云斜长片麻岩 。变晶机合 , 片麻状及条 带状构制 , 强度较高 。由其组成的边坡岩体呈块状 机合 、 碎裂机合 、 部分为散体机合 。 (3) 紫苏黑云斜长片麻岩组 。 要紧为绿灰色紫 苏黑云斜长片麻岩 。 不等粒花岗变晶机合 , 块状构 制 , 岩石较坚硬 , 力学强度高 。该岩组是组成采场 边坡的要紧岩体 , 呈块状机合 , 部分为碎裂机合 。 (4)磁铁石 英岩组 。 以黑 色的磁铁石英 岩为 主 , 席卷辉石磁铁石英岩 、 磁铁辉石岩 、 含铁石英 岩及肉血色的夹杂花岗岩夹层 。 岩体为块状机合 、 似层状机合 。 (5) 矽线黑云斜长片麻岩组 。 要紧为矽线黑云 斜长片麻岩 , 岩石众新奇坚硬 , 呈块状机合 , 部分 为碎裂机合 , 分散正在上 、 下矿层之间 , 是直接组成 边坡的要紧岩组之一 。 (6) 长石石英砂岩组 。要紧为黄褐色的长石石 大型露天矿山边坡岩 体机合与捣蛋形式说明 英砂岩 。 长石石英砂岩 、 砾岩致密坚硬 , 强度高 , 此中部分薄层状页岩夹层以泥质为主 , 含粉砂质 , 因其含泥质因素众 , 遇水略具软化 , 干燥易裂 , 强 度略低 。 (7)砾岩组 。 以砾岩为主 , 含钙质 , 铁质 , 岩 石力学 强度高 。 石英 砂岩 , 呈块 状机合 , 致密坚 硬 , 强度亦高 。 (8)火山熔岩组 。 火山熔岩为黄灰 、 紫质 、 黑 灰色的安山质熔岩 , 岩石较新奇 , 蚀变细微 , 组成 边坡的岩 体呈块状机合 , 似层状构制 , 节理较发 育 , 强度高 。 (9)火山碎屑岩组 。要紧为砾岩并夹泥质 , 形 成层状机合 。地质透露后 , 易干裂 , 易崩办理裂 , 遇水则软 化膨胀 , 强度 极低 。 由该岩 组组成的边 坡 , 安祥性差 。 (10)松散岩组 。 要紧席卷第四系残 、 坡 、 洪 积物以及松散碎石土着工积聚 。 要紧分散正在将军墓 岭及采场北部 , 呈散体机合 、 安祥性极差 。 (11)构制岩组 。 由构制变更和断层影响而形 成 , 席卷构制角砾岩 , 碎裂岩 , 糜棱岩 , 各样基性 辉绿岩脉 , 断层泥等 , 易酿成碎裂或土状 , 大大降 低力学强度 , 呈碎裂机合或散体机合 , 对边坡安祥 性晦气 。 4 边坡岩体的机合说明 说明岩体机合特性 、 机合面的产状与采场边坡 方位的空间组合合联 , 能够剖断边坡 变形捣蛋类 型 ;同时 , 并可行为边 坡工程地质分 区的基本依 据。 4.1 边坡岩体机合面分级及其特性 本矿区断裂构制发育 , 节理裂隙遍及展布 , 按 其岩体构面的界限可分为五级 。 (1)一级机合面 。 属于一级机合面的断层有 3 条 , 即黄金寨大断裂 (F黄)、 刘官营大断裂 (F 刘) 和将军墓岑大断裂 (F 将)。F 黄 、 F刘 的断层走向为 近东西向 , 位于矿区地步外的南北两侧外缘 , 属矿 区外侧的构制鸿沟 , 因为不正在采地方步内 , 对采场 边坡安祥性不组成直接影响 。 因为 F将 走向与该处 坡面的走向呈小角度结交 , 断面偏向与坡面相反 , 断层自身并不直接影响边坡的安祥性 。 但 F将 断层 对边坡的间接影响很大 。F 将 断层将上覆第三系砾 岩夹泥岩的较软岩层 , 部分逆推到震 旦系地层之 下 , 使得部分边坡岩层上硬下软 , 致该区边坡安祥 存正在安宁隐患 。 (2)二级机合面 。 属二级机合面的断裂有 F3 、 F5 、 F 1 、 F7 、 F9 、 F10 、 F 8 、 F11 、 F0 、 F28 等 十 众 49 条 。F3 、 F5 沿采场 中央长轴左近延迟 , 正在采 场南 西端与 F16 、 F 17 、 F28 交汇酿成范畴较大的构 制破 碎带 , 正在采场北东端中部与 F1 交汇处已酿成一个 构制决裂带 。 F1 自北东端进入采场 , 先与 F3 、 F5 交汇 , 再沿采场南东助正直 , 正在采场决裂站左近与 F 6 、 F6′交汇酿成第三个构制决裂带 , 这三 个构制 决裂带 均对 采场下 部边坡 安祥 性制 成不 利影响 。 F 1 、 F7 、 F9 位于采场 南东助 , F0 位于采 场南助 。 这些断层的走向均与所正在边坡走向近似平行 , 或部 分呈小角度结交 , 断层偏向与坡面一律 , 断层倾角 虽大于坡面角 , 但因边坡岩体决裂或受节理切割 , 部分断面与其组合或者直接形 成部分台阶破 坏滑 面 。F 10 、 F 8 、 F11分辩位于采场南东助和北西助的 中部 , 它们的走向虽与其所正在边坡走向平行或小角 度结交 , 但偏向相反 , 对边坡安祥性平常不直接制 成危急 。F 28 断层分散于采场南西助 , 与边 坡走向 近于笔直或呈大角度结交 , 虽切割坡体捣蛋了边坡 体的无缺性 , 但不组成大的危急 。 别的 , F1 、 F3 、 F5 、 F 9 、 F28 断层均 有基性 岩 脉侵入 , 宽度 1 ~ 20m 不等 , 并源委后期构制应力 影响 , 岩体决裂 , 呈碎裂机合或散体机合 , 力学强 度低 , 对边坡安祥性晦气 。 (3)三级结 构面 。 属于三 级机合面的断 层有 15 条 。 此中 , F15 、 F 16 、 F17三 条断层位于采 场南 侧底部左近 , 且 F 16 、 F17两条断层内有基性岩脉侵 入 , 断层两侧的岩石都万分决裂 , 对此中下部边坡 安祥性或者 带来晦气影 响 。 F13 、 F14 、 F 24 、 F25 四 条断层位于采场中部轴线左近 , 向两侧延迟呈断续 状闪现 , 其力学本质以压性和压扭性应力为主 , 贯 通性差 , 关闭性好 , 且 F25 断面中充填有肉血色的 夹杂花岗岩脉 , 胶结慎密 , 平常不会对边坡安祥性 变成大的影响 。 F36位于采场南西部 , F23位于采场 东端南侧 , 两断层的走向与所处边坡走向呈小角度 结交 , 但偏向相反 , 且角度较大 , 故对边坡影响不 大 。F 2 、 F6 、 F6′断层位于采场南东助 , 断层 走向 与所正在边坡走向斜交 , 交角为 30°~ 45°, 偏向与边 坡偏向一律 , 倾角较边坡陡 , 现场考查剖明 , 断层 已对边坡变成部分台阶捣蛋 , 此中 , 跟着 F6 、 F 6′ 断层向下延深 , 氧化带随之向深处发育 , 断面左近 是糜棱岩 、 构制角砾岩 , 风化延深大 , 断层畅通性 好 , 岩石力学本质差 , 对该处边坡安祥性发作晦气 影响 。 F4 、 F 21 、 F 22位于采场北东助 , 断层走向与 边坡走向近似平行 或小角度斜交 , 偏向与边 坡相 同 , 倾角为 65°~ 82°, 皆为压性应力影响酿成的逆 断层 , 故部分断层面或者直接组成台阶捣蛋滑面 , 50 对边坡变成晦气影响 。 (4)四级机合面 。 四级机合面为影响范畴较小 的小型机合面 , 席卷没有定名的 、 界限小于三级结 构面的小断层和本次现场考查实测上图的大节理 。 因为存正在显然的上风偏向 性 , 为 NE35°~ 55°, 因 而常直接组成台阶滑坡的滑面 , 对采场台阶边坡破 坏显然 。 (5)五级机合面 。 五级机合面 , 遍及发育 , 数 量宏大 , 所有采场边坡处处可睹 。合座上更具有产 状的众样性和随机性 , 而正在分歧的区段和分歧的位 置 , 照旧具有分歧的上风偏向性 。上风偏向又影响 了边坡或者的捣蛋形式和界限 ;频度高 、 数目大 , 几次切割岩体 , 变成岩体决裂 , 加快了岩石风化 , 从而消重了岩石的力学强度 , 使得边坡容易蒙受破 坏。 上盘边坡产状 310 ∠44 , 要紧节理组产状 ①45 ∠80 , ②138 ∠72 , ③302 ∠38 ;下盘边坡产状 140 ∠42 , 要紧节理组产状 ①55 ∠84 , ②140 ∠65 , ③ 230 ∠70 , ④350 ∠88 , ⑤293 ∠76 , ⑥310 ∠27 ;东 端助 边 坡 产 状 215 ∠43 , 主 要 节理 组 产 状 ①61 ∠69 , ②80 ∠69 , ③95 ∠70 , ④185 ∠70 , ⑤35 ∠45 , ⑥62 ∠35 ;西端助边坡产状 126 ∠41 , 要紧 节理组产状 ①51 ∠81 , ②311 ∠43 , ③92 ∠80 , ④ 127 ∠33 , ⑤220 ∠65 , ⑥212 ∠65 。 4.2 边坡岩体的机合类型 遵照水厂铁矿岩体工程地质条目和酿成采场边 坡的实践情状 , 边坡岩 体机合要紧可 分为四个类 型。 (1)块状机合 。具有块状机合的岩体要紧为古 老变质岩类 , 如夹杂花岗岩 、 各样夹杂片麻岩 、 片 麻岩类 , 以及砾岩 、 石英岩和新奇厚层泥岩等 。块 状机合边坡因为节理组合切割影响 , 可组成平面破 坏 , 楔形捣蛋 , 倾倒捣蛋等 。睹图 1 。 (2)碎裂机合 。具有碎裂机合的岩体有夹杂片 麻岩 , 夹杂花岗岩 , 各种片麻岩 , 石英砂岩或石英 砂岩夹页岩等 。碎裂机合的岩体强度比原岩强度明 显消重 , 组成的边坡安祥性比块状机合差 , 其潜正在 捣蛋形式要紧为弧形捣蛋和楔形捣蛋 。睹图 2 。 图 1 块状机合边坡 中邦矿业 2004 年第 13 卷第 2 期 面阶梯状捣蛋 ;④波状平面捣蛋 。睹图 5 ~ 图 7 。 图 2碎裂机合边坡 (3) 散体机合 。 具有散体机合类型的边坡岩体 有人工积聚碎石土 、 散层 , 第四系残 、 坡 、 洪积物 积聚松散层 , 强风化陈腐变质岩 、 泥岩 、 火山角砾 岩和基性岩脉等 。所组成的边坡安祥性很差 , 容易 酿成弧形捣蛋 , 冲沟捣蛋和台阶部分坍塌 。 图 3 散 体机合边坡 。 图 5简单平面捣蛋 图 6复合型平面捣蛋 图 7波状平面捣蛋 (2)圆弧型捣蛋 。 当边坡岩体呈散体机合或岩 体决裂 、 岩块间有较众泥质及其它碎屑物质充填 、 块间并无慎密联络时 , 边坡沿弧形破 坏面发作滑 动 。睹图 8 。 (3)楔形捣蛋 。采场此类捣蛋发作广大 , 平常 为台阶边坡捣蛋 , 界限不大 , 超越 1 个台阶高度的 楔体捣蛋并不众睹 。 (4)倾倒捣蛋 。采场南助上部可睹 , 睹图 9 。 (5)崩塌捣蛋 。北助第三系地层中边坡可睹此 类捣蛋 , 睹图 10 。 图 3散体机合边坡 (4) 层状机合 。 层状机合的边坡岩体要紧为长 石石英砂岩夹页岩或泥岩 、 泥质砾岩等 。遵照矿区 岩层出露特质 , 边坡潜正在平面捣蛋或阶梯状捣蛋 、 崩塌捣蛋等 。图 4 为层状结边坡 。 图 4层状机合边坡 5 边坡岩体捣蛋形式说明 遵照现场考查原料的外面说明以及采场滑坡特 征的归纳说明 , 矿区边坡存正在以下要紧捣蛋形式 。 (1)平面捣蛋 。 该矿发平生面捣蛋的滑面 , 一 般均为平整滑腻的大节理面 (俗称大光面)。遵照滑 面形状特性的分歧 , 平面捣蛋的确可睹以下几种 : ①简易平面捣蛋 ;②复合型平面捣蛋 ;③众平 大型露天矿山边坡岩 体机合与捣蛋形式说明 图 8圆弧形捣蛋 图 9 倾倒捣蛋 图 10崩塌捣蛋 6 结 论 对水厂铁矿边坡岩体机合和捣蛋形式的说明是 边坡安祥性说明及安排优化的一个紧要构成个人 , 它是设置岩体地质模子和力学模子的基本 。本文深 入说明完毕构面和机合体的特性及其正在岩体内的组 合纪律 , 总结出岩体的机合类型 , 同时说明了采场 边坡捣蛋的潜正在形式 , 为进一步评议边坡安祥性提 供了需要的按照 。 参考文献 〔1〕 首钢水厂铁矿二期勘测叙述 .首钢地质勘测大队 .[ R] 1978. 〔2〕 大型深凹露天矿高效运输编制及加强开采 本领商讨 .[ R] 北 京科技大学 、 首钢矿业公司 , 2003 . 〔3〕 谷德振著 .岩体工程 地质力 学基本 . [ M ] 北京 :科学出 版 社 .1979 . 〔4〕 E.Hoek J.W.Barry 著 《岩 石边坡工 程》 [ M ] 北京 :冶金 科 学出书社 , 1983 . (收稿日期 :2003 -12 -15) 〔作家简介〕 李长洪 北京科技大学土木与 处境工程学院 博士 教师 李军财 高级工程师 北科大博士商讨生 51

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