（环境工程专业论文）峨眉水泥厂矿山地质灾害评价与施工控制研究.pdf

摘要 峨眉水泥厂矿山地质灾害评价与施工控制研究 作者简介；韦猛，男，19 6 9 年9 月出生，2 0 0 3 年9 月师从于成都理工大学王运 生教授、黄润秋教授，于2 0 0 7 年6 月获硕士学位。 摘要 峨眉水泥厂矿山地质灾害严重，己严重影响了生产安全与矿产的充分利用。 通过对滑坡及潜在不稳定边坡的工程地质条件以及矿山地质环境调查研究，确定 其变形破坏地质力学模式主要为平滑面型顺层滑移一拉裂式滑坡，矿区边坡稳定 性主要与该区特定的地形地貌、地层岩性、地质构造、岩体结构、水的作用、爆 破振动及边坡形态的改造等因素有关，但主要的影响和诱发因素是边坡采矿开 采、爆破振动和连续的降雨。选用加拿大公司开发的g e o s l o p e 程序的s l o p e w 模块建立模型对灾害体的稳定性进行验算。其原理是采用规范推荐的极限平衡 法，包括一般条分法、毕肖普法、简布法、摩根斯坦普赖斯法等计算边坡稳定 性以及进行稳定性分析，评价确定为级地质灾害等级，提出了排水、清坡、加固 等治理方案。同时对矿山开采施工中，爆破震动影响、诱发边坡不稳定的客观现 实，进行系列现场试验和模拟分析，经过回归计算得到其相关因子，确定回归方 程，确定任意方向、任意距离在保证边坡稳定条件下的最大单段装药量，从而在 爆破施工中参考，提出相应控制措施，较好解决了这个问题。研究过程中，发现 了一处新的潜在不稳定斜坡，为矿山地质灾害的系统治理补充了重要资料。研究 成果己被矿山单位肯定，并用于开采施工控制以及地质灾害治理实践中，具有很 强的现实意义。 关键词：地质灾害顺层滑移滑坡爆破震动 成都理工人学预上学位论立 t h e s t u d yo nc o n s t r u c t i o nc o n t r o la sw e l la st h e g e o l o g i c a ld i s a s t e re v a l u a t i o no f m i n eg e o l o g yd i s a s t e ro f e m e ic e m e n tp l a n t a b s t r a c t t h em i n eg e o l o g yd i s a s t e ro fe m e ic e m e n tp l a n ti ss e r i o u s ，a n di th a ss e r i o u s l y a f f e c t e dt h ep r o d u c t i o ns a f e t ya n dt h ef u l lu s eo fm i n e r a l s t h r o u g h i n v e s t i g a t i o n a n ds t u d yo f t h el a n d s l i d ea n dt h el a t e n tu n s t a b l es l o p e ，a sw e l la sc a r r i e so nt h es t a b l e a n a l y s i s ，d e t e r m i n ei t sm e c h a n i c a ld e f o r m a t i o na n dd a m a g eg e o l o g i c a lm o d e lf o rt h e m a i ns m o o t h t y p eb e d d i n gs l i p t e n s i l el a n d s l i d e ，s l o p es t a b i l i t yo ft h em a i nm i n e a r e aa n dt h es p e c i f i ct o p o g r a p h y , l i t h o l o g y , g e o l o g i c a ls t r u c t u r e ，r o c ks t r u c t u r e ，t h e r o l eo fw a t e r ，s l o p eb l a s t i n gv i b r a t i o na n dt h et r a n s f o r m a t i o no ff o r mf a c t o r s ，b u t m a i n l yt h ei m p a c ta n di n d u c i n gf a c t o ri st h es l o p em i n i n ge x p l o i t a t i o n ，b l a s t i n g v i b r a t i o na n dc o n t i n u o u sr a i n s e l e c t i o no ft h ec a n a d ad e v e l o p m e n tc o r p o r a t i o n g e o - s l o p ep r o c e d u r e ss l o p e wm o d u l eb u i l tam o d e lo ft h ed i s a s t e r - - c h e c k i n g s t a b i l i t y i t sp r i n c i p l e i st h es t a n d a r dr e c o m m e n d e dl i m i te q u i l i b r i u mm e t h o d ， i n c l u d i n gt h eg e n e r a lb r e a k d o w no fl a w , b i s h o p ，j a n b u m o r g a ns t a n - p r i c eu s e dt o c a l c u l a t es l o p es t a b i l i t y , a n ds t a b i l i t ya n a l y s i s e v a l u a t i o nt od e t e r m i n eg r a d e l e v e l g e o l o g i c a ld i s a s t e r s ，t h ed r a i n a g e ，c l e a rc u t t i n g ，c o n s o l i d a t i o na n do t h e rg o v e r n a n c e p r o g r a m s t h ea r t i c l eh a sp r o p o s e dt h eg o v e r n m e n tp l a n m e a n w h i l et ot h em i n em i n i n g c o n s t r u c t i o n ，t h ed e m o l i t i o nv i b r a t i o ni n f l u e n c e ，t h eo b j e c t i v er e a l i t yo fi n d u c i n g s l o p eu n s t a b l e ，t h ea r t i c l eh a sa l s op r o p o s e dt h ec o r r e s p o n d i n gc o n t r o lm e a s u r e s i n t h er e s e a r c hp r o c e s s ，w eh a dd i s c o v e r e dan e wl a t e n tu n s t a b l ep i t c h ，a n di th a s s u p p l e m e n t e d t h e i m p o r t a n t m a t e r i a l sf o rt h em i n e g e o l o g y d i s a s t e rs y s t e m g o v e r n m e n t t h er e s e a r c hr e s u l t sh a db e e na f f i r m e db yt h em i n eu n i t ，a n dt h e yh a v e b e e nu s i n gi nt h em i n ec o n s t r u c t i o nc o n t r o la sw e l la st h eg e o l o g i c a ld i s a s t e r g o v e r n m e n t s ，t h er e s e a r c hr e s u l t sa r eo fs t r o n gp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e k e y w o r d s ：g e o l o g i c a ld i s a s t e ra l o n gl e v e ls l i p p i n g l a n d s l i d ed e m o l i t i o n v i b r a l ：i o n i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盛壑堡王太堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者导师签名： 学位论文作者签名： 学位论文版权使用授权书 年月日 本学位论文作者完全了解盛都堡三盔堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权盛型理王塞堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 年月同 丑 第l 章前言 第1 章前言 1 1 选题依据及研究意义 四川金项( 集团) 股份有限公司峨眉水泥厂现有水泥生产规模为2 1 0 万吨 年( 其中湿法水泥生产线1 3 0 万吨年，新型干法水泥生产线8 0 万吨年) 。公 司为了企业的发展与壮大，增强市场竞争能力，利用中西部地区及四川省加快基 础设施建设，市场对优质水泥的需求量不断增大的有利条件，公司拟建1 5 0 万吨 年新型干法水泥生产线。扩建后金顶集团水泥生产规模将达到3 6 0 万吨年， 石灰石原料矿山生产规模将达4 5 0 万吨年以上。 峨眉水泥厂黄山石灰石矿山是公司下属的唯一的为水泥厂提供主要原料的 生产矿山，受历史的原因和矿山不利自然因素的影响，从建矿一开始矿山就没有 处理好经济生产与边坡稳定的矛盾，在工厂扩大规模的同时，也没有同步加大对 矿山的投入，进一步造成了矿山建设落后于水泥生产要求。蛾眉水泥厂石灰石矿 为一特大型优质石灰石露天矿山，位于峨眉山市乐都镇东南约4 公里处的二峨山 余脉黄山北坡。组成边坡的岩体岩层为单斜构造，上缓下陡，倾角1 7 0 - - 3 0 0 ， 岩层倾向与边坡坡向一致，岩层由e l 5 4 0 m 向上延伸至e l 8 1 0 m ，因此最终设计永 久边坡切割岩层难以避免。然而由于岩体内存在多层软弱夹层，若边坡切割岩层 使得其中的软弱夹层出露于坡脚，或因生产爆破破坏了山体坡脚岩体，在雨水和 生产爆破震动综合作用下，极易发生顺层滑坡，给矿山的生产设备和人身安全带 来了严重的威胁，直接影响着矿山的安全生产。石灰石矿山矿山从7 2 0 6 7 0 m 标 高现有4 个生产平台，属半山坡露天开采，矿层顺坡向产出，倾角2 2 0 3 1 0 。目 前矿区上部顺层滑坡及潜在不稳定边坡连片，自西向东分布有磨环凼、西采区 ( 3 1 5 ) 、水凼湾( 上山公路) 等滑坡、危岩区，严重阻碍了矿山向上进一步的 开采，尤其是2 0 0 2 年3 月1 5 日，受连续降雨和不良工程地质条件影响，矿山西 采区矿体再次顺层滑动，造成重大损失和安全事故，8 名正在作业的员工被埋身 亡嘲。目前矿区业已查明的西采区( 3 1 5 ) 、磨环凼等滑坡及潜在不稳定边坡，以 及在这个研究过程中刚发现的水凼湾( 上山公路侧) 潜在不稳定边坡，正是在此 条件下产生的，目前矿山地质灾害问题主要是边坡顺层滑坡问题。 本研究成果，一是分析评价各滑坡体及潜在不稳定边坡状况，消除边坡存在 的重大隐患，保证矿山安全生产；二是提出科学有效的整治措施和施工控制方法， 提高资源利用率。因此，本研究的经济效益、社会效益十分明显。 成都理工大学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状 该矿山地质灾害问题主要是边坡稳定性问题。早期的边坡稳定性研究是仅以 土体为研究对象的，其方法的显著特点是采用材料力学和简单的均质弹性、弹塑 性理论为基础的半经验半理论性质的研究方法，并把此方法用于岩质边坡的稳定 性研究，但由于其力学机理的粗浅或假设的不合理，其计算结果与实际情况差别 较大“1 。1 9 5 9 年法国m a l p a s s e t 坝左岸坝肩岩体的崩溃及1 9 6 3 年意大利v e j o i n t 坝上游左岸的库岸边坡滑坡等，使人们清醒地认识到了边坡破坏的力学机理研究 的不足，从而促进了边坡稳定性研究向前迈进了一大步。以弹塑性理论为基础和 改进的极限平衡法应用为主的多种方法应运而生，特别是1 9 6 7 年人们第一次尝 试用有限元研究边坡的稳定性问题，给定量评价边坡的稳定性创造条件，并使其 逐步过渡到数值方法，从而使边坡稳定性研究进入模式机制和作用过程研究成为 可能，同时，随着大量规模巨大工程的开展，决策要求的提高，以概率论为基础的 可靠度方法已引入边坡稳定性研究中。在这一时期，由于我国边坡工程的不断实 践与发展，边坡稳定性分析的原理与方法也获得了不断丰富与发展，如：由中国科 学院地质所提出的岩体结构理论及相应的边坡岩体稳定性分析的岩体工程地质 力学方法，该方法的本质在于以岩体结构理论为基础，强调岩体中结构面特别是 软弱结构面对边坡岩体变形及边坡失稳破坏的控制作用，运用赤平投影及实体比 例投影作图方法，确定边坡潜在不稳定块体可能的几何形态或滑移边界，并用与 现场滑坡条件相应的滑面岩体强度指标，定量地分析、评价边坡的稳定性。同时， 滑坡研究进行了模拟试验与空间预测等等”1 。 进入8 0 年代后，由于计算机技术水平的大幅度提高及岩体力学性质研究的 进展，各种复杂的数值计算方法广泛地应用于边坡研究，同时，由于学科之间的相 互渗透，这一时期的研究方法各式各样，成果叠出。现今使用的数学模型大致可分 为两类。一类是基于极限平衡理论的条分法，另一类是数值分析方法”1 。 条分法 虽然条分法人为假定的条问作用力并不代表斜坡真实的应力状态，但条分法 计算简单，发展历史较长，就稳定性而言，其结果已可满足实际需要，尤其对土坡 是如此。各种条分法的对比说明，在参数相同的情况下，采用不同的计算假设，相 互之间结果差别不大，误差主要来源于参数的取值。这也说明条分法的发展已相 当成熟。7 0 、8 0 年代有些学者致力于求取最可能滑动面。所用方法一般是将稳 定性系数fs 视为滑面上某些函数的泛函，用变分法求该泛函的极值，fs 最小的 滑面即最可能的滑面。但是普遍存在的一个缺陷是数学上不够严密，即给出的只 是极值的必要条件，而未能给出充分条件。换言之，满足同一fs 值的滑面可能不 止一个。从实用的角度来看，现今计算机的速度已相当快，并且性能仍在不断提高 2 第l 章前言 因此可以取一相当宽的搜索区域反复试算，直至得出的稳定性系数达到最小：况 且，影响计算结果的主要因素是参数取值，既然如此，将研究的重点集中到计算参 数的合理优化上，似乎更为有利。从这个意义上来讲，最可能滑面的求解只具有理 论上的价值。此外，最可能滑面理论仅适用于土质边坡，对岩质边坡而言，情况与 土质边坡有很大不同。由于岩质边坡在长期的地质历史环境中接受改造，形成很 多结构面( 如层面、裂隙面、节理面) ，这些“预制”的结构面控制着边坡的变形 发展，而完整岩石的力学性质尚居其次。所以，岩质边坡的破坏遵循的规律与土质 边坡的有较大的不同啪】。极限平衡理论是最精典的确定性分析方法，具体方法是 将有滑动趋势范围内的边坡岩体按某种规则划分为一个个小块体，通过块体的平 衡条件建立整个边坡平衡方程，以此为基础进行边坡分析嘲。由于该方法具有模 型简单、计算公式简捷、可以解决各种复杂剖面形状、能考虑各种加载形式的优 点，因此得到广泛的应用。 条分法是边坡稳定分析理论中重要的内容。力学模型简单，可以对边坡进行 定量的稳定性评价，已被工程人员广泛地采用。1 9 1 6 年瑞典人彼德森最早提出了 条分法。假定土坡稳定问题是平面应变问题，并对圆柱形滑裂面以上的土体划分 垂直条块，计算中不考虑土条问的作用力，定义安全系数为滑裂面上全部抗滑力 矩与滑动力矩之比。之后，f l l e n i u s ( 1 9 3 6 年) 、b i s h o p ( 1 9 5 5 年) m o r g e n s t e r n 和p r i c e ( 1 9 6 5 年) 、j a m b u ( 1 9 7 3 年) 等许多学者对条分法进行了改进。其中， b i s h o p 重新定义安全系数为沿整个滑裂面的抗剪强度与实际产生剪应力的比值， 使得物理意义更明确。为了将坡体稳定分析中的超静定问题转化为静定问题，一 些学者尝试将条块间的作用力做了人为假定。例如：b i s h o p 假定土条左右面上 的剪力相互抵消；m o r g e n s t e r n 和p r i c e 假定了条分面上剪力和水平推力比值 的函数关系f ，并认为在垂直面上的应力分布不应破坏屈服条件并且保证土条接 触面上不产生拉应力；j a m b u 假定了推力线的位置。 改进条分法 条分法也存在一些问题，所做的人为假定的合理性直接影响到稳定分析的准 确性。针对这种情况，张雄不对条块间内力作任何假定，利用极限分析的方法， 使用最优化技术直接调节条块间及滑裂面问的内力，使得对给定的滑裂面安全系 数取最大值，对多个不同的滑裂面寻求使安全系数为最小的临界裂面，使采用的 条分法模型更加合理。 利用极限分析和刚性有限元离散概念，提出了一种用于边坡稳定性分析的改 进条分法。该方法利用优化技术直接调整条块间及滑裂面上的内力，使得对给定 的滑裂面安全系数取最大值，而对各个不同的滑裂面寻求使安全系数为最小的滑 裂面。对滑裂面的形状、条块间的内力之间的关系等不做任何假定。因此，能更 成都理工大学硕士学位论文 真实地反映边坡的实际稳定状态。 数值分析方法一有限元法 随着计算机技术的发展，很多数值计算方法都用到边坡稳定分析中。有限元 法是一种十分成熟的数值方法，它几乎可适用于所有的计算领域。其最大优点是 可分析任何形状的几何体，不但能进行线性分析还可进行非线性分析。有限元是 边坡稳定分析中用得较多的一种数值方法。由于极限平衡法计算简单，在边坡稳 定性分析中，已广泛地应用了这种方法。然而，当边坡由非均质和各向异性材料组 成时，用极限平衡法计算则是不可靠的，不能得到令人信服的结果。例如，极限平 衡法不能区分填土边坡和开挖边坡之间的差别，在这两种情况下得到的滑动面都 是相同的嘲。但一些学者指出开挖边坡的安全系数稍高于填土边坡的安全系数， 两种边坡的临界滑动面是有所不同的。由于计算机和数值模拟方法的应用，加上 人们对极限平衡法的有效性产生的诸多疑问，使数值方法变得颇具吸引力。有限 单元法用于边坡中应力和位移的分析已经比较完善，并得到了许多学者成功的应 用。但将该方法得到的结果用于边坡稳定性评价却没有引起足够的重视。下面介 绍采用有限元法或其他数值分析确定边坡的应力和位移，评价边坡稳定性的几种 方法。 刚体有限元法 张雄在文献中把刚体极限平衡法和有限元法相结合，采用刚体弹塑性夹层模 型把结构离散成任意凸多边形刚性单元，这些刚性单元由分布在它们之间的弹塑 性夹层连接，凸多边形单元中任一点的位移完全由其型心的刚体位移描述，它们 可以模拟各种形状的岩块，而用弹塑性夹层模拟软弱结构面。以单元型心点处的 物理量来建立了刚体一弹塑性夹层模型的有限元方程式，用有限元法进行边坡稳 定性分析评价。 有限元强度折减法 在有限元法中，通过强度折减，直至计算到不收敛为止，其折减的倍数即为稳 定系数。这种方法在国外8 0 年代就采用，但是由于力学概念上的不十分明确，而 且要受到计算程度及计算精度的限制。利用有限单元法，通过强度折减来求边坡 稳定安全系数。通过强度折减，使系统达到不稳定状态时，有限元计算将不收敛， 此时的折减系数就是安全系数。安全系数的大小与所采用的屈服准则有关，作者 对几种常用的屈服准则进行了比较，导出了各种准则互相代换的关系，并采用莫 尔一库仑等面积圆屈服准则代替莫尔一库仑准则，算例表明由此求得的边坡稳定安 全系数与传统方法的计算结果十分接近。纵上所述，如果有限元强度折减法的优 点能使有限元法保持足够的计算精度，那么有限元法较传统的方法具有很多优 点。 4 第1 章前言 其它方法。 李文秀在文献中用模糊数学理论分析裂隙岩质边坡稳定性问题，根据模糊测 度原理，针对实际边坡稳定性问题，建立了具有实际工程意义的模糊测度模型，并 给出了具体的数值方法，使该模型可以更方便地用于分析矿山边坡稳定问题“1 。 可靠性分析。 边坡工程可靠性分析就是基于对边坡岩体性质、荷载、工程地质条件、计算 模型等的不确定性的认识，结合边坡系统的具体情况，采用概率分析方法和可靠 度尺度描述边坡工程系统的质量。分析中采用的破坏概率又是某意义上的风险概 率。因此，边坡可靠性分析对于边坡工程的经济风险分析和优化决策具有现实意 义。可靠性方法是边坡稳定性分析中应用最广的不确定性方法。边坡工程可靠性 分析就是基于对边坡岩体性质、荷载、工程地质条件、计算模型等的不确定性的 认识，结合边坡系统的具体情况，采用概率分析方法和可靠度尺度描述边坡工程 系统的质量。分析中采用的破坏概率又是某意义上的风险概率。因此，边坡可 靠性分析对于边坡工程的经济风险分析和优化决策具有现实意义。但是，可靠性 分析方法目前还缺乏一个统一的可接受风险水平阀值，极少发生概率的事件往往 容易被忽视，而这极有可能产生严重后果。 模糊数学方法 模糊理论是应用模糊变换原理和最大隶属度原则，综合考虑被评事物或其属 性的相关因素，进而进行等级或级别评价。边坡性质及稳定性的界限是不清楚的， 具有相当的模糊性，故可采用此理论进行研究。模糊数学方法一般适应于外延不 明确，内涵明确的对象。 灰色系统理论 灰色系统理论认为，在决定事物的诸因素中若既有已知的，又有未知的或不 确定的，他们所在系统则称为灰色系统。把系统中的一切信息量( 包括随机的) 看 作灰色量，采用特有的方法建立描述灰色量的数学模型。 人工智能法 人工智能其中两个最重要的领域是人工神经网络和专家系统。在边坡工程中， 人工智能中的专家系统的应用在于应用专家系统中的知识处理、知识运用和不确 定性推理的技术分析边坡的稳定性：人工神经网络的应用在于利用神经网络的学 习和联想记忆功能，运用网络存储的领域知识对边坡进行稳定性分析。 在本论文中主要应用基于极限理论的条分法来分析计算滑坡体的稳定状态， 对地质灾害进行评价并提出施工控制措施。 在边坡稳定性评价中，极限平衡分析法是岩土工程领域中应用最早、经验积 累最多的一种方法，而且广为熟知。我们认为，极限平衡方法有它的适用范围， 5 成都理工大学硕士学位论文 尤其是抓住影响边坡稳定性主要因素方面，极限平衡法是一种成功的分析方法。 在峨眉水泥厂黄山石灰石矿区，我们作了大量的试验工作，积累了大量的资料， 采用极限平衡法可以准确地评价黄山石灰石矿区边坡稳定性。 本次评价选用加拿大公司开发的g e o - s l o p e 程序的s l o p e w 模块建立模型对 灾害体的稳定性进行验算。其原理是采用规范推荐的极限平衡法，包括一般条分 法、毕肖普法、简布法、摩根斯坦普赖斯法等计算边坡稳定性，目前在全国许 多大型水电底工程中均有应用，如锦屏梯级电站的库区边坡，三峡库区边坡，大 渡河部分水电边坡等，效果良好。 1 3 研究内容及技术路线 1 3 1 研究内容有： ( 1 ) 研究矿山地质环境现状。主要分析矿山区域地形地貌、地质构造、水文地 质及工程地质状况等特征。 ( 2 ) 对边坡稳定性进行分析与评价，确定施工控制措施。从地震、爆破震动、 地下水等影响因素角度分析边坡稳定性，同时考虑采矿作业对边坡稳定性的重要 影响，并制定相应施工控制对策，确定爆破最大单段装药量。 ( 3 ) 对现有典型危岩体治理提出可行性方案。根据各个可能的滑动体的不同特 点制定相应治理方案，从经济、科学、合理、对矿山生产影响最小等方面出发， 解除危害。 1 3 2 技术路线如下： ( 1 ) 借助矿山已有采矿、地质等资料，全面了解矿山工程与水文地质状况，收 集相关矿山、水电、公路等工程诱发的坡体不稳定治理项目资料； ( 2 ) 开展岩体力学特征和岩体稳定特征的分析研究，应用前人已有的成熟的极 限平衡理论分析方法建立模型，进行各种岩石力学试验，分析计算得出相应参数， 对矿山地质灾害进行评价；同时，根据人工开采作业对边坡影响性的评价，对施 工方法进行技术优化，总结出科学的施工控制方法，以减小施工作业人为诱发地 质灾害的可能；在经济优化的基础上确定治理边坡的技术措施，使矿山在一定时 间内获得最大经济效益。 ( 3 ) 分别针对西采区( 3 1 5 危岩) 滑坡、磨环凼潜在不稳定边坡、水凼湾( 上 山公路) 潜在不稳定边坡等提出可行性治理方案，对开采作业提出施工控制建议。 6 第l 章前言 ( 4 ) 经过仔细考虑，决定采用的技术路线如下框图： l 矿山工稃蚋l 质条件分析i 0 工稗撤质勘察与窭体结构分析li 水文柏质调杏分析il 岩体物理力学试聆与力学指标分析i 1 士 。 l 地盾灾害榨制因素诜取l 动震动试聆与参数取信兰计条分法计算 _ 一 分析1下水影响分析l j i 地质灾害聊做评价 l + 娥质灾害治碑措施确审ll 施工影响冈素分析 il 仂坡可靠件分析 l lil i 爆破施工中的露动规律影响分析 l l 爆破施工参数的确守ll爆破施工梓制方案的律议 图i - i 研究工作流程图 7 成都理工大学硕士学位论文 2 1 气象水文 第2 章矿区工程地质条件 峨眉山水泥厂石灰岩矿区位于峨眉山市乐都镇东南约4 公里处的二峨山余脉 黄山北坡( 见图2 - 1 ) 。厂区有铁路专线与成昆铁路九里站接轨，九里 丰都庙公路从厂门 通过。矿区北距水 泥厂约0 5 k m ，有公 路相连，交通方便。 本区属四川盆 地亚热带湿润气候 区，全年四季分明， 阴湿多雨，据水泥 厂9 4 年收集的峨眉 山市气象资料，平 均气温为1 7 2 ， 最高气温3 8 3 ， 最低气温一4 4 ， 年最大降雨量 2 1 5 9 m m ，年均降雨 量1 5 5 5 砌，雨量充 沛但四季分配不 均，降水量多集中 在6 9 月，占年降 雨量的6 1 。暴雨集 中并多雷雨，年暴 雨日数3 8 天，最长 连续降水日数1 6 天，日最大降水量 5 3 4 m m ，一小时最大 降雨量1 5 3 8 m m 。 图2 - 1 峨眉水泥厂矿山地理位置图 8 第2 章矿区工程地质条件 2 2 地形地貌 黄山北坡地形南高北低，呈单斜山形态沿n w w 向展布，海拔高程5 0 0 1 0 0 0 m ， 区域地质图 ：； z =， 姆 回，目- t # - t r 月t 女_ 圉t f t t h - # _ - 图圉t * t t r 月 _ 回_ l e - t # 女- 例詈：= ： 回自l t * 回 ，t t t # 囝，- t 回 ，十t t 回二t 囤= t - t n 囤= t - f t l - 回= l l _ l m l a l 回：t j t t _ m t 回= f t 口 图2 2 矿区区域地质图 相对高差2 0 0 3 0 0 m ，最大近5 0 0 m ，属低中山区。为溶蚀、侵蚀断块山地貌，地 表发育有3 条较大的冲沟，纵向切割矿区斜坡，其中干溪沟、黄洞儿沟构成矿区 东、西边界，中部的罗沟则将矿区分割成东、西两采场，均为山区季节性流水冲 沟。地表发育有溶洞，溶蚀漏斗和落水洞、溶沟、溶槽等岩溶特征地貌。 2 3 岩层岩性嘲 区域上地层出露有震旦系、奥陶系、二迭系、三迭系、侏罗系、白垩系及第 9 团回团囫园囫团园 成都理工大学硕士学位论文 四系( 见图2 2 ) 。矿区内地层出露有奥陶系下统大乘寺组、二叠系和第四系， 分布特征见工程地质平面图( 附全文后) 。根据本次勘察钻探结合前人资料，由老 至新分述如下： 2 3 1 奥陶系下统大乘寺组( 0 ，d ) 分布于南东部，仅见上部，为黄绿色、深灰色、紫红、褐色页岩夹薄层 中厚层泥灰岩、结晶灰岩，顶部为2 1 3 m 厚的灰白色、深青灰色粉细粒石 英砂岩，本次揭露为灰白色泥质粉砂岩，揭露厚度仅0 7 5 m 。为矿山矿床底板。 2 3 2 二叠系下统阳新灰岩( p 1 ) 为含矿层，分布于矿区中部，为中厚厚层致密块状灰岩，往东出露渐窄。 本层与下伏奥陶系地层呈假整合接触，总厚度2 9 7 4 9 5 2 5 3 8 m 。 1 ：5 万区域地质资料据岩性及古生物特征，将阳新灰岩由下至上划分为梁 山组、栖霞组和茅口组。矿山前人5 9 年、6 5 年( 补勘) 和9 4 年( 扩勘) 地质 勘察资料，根据岩性特征，含燧石情况，将其划分为十二个地层单元。为了和前 人勘察资料统一，便于矿山开采资料利用，本次工作仍基于十二个地层单元进行， 但为了今后地质研究以及资料对比利用方便，在此作新老资料地层划分对比( 表 2 1 ) 。 表2 - 1矿区地层划分对比简表 1 ：5 万区域地质资料( 1 9 8 9 年)1 9 5 9 1 9 6 5 1 9 9 4 ( 初勘一扩勘一本次) 上宣威组p 2 。 统 峨眉山玄武岩 p z b 叠茅口组 p 1 mp 1 5 一” 下 系栖霞组 p , q 阳新统 p 1 4 统 粱山组 p 1 1p 1 1 。3 底部 奥陶系 下 大乘寺组0 l d下统大乘寺组 统 现根据本次勘察结合矿山历次勘探资料，按十二个地层单元划分，由下往上 予以描述。 p 。”：该单元分层标志不甚明显，将其并层处理。该层仅在南东部干溪 沟有出露。矿区内被上覆矿层掩盖。区域总厚度2 5 5 2 3 7 6 4 m 。本次z k i o 号 孔揭露铅直厚度4 0 0 2 m ，真厚度3 4 6 6 m 。可分三段： l o 第2 章矿区工程地质条件 底部：为灰白色、黄绿色粉砂质水云母泥岩，粉砂质泥状结构、块状构造， 其间可见星点状分布的黄铁矿。矿区分布不稳定，仅9 4 年z k l 0 1 和z k 2 0 2 钻孔 在西矿区有揭露，铅直厚度2 0 3 4 9 8 m ，东矿区未揭露。该层在区域上相当于 梁山组。 下部：为灰黑、深灰色薄一中层状砂屑生物碎屑泥质灰岩，粉晶泥质结构。 间夹波状泥质条带，中段夹团块状灰岩，上段和下段含砂质较多，性较软。岩芯 较完整，多呈柱状，裂隙不发育。但泥质砂屑灰岩层理发育，岩芯易沿层理面裂 开，构成深部的软弱结构面。见零星分布的深灰色燧石结核或团块，该层在区内 分布稳定，本次z k i o 号钻孔和前人钻探均有揭露，铅直厚度4 0 6 9 1 m 。 中部和上部：深灰色一浅灰色中厚一厚层状含生物碎屑灰岩，泥粉晶结构， 偶见深灰色燧石结核，方解石脉发育，岩性坚硬。钻孔岩芯多呈柱状。本次钻孔 揭露夹有数层单层厚0 1 5 2 2 6 m 的黑灰色、褐黄色粉砂屑灰岩，性稍软，与灰 岩呈沉积韵律接触关系，锤击时易沿此接触面裂开。矿区揭露铅直厚度2 2 0 4 3 8 4 5 m ，是矿区矿层之一。 p 。：地表出露在南部9 0 0 m 标高以上，为浅灰一灰白色厚层块状粉、泥 粉晶生物碎屑灰岩，质纯，岩性硬脆。钻孔岩芯较破碎，多呈短柱状和块状，裂 隙发育。底部为厚0 3 0 0 8 3 m 的灰一深灰色灰质白云岩、细晶白云岩，在矿区 分布稳定，是与下伏p 。”之分层标志。该层在矿区钻探揭露铅直厚度6 8 4 2 8 1 1 1 m 。是矿区主要矿层。 p s 下部至p ，4 层在区域上相当于栖霞组，总层厚8 4 7 3 1 0 5 6 5 m 。 p - 5 ：出露于滑坡后缘斜坡上方，以含生物碎屑灰岩为主，根据间夹粉砂 屑生物碎屑灰岩、含泥质或泥砂屑生物碎屑灰岩情况，可将其分为上、中、下三 个岩段。 上和下段为含生物碎屑灰岩，未夹或少夹粉砂屑生物屑灰岩夹层，是矿区矿 层之一。灰岩性坚硬，深灰色，中厚一厚层状构造，粉晶结构，可见齿状缝合线 构造，局部方解石脉发育。底部一般有0 2 0 0 6 0 m 厚的灰褐色薄层粉砂屑生物 碎屑灰岩，是与下伏p 。4 层的分层标志。 中段为含生物碎屑灰岩夹数层厚度不等的粉砂屑生物碎屑灰岩、含泥质或泥 砂屑生物碎屑灰岩( 即j d l 低钙层) 。夹层特征如下： 含泥质粉砂屑生物碎屑灰岩：黑灰色，钻孔岩芯未泥化，呈碎块状，性 较软，层理发育，岩芯易沿层理面开裂，风化易崩解呈碎片状。 泥质粉砂屑生物碎屑灰岩：呈灰黑色，钻孔揭露岩芯里碎石土状，性软， 手捏泥质感强，反映出夹层已泥化，成为层间软弱夹层，属潜在滑面。 粉砂屑生物碎屑灰岩；呈灰褐色，性较硬，薄层状，层理发育，与灰岩 成都理t 大学硕士学位论文 呈沉积韵律接触关系，地表可见其接触面呈波状起伏。钻孔岩芯多呈碎块状，易 沿接触面风化开裂。 中部岩性段分布不稳定，东、西矿区差异较大。东采区夹层分布不连续，变 化较大，z k i o 号孔出现在中下部，而z k 9 号孔夹层几乎全层都有出现，夹层以 灰褐色粉砂屑灰岩为主，单层厚0 0 5 1 o m ，钻孔揭露层数5 9 层。西采区夹 层主要出现在中上部，以夹层为黑灰色、灰黑色含泥质或泥质粉砂屑灰岩，夹层 层数多为特点，夹层单层厚1 0 5 6 c m ，局部泥质粉砂屑灰岩夹层已泥化。z k 3 号孔揭露夹层数1 3 层，并在孔深2 8 0 2 8 1 0 m 处岩芯泥质含量高，并呈碎石土 状，成为泥化软弱夹层。 本层钻孔揭露铅直总厚1 5 5 0 3 4 2 6 m ，有由西向东变薄的趋势。西采区为 2 8 9 1 3 4 2 5 m ，东采区为1 5 5 0 1 6 9 3 m ；中部夹层岩性段厚度1 5 2 1 2 2 6 m ， 西采区稳定，厚8 9 9 1 2 2 6 m ，东采区不稳定且变化大，厚1 5 2 6 1 4 m 。 p 。6 ：按泥质或含泥质粉砂屑生物碎屑灰岩分布可分为上、下两段。 下段：为生物碎屑泥粉晶灰岩与粉砂屑生物碎屑灰岩、泥质或含泥质粉砂屑 生物碎屑灰岩互层，钻孔揭露铅直厚度1 7 5 7 2 6 2 2 m ，灰岩与粉砂屑、泥质或 含泥质粉砂屑灰岩厚度比例为1 ：0 3 5 1 ：1 3 6 。底部以泥质或含泥质粉砂屑 生物碎屑灰岩( j d 2 低钙层) 与下伏p 。5 分层。 生物碎屑泥粉晶灰岩为深灰色，中厚厚层状，岩性坚硬，钻孔岩芯较破 碎，多呈块状和短柱状，少许柱状。裂隙发育，裂面多有方解石薄膜和铁泥质充 填。 粉砂屑生物灰岩、泥质或含泥质粉砂屑生物屑灰岩岩性特征同上p - 5 ，以底 部和上部含泥质或泥质粉砂屑生物屑灰岩厚度较大，构成矿区软弱夹层( 即j d 2 、 j d 3 两个低钙层) 。此软弱层在西采区分布稳定，厚度较大，揭露厚度底层( j d 2 ) 为2 3 5 4 2 9 m ，上部( j d 3 ) 为3 7 5 8 3 6 m ；而在东采区分布不连续且厚度小， 揭露厚度底层( j d 2 ) 为1 2 2 2 m ，上部( j d 3 ) 1 0 6 2 1 6 m 。两层中的泥质 粉砂屑生物碎屑灰岩遇水易软化，在本次勘探钻孔中存在岩芯泥化现象，其中 z k 2 、z k 3 、z k 4 、z k 5 、z k 7 孔均有揭露，并见两层，分别分布在底部和中上部， 并构成了西采区滑坡滑动面和下伏的潜在滑面。 上段：为生物碎屑灰岩，灰、深灰色，粉晶结构，厚层状构造，岩性坚硬。 钻孔中上部岩芯破碎，多呈碎块状和短柱状，可见齿化缝合线构造，局部方解石 脉发育；下部岩芯较完整，多呈短柱状和柱状。裂隙较发育，铁泥质充填，或有 方解石薄膜充填。本段夹少许单层厚8 3 0 c m 的灰褐色粉砂屑生物碎屑灰岩，与 灰岩呈沉积韵律接触关系。 本层主要出露在西采区滑坡区范围及附近，钻孔揭露铅直总厚度5 5 3 0 1 2 第2 章矿区工程地质条件 6 8 9 3 m 。真厚度3 1 4 8 4 1 8 5 m 。 p 7 ：出露于矿区7 2 0 m 平台以下，底部为一层厚l 2 m 的粗介壳生物碎 屑灰岩，沿走向出露稳定，为与下伏p 。6 分层标志，接触面粗糙起伏不平；下部 为灰深灰色厚巨厚层状含生物碎屑灰岩：上部为灰浅灰色中厚层状 含燧石结核灰岩，燧石结核呈分散状分布，向东有逐渐减少的现象。该层总厚 3 1 4 8 4 1 8 5 m 。 p 。8 ：出露在矿区6 7 0 m 平台中，为灰白色中厚层状灰岩，泥粉晶结构， 局部有重结晶现象。其顶部局部见厚1 1 5 m 左右的含珊瑚化石和珊瑚碎屑灰 岩，为与p 。7 层的分层标志。该层总厚4 8 8 1 3 9 7 m 。 p 1 9 - n ：出露在矿区6 7 0 m 平台及以下的斜坡上，从本次勘察目的和岩组 的工程地质意义出发，未对其进行详细的分层研究，故本次根据9 4 年“扩大勘 探”资料描述如下： p 。：下部为深灰色厚层状含灰黑色燧石灰岩，结核呈分散状无规律产出；中 部为灰至深灰色灰岩；上部为灰色厚层状含灰白色燧石灰岩；顶部有一层厚 0 5 1 o m 左右的灰白色含钙质燧石灰岩，该燧石层层位稳定，为p 9 与p 。”的分 层标志。该层厚3 6 6 2 5 4 4 2 m 。 p 。”：下部为浅灰色灰白色厚层巨厚层状灰岩，泥晶粉晶结构， 局部重结晶为细晶结构，缝合线构造发育；上部为灰深灰色层状灰岩，局部 含少量泥质。该层厚6 0 0 6 1 2 6 5 5 m 。 p 。“：下部为深灰色中厚层状含灰黑色燧石结核灰岩；中部为深灰色灰 色中厚层状含灰黑色和灰色燧石条带，燧石结核灰岩。本层顶部所含燧石，层位 稳定，为与上下层的分层标志之一，该层厚1 2 4 6 2 3 3 7 m 。 p 。”：底部为l 1 5 m 左右厚的深灰色含丰富蜒科化石的灰岩层，为与下伏 p 。“层可靠的分层标志；下部为深灰色中厚层巨厚层状灰岩；上部为深灰色 中厚巨厚层状灰岩，局部含少许泥质，在顶部附近有极少量的燧石结核。该 层厚2 1 5 9 7 7 9 0 m 。 p 。5 p i ”各层合并在区域上相当于茅口组( p 。m ) ，总厚为2 1 2 7 6 4 1 9 7 3 m 。 2 3 3 二叠系上统峨眉山玄武岩( p ：b ) 灰绿色、暗绿色，杏仁状、气孔状、致密块状构造，斑状结构，由多个旋回 组成，柱状节理发育，底为炭质粘土岩，在工作区内与阳新灰岩呈断层接触。层 厚2 2 4 4 2 0 m ，分布于矿区北部标高5 6 0 5 8 0 m 以下，为本矿山矿床之顶板围岩。 成都理工大学硕士学位论文 2 3 4 第四系全新统残坡积( q 4 。) 、滑坡堆积层( q ，) 和崩积层( 0 ，) 残坡积( 0 4 ) ：主要分布在矿区内7 3 0 m 标高以上地形平缓和低洼处，为褐 黄色、褐红色粘土，可塑，稍湿一湿，含少量灰岩块碎石，厚度一般为1 6 m ， 局部可达l o m 以上。 滑坡堆积层( 0 产) ：为块石土，块石成份为灰岩，含量占8 5 ，直径大小不 等，一般0 2 o 4 m ，大者1 2 m ，由碎石及褐黄色粉土充填，结构松散，具架 空现象。主要分布在滑坡区内。 崩积层( q o ) ；块石土，由碎石和块石构成，成份为灰岩，直径大小不等， 一般0 2 o 5 m ，大者 l m ，结构松散，具架空现象。主要分布在西采区滑坡西 侧和磨环凼潜在不稳定边坡前缘。 2 4 地质构造 矿区地处四川台拗与上扬子台拗两个i i 级构造单元接壤部位，属峨眉山断拱 ( 级构造单元) 的峨边穹断束级构造单元，震旦系中三叠统盖层发育齐 全，线性褶皱，断层较发育的断褶带。 区内最大的褶皱构造为二峨山穹隆背斜，轴向北东4 0 。，长约6 k m ，在丰都 庙附近被沙湾逆断层所切，主要的断层构造有丰都庙断层、文昌庙断层、鱼洞口 断层和黄山断层，断层走向3 0 0 3 1 5 。，断层均倾向南西，倾角6 0 7 5 。，与 近南北向分布的沙湾断层斜交。 矿区位于二峨山穹隆背斜北翼端部，矿区以单斜构造为基本形态，岩层走向 n w ，倾向由西至东渐变为2 0 3 8 。，倾角从山顶到山脚逐渐变陡，由2 0 。- - 3 0 。- - 4 0 。- - 6 0 。，东采区、西采区较缓，为2 8 。；水凼湾( 上山公路) 较陡， 为5 3 。受断层影响，矿山平台下部岩层倒转，产状为2 1 2 。2 3 5 。z 7 8 。 5 6 。 矿区外围发育两条断层，为黄 山断层和鱼洞口断层。鱼洞口断层 位于矿区北部，断层走向北西3 1 0 。，倾向南西，倾角约6 0 7 0 。， 南西盘下二叠统阳新统灰岩逆冲 于北东盘上二叠统玄武岩之上。黄 山断层位于矿区北东部，在干溪沟 东侧出露有约l o o m 宽的破碎带， 在干溪沟西侧和东采场亦分别出露 哗 及 心 1 4 图2 - 3 节理裂隙玫瑰花图 第2 章矿区工程地质条件 宽度为3 0 m 和5 m 的断层破碎带，向西近罗沟尖灭消失，在本勘察区内延一长约 8 0 m ，断层走向3 1 5 3 4 5 。，倾向南西，倾角5 8 7 5 。