赤平极射投影法在岩质高陡边坡稳定性分析中的应用

卓沛援

广东省核工业地质局二九二大队517001

摘要：影响岩体边坡稳定的因素主要有地层岩石、地质构造、结构面产状、人工活动等。其中岩体的岩石组成、结构面和边坡角的计算是主导因素。对岩体边坡的稳定性分析，目前为止，还没有一套比较完善的方法。其中赤平极射投影对较坚硬-坚硬的岩石有着很好的效果，是一种定性、简便、有效的分析方法。

关键词：赤平极射投影法；岩质；高徒边坡；稳定性

1、工程概况

紫金山金铜矿位于福建省上杭县境内，是我国新探明的特大型有色金属矿床基地之一，其上部金矿是氧化带中次生富集的大规模低品位矿床，储量为特大型，下部铜矿储量为大型矿床。设计在+148m标高以上采用露天开采，汽车运输开拓方式，设计全矿采矿能力为13.36×104t/d(4410×104t/a)。矿山于1993年组织金矿工业化试验和开采，经过多期技术改造扩建，生产规模迅速扩大。根据矿方提供的资料(南昌院设计终了境界图2006)，设计紫金山金铜矿露天采场上口面积约1450×1500m2,下口（采坑底）面积约80×90m2,终了边坡东帮最高标高为+1036m，采场底标高+148m，最大高差达888m，属于岩质高陡边坡。

2、地形地貌特征

矿区地形属于中低山构造侵蚀山地，山系属武夷山脉南段东列山地。新构造运动以来紫金山处于隆升地段，强烈的侵蚀作用造成深沟峡谷纵横，悬崖常高达百米以上，山脉走向北东，地形自北西向南东倾斜，区内中部为最高标高＋1063米，西侧为汀江河，东侧旧县河最低标高＋198m，最大高差865米。

主峰麒麟顶位于矿区中部，呈“S”形蜿蜒，为旧县河与汀江的分水岭。矿段地形切割强烈、地形陡峻，基岩裸露，山坡自然坡度多在25～50°之间。由于矿山露天开采，原耸立的山峰现已变成最深达568m近似圆形的凹地。

3、赤平极射投影法在岩质高陡边坡稳定性分析中的应用

依据工程地质分区原则，结合采场的岩性、岩体结构类型、边坡形态、采矿工程布置及结构面（断裂、节理和裂隙以下统称结构面）规模等，将采场边坡划分为A、B、C、D四个工程地质区，因为篇幅有限，所以本文仅对B区（采场西帮）进行讲述分析。

3.1工程地质岩组及岩体结构类型特征

B区地表主要分布有：松散废矿渣组，占14.76%；较软碎散结构岩组（Ⅴ）,占15.79%；较软块状结构岩组（Ⅳ）,占20.54%；较坚硬碎裂结构岩组（Ⅳ）,占23.54%；坚硬块状镶嵌结构岩组（Ⅲ）,占25.37%。根据4、5线剖面图显示，终了边坡分别在标高+400m、+340m延深至+148m的边坡体主要以坚硬（较硬）整体状（块状）结构岩组（Ⅰ～Ⅱ）为主，局部夹较软块状镶嵌结构岩组（Ⅳ）透镜体，此标高以上主要以Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ岩组为主，呈似层状或透镜体状分布。

该区终了边坡体在标高+700以下以坚硬～较坚硬块状结构岩体为主，局部夹较软块状结构岩组（Ⅲ）透镜体，整体工程强度较高，完整性较好。终了边坡体在标高+700m以上多为较软碎散结构岩组（Ⅳ）及较软块状碎裂结构岩组（Ⅴ）为主，此标高以上边坡稳定性相对较差。

3.2结构面分布特征

区域性构造F4-1和F2-10通过本区。由于F4-1产状为100～120°∠35～45°，其产状变化较大，该构造为本矿区主要成矿构造带，对终了边坡影响不大；F2-10自西向东穿越B区，延伸长度800m，走向309°，倾向北东，倾角70°左右，最大宽度大于5m，一般1m左右，由构造角砾岩或石英斑岩充填，张性，走向与本区南部的终了边坡基本一致，且倾向顺坡向，倾角小于边坡角，对边坡的稳定性较大，易产生较大规模的平面破坏。K4-1孔揭露的F105结构面（产状43°∠55°）与终了边坡呈大角度（交角47°）接触，该构造虽对边坡岩体的完整性有一定影响，但该构造出现在该边坡体北侧；根据该构造产状与边坡空间接触关系，该构造对西帮北侧采场外围自然边坡的影响较大。根据本工程地质调查发现主要有F4-1、F2-10、F106、F107、F5、F115六条结构面，产状分别为100～120°∠35～45°、51°∠70°、62°∠66°、68°∠57°、107°∠59°、104°∠70°，按顺坡向推测其产状，即顺坡向结构面，由于规模较小，且距坡面有一定距离，对终了边坡的稳定性影响不大。根据4、5线剖面图，主要结构面与终了边坡在空间接触关系如下图：

本次工程地质测绘共查明本区Ⅲ结构面30条。其中长度大于100m有6条：50～100m的13条；小于20～50m为11条。优势结构面以35°∠48°、44°∠49°、63°∠59°为主。

依据B区17个裂隙节理点的统计资料，节理倾向优势以L1：14°∠57°、L2：102°∠44°、L3：53°∠51°、L4：24°∠53°、L5：42°∠44°、L6：64°∠48°、L7：33°∠60°七组为主。节理密度1～6条/米,平均4.05条/米。

3.3水文地质特征

依据资料的剖面图，地下水位呈西高东低，地下水由西向东汇集于采场，为裂隙潜水类型。K4-1、K5-1、K5-2终孔静水位标高分别为+636.40m、+434.90m、+461.210m，由于K4-1号孔终孔后钻孔静置时间较短，水位之所以较高并不排除由于钻探施工，钻孔水主要为钻探残留水；故本B区边坡则以636.40m分以采场中＋520m、＋300m的水平坑道为最低排水点作连线，划分出饱气水带、裂隙潜水过渡带及裂隙潜水带。过渡带水面标高在+636.40m至+520.00m之间，此标高以上为饱气带；标高+300m至+434.90m之间水位连线为裂隙潜水面。该区裂隙潜水水位较高，其静水压力较大，高水头地下水对边坡的稳定性影响较大。

3.4边坡破坏类型

根据本采场的工程测绘及钻探揭露并结合边坡与结构结合关系的赤平极投影图综合分析判定：该区边坡现状总体是较稳定的，仅在局部由于构造牵引影响，导致构造周边危岩较为破碎、氧化、蚀变更为强烈，易对周边边坡产生顺坡滑裂面及粒状解体，在不利工况下更加容易发生边坡局部坍塌失稳现象，但其规模相对较小，对终了边坡总体上的稳定性影响不大。

3.5总体评价：

该区坚硬～较坚硬整体状块状结构岩组的顶面分布标高在+650mm,此标高以下边坡体整体工程强度较高，完整性较好，对于局部夹有透镜体状较软岩碎裂结构（Ⅳ）岩组体对终了边坡稳定影响不大；总体上该标高以下边坡稳固性一般较好。对于该标高以上+650m其以上边坡，主要以较软岩碎裂结构（Ⅳ～Ⅴ）岩组体为主，稳定性相对较差。

F2-10为顺坡向结构面，且倾角小于边坡角，对边坡的稳定性较大，易产生较大规模的平面破坏；产状为54°∠42°优势结构面顺坡向，易产生小规模平面破坏和楔形破坏；B区边坡裂隙潜水带的地下水位相对于排水通道来讲相对较低，故起静水压力不大，但并不排除由于封雨期大气降水，由于边坡排水不畅导致高静水压力水头对边坡的稳定性可能产生不良影响。

4、结语

赤平极射投影方法仅适用于岩质边坡。该方法根据岩石的结构产状和相互组合交线情况，能够很好、较准确的判断岩体的稳定性，此外利用这种图解方法还可以进一步确定结构体的滑移方向，滑动动态以及稳定程度。总之，赤平极射投影方法在工程地质边坡稳定性分析中具有很好的指导意义。

参考文献

[1]杨志强，何伟民，等.新疆哈密市东戈壁钼矿勘报[R].河南省地矿局第二地质勘查院，2011.

[2]毛健全，杨国桢，颐悦.地质构造分析的赤平极射投影方法[M].贵阳：贵州人民出版社，1981.