0   引言

某露天矿2 500 t/d技改工程初步设计已完成，最终形成边坡高度达228 m, 阶段高度12 m，阶段坡面角65~70°，最终坡面角45°。在设计的露天采场的东、南、北边坡存在一定数量早期民采和地采时留下的巷道及采空区，这些巷道及采空区由于塌陷，人无法直接进入到现场进行调查；同时，在地质勘探期间，仅对部分围岩和矿体进行过物理力学参数试验，没有作过专门的工程地质工作，缺乏必要的工程地质基础资料，使得边坡角设计缺乏科学依据，难以对边坡稳定性作出科学合理的评价。因此，受该矿的委托，对边坡工程地质进行详细调查，查明岩体结构特征，研究边坡的破坏模式，查清边坡下各空区的具体情况，进而分析边坡稳定性，确定科学合理的边坡角，满足生产过程中的边坡工程设计要求，提出生产过程中边坡治理方案，对确保露天采场安全开采具有十分重要的现实意义。

1   工程地质概况

矿区地层简单，仅出现中元古界双桥山群第Ⅲ岩组，侏罗系鹅湖岭组。在矿区南部出现有白垩系下统石溪组，呈不整合覆盖在鹅湖岭组之上。第四系地层沿山坡和沟谷分布。

矿区岩浆岩主要是由燕山早期第三阶段的火山碎屑岩、熔岩、次火山岩及其伴生的隐爆角砾岩组成，其中以次火山相的石英斑岩(英安流纹斑岩和流纹英安斑岩的统称)和英安斑岩为主。

矿区褶皱和断裂均较发育。银山背斜轴部断裂为一主干断裂带，走向北东。在背斜的北西翼，有一系列近东西的断裂和断裂带；在南东翼，有一系列北东向、北北西—北西向、北北东向断裂和断裂带。

2   边坡岩体结构特征

2.1   岩组划分及其特征

岩体的工程地质评价是边坡工程研究的基础，边坡岩体特征的研究又是工程评价的基础。因此，首先需要进行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建造为基础，主要考虑岩石的成因类型和岩性岩相的变化以及岩石的成层条件及厚度变化^[1]。针对边坡的条件，可划分为以下工程地质岩组：千枚岩组；石英斑岩岩组；英安斑岩岩组。

2.2   岩体结构面特征

对于矿山、水利等工程中的坚硬岩石而言，由于岩石的强度高、抗变形能力强，在荷载作用下结构体的稳定性不会出现大的问题，因而结构面成为控制岩体力学性能的主导因素，须特别重视对结构面的研究。

2.2.1   岩体结构面分布特征

目前，众多的研究成果与工程实践表明，岩质边坡的失稳，往往是从局部岩块沿裂隙滑落或滑移开始，引起相邻岩块相继松脱滑移，继而导致边坡整体失稳。因此，需在现场对岩体结构面进行详细的调查研究，弄清其分布规律和特征，找出其优势结构面和潜在滑动面。

岩体结构面的现场调查，一般采用“测线统计法”和“统计窗法”，本次岩体结构面调查采用“测线统计法”，主要对结构面产状(倾向、倾角)、结构面的迹线位置和尺度(间距、持续性)进行详细测量，并对结构面的特征(结构面类型、粗糙度、开裂度、充填物、风化程度、渗水性、两侧岩石的岩性及坚硬程度)进行详细观察描述。分别对露天矿北东边坡84 m与96 m和西边坡84 m与96 m4个平台进行了详细的调查，共布置了16条测线，详见表 1。

表  1  测线布置情况

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采用玫瑰图法对上述结构面产状进行了统计分析，统计分析结果见如图 1、2和表 2所示。

图  1  北东边坡84~96m结构面产状统计

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图  2  西边破84~96m结构面产状统计

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表  2  结构面产状统计分析

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2.2.2   结构面分级

由于结构面方位不同、规模不同，对边坡稳定性影响也不同。为此，通常要将结构面进行分级^{[2, 3]}，并在分级的基础上，再按结构面特征(包括力学性质，其所在位置、空间分布及其与坡面产状的组合关系等方面)对边坡可能造成的影响进行具体分析。本矿区断裂构造发育，节理裂隙广泛展布，按其岩体结构面的规模可分为5级。

(1) Ⅰ级结构面。Ⅰ级结构面为具有区域规模的大型断裂面，其长度延伸一般均超过几千米，形成的破碎带宽度为几米至几十米不等。属于一级结构面的断层有F₇。

(2) Ⅱ级结构面。Ⅱ级结构面为基本贯穿整个的矿区断裂构造，其延伸长度在千米以上至数千米，形成构造带的宽度为几米至数十米。属二级结构面的断裂有多条。

(3) Ⅲ级结构面。Ⅲ级结构面为矿区局部断裂构造，其延伸长度为百米以上千米以下，构造带的宽度为几米不等。属于三级结构面的断层有多条。

(4) Ⅳ级结构面。Ⅳ级结构面为影响范围较小的小型结构面(包括没有命名的、规模小于三级结构面的小断层和本次现场调查实测图上的大节理)。其特点：一是数量大，分布广；二是此类结构面以光滑的平面(大光面)或为舒缓的弧面、波状起伏面类型展布，结构面上常有泥质、铁质及绿泥石、黑云母等充填；三是Ⅳ级结构面的产状分布尽管存在随机性和多样性，但实测统计表明，同时存在有明显的优势方向性。

(5) Ⅴ级结构面。Ⅴ级结构面是长度小于1个台阶高度(10 m)的微型结构面(包括小型节理、裂隙、劈理、片麻理、片理等)，其长度一般为10 cm至数米。其特点：一是采场Ⅴ级结构面广泛发育，数量巨大，除塑性岩层外，整个采场边坡随处可见：二是整体上更具有产状的多样性和随机性，而在不同的区段和不同的位置，仍然具有不同的优势方向性，优势方向又影响了边坡可能的破坏模式和规模，现场节理测量统计主要是针对Ⅴ级结构面进行的。第三个特点是Ⅴ级结构面频度高、数量大，反复切割岩体，造成岩体破碎，加速了岩石风化，从而降低了岩石的力学强度，使得边坡容易遭受破坏。

2.3   岩体结构类型划分及其特征

根据矿山的工程地质条件和结构面的特征，可将边坡岩体结构划分为块状结构、碎裂结构、散体结构和薄层状结构4种类型。

(1) 块状结构。块状结构的岩体完整性较好，结构体为块体，其中的不连续面主要为节理面，结构面间距一般50~100 cm，且节理面多为张开型，贯通性较好，岩体强度相对较高，构成的边坡相对稳定。具有块状结构的岩体主要为次火山岩岩类，如石英斑岩、英安斑岩等。块状结构边坡由于节理组合切割作用，可构成平面破坏、楔形破坏、倾倒破坏等。

(2) 碎裂结构。碎裂结构的岩体完整性差，因遭受节理、裂隙、片理等不连续面纵横交错相互切割，致使岩体强烈破碎，呈规则或不规则的碎块状，其不连续面具有短小密集，多为张开型的特点。碎裂结构的岩体分布在千枚岩与火山岩的接触破碎带和断层破碎带等处。碎裂结构的岩体强度比原岩明显降低，构成的边坡稳定性比块状结构差，其潜在破坏模式主要为弧形破坏和楔形破坏。

(3) 散体结构。由于强烈的风化作用，使原岩遭受严重破坏，致使散体结构岩体的完整性已经完全丧失，岩石呈形状不规则的小块体混杂在大量松散的土状物中，或直接由松散砂土构成。具有散体结构类型的边坡岩体有人工堆积碎石土﹑散层，第四系洪积物堆积松散层，强风化变质岩、火山角砾岩等。散体结构的岩体，由于原岩结构基本破坏，多为松散土状颗粒，力学强度很低，所构成的边坡稳定性很差，容易形成弧形破坏、冲沟破坏和台阶局部坍塌。

(4) 薄层状结构。薄层状结构的岩体具有清楚的片理面，其力学特征各向异性明显，力学性质和变形特征在平行和垂直片理面方向有很大的差异性。片理面呈平行分布，其间距为几厘米，延展性好，受击易沿片理面方向破坏，片理间结合力差，故岩体的变形破坏一般受片理面控制。薄层状结构的边坡岩体主要为千枚岩。根据矿区岩层出露特点，边坡潜在平面破坏、倾倒破坏等。

3   露天矿边坡破坏模式及其特征

根据现场调查资料的理论分析以及采场滑坡特征的综合分析，矿区边坡存在以下主要破坏模式。

(1) 平面破坏。该矿发生平面破坏的滑面，一般均为平整光滑的大节理面。根据滑面形态特征的不同，平面破坏具体可见以下几种：简单平面破坏；复合型平面破坏；多平面阶梯状破坏；波状平面破坏。

(2) 圆弧型破坏。当边坡岩体呈散体结构或岩体破碎、岩块间有较多泥质及其他碎屑物质充填、块间并无紧密结合时，边坡沿弧形破坏面发生滑动。

(3) 楔形破坏。采场此类破坏发生普遍，一般为台阶边坡破坏，规模不大，超过1个台阶高度的楔体破坏并不多见。

(4) 倾倒破坏。在块状结构的岩体中，发育着陡倾角节理面或片理面，且存在着与此结构面平行的边坡临空面，使边坡岩体沿不连续面逐步变形倾倒，一般规模不大，多为台阶边坡破坏。

4   结论

根据对某露天矿边坡进行现场工程地质调查和理论分析可以得出下述结论：

(1) 矿区地层岩石较简单，但褶皱和断裂均较发育。根据边坡的条件，可划分为三种工程地质岩组，即千枚岩组、石英斑岩岩组和英安斑岩岩组。

(2) 通过对岩体结构面的现场调查分析，可知边坡存在三组优势结构面。

(3) 根据矿山的工程地质条件和结构面的特征，可将边坡岩体结构划分为4种类型，即块状结构、碎裂结构、散体结构和薄层状结构。

(4) 根据现场调查资料的理论分析以及采场滑坡特征的综合分析，矿区边坡存在以下主要破坏模式，即平面破坏、圆弧型破坏、楔形破坏和倾倒破坏。

以上研究结果将为该露天矿边坡稳定性分析提供可靠的依据，对确保该露天矿的安全生产具有十分重要的现实意义。