1、目 錄達(dá)連河露天煤礦南幫邊坡穩(wěn)定性分析I1 前 言31.1 項(xiàng)目背景、意義及目標(biāo)31.2 研究?jī)?nèi)容31.3 研究方法與技術(shù)路線42 邊坡工程地質(zhì)條件分析62.1 工程概況62.1.1 位置與交通62.1.2 地形地貌82.1.3 礦山開(kāi)采簡(jiǎn)介82.1.4 氣候條件及地震烈度82.2 區(qū)域地質(zhì)82.3 礦區(qū)地質(zhì)92.3.1 地層巖性92.3.2 地質(zhì)構(gòu)造102.4 邊坡工程地質(zhì)122.4.1 勘探區(qū)工程地質(zhì)122.4.2 地層巖性132.4.3 巖體結(jié)構(gòu)類型152.4.4 水文地質(zhì)特征172.5 潛在滑坡模式分析192.6 巖土體物理力學(xué)指標(biāo)的確定192.7 小結(jié)203 邊坡穩(wěn)定性極限平衡計(jì)算2

2、13.1 邊坡安全儲(chǔ)備系數(shù)確定213.2 穩(wěn)定性定量分析方法簡(jiǎn)介213.2.1 極限平衡理論概述213.2.2 計(jì)算方法的選擇223.3 邊坡穩(wěn)定性分析253.3.1 計(jì)算剖面選取253.3.2 計(jì)算結(jié)果及分析283.4 小結(jié)324 結(jié)論331 前 言1.1 項(xiàng)目背景、意義及目標(biāo)邊坡穩(wěn)定性分析與控制是露天開(kāi)采領(lǐng)域研究的關(guān)鍵問(wèn)題。如何針對(duì)不同露天礦特有的工程及地質(zhì)特征，提出合理的邊坡設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性控制方案，確保露天礦實(shí)現(xiàn)高效、安全及持續(xù)生產(chǎn)，是采礦工程科學(xué)技術(shù)人員亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。達(dá)連河露天礦于2010年進(jìn)行了改擴(kuò)建設(shè)計(jì)，提出橫采內(nèi)排確定南幫最終幫坡角是41°，外排土場(chǎng)距采場(chǎng)邊界距

3、離大于50m。目前外排土場(chǎng)高度大于100m，采場(chǎng)最終采深超過(guò)200m，形成了高陡復(fù)合邊坡，且內(nèi)排壓腳難以實(shí)現(xiàn)，外排土場(chǎng)距采場(chǎng)邊界距離幾乎為零，存在較大滑坡風(fēng)險(xiǎn)，曾在2011年發(fā)生兩次小規(guī)?；?，嚴(yán)重威脅露天礦安全生產(chǎn)。項(xiàng)目通過(guò)對(duì)達(dá)連河露天礦頂幫穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行研究，為露天礦安全生產(chǎn)提供必要的技術(shù)支持。1.2 研究?jī)?nèi)容為保證達(dá)連河露天礦順利實(shí)施，避免滑坡災(zāi)害的發(fā)生，必須對(duì)南幫邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，為露天礦安全生產(chǎn)提供基礎(chǔ)。本項(xiàng)目主要研究?jī)?nèi)容如下：(1) 邊坡工程地質(zhì)條件分析 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及資料搜集工作，分析露天礦剝采排工程現(xiàn)狀、發(fā)展概況及地面設(shè)施布置情況，為確定不同邊坡區(qū)段的重要性提供基礎(chǔ)； 分析采

4、場(chǎng)頂幫邊坡地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)及水文地質(zhì)等條件以及排棄物料性質(zhì)； 總結(jié)露天礦地質(zhì)及邊坡穩(wěn)定性分析成果，選取巖土體物理力學(xué)參數(shù)； 建立邊坡工程地質(zhì)模型。 分析采場(chǎng)頂幫、南排土場(chǎng)以及頂幫-南排土場(chǎng)北幫復(fù)合邊坡的潛在滑坡模式。(2) 邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 選取邊坡安全儲(chǔ)備系數(shù)； 對(duì)邊坡現(xiàn)狀進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)； 1.3 研究方法與技術(shù)路線本項(xiàng)目采用理論分析、剛體極限平衡的研究方法，綜合分析達(dá)連河露天煤礦南幫邊坡的穩(wěn)定性，并提出合理的邊坡穩(wěn)定性分析方案。所采取的技術(shù)路線如圖1-1所示。(1) 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，詳細(xì)分析達(dá)連河露天煤礦的工程概況，收集相關(guān)資料及以往的研究成果。(2) 工程地質(zhì)踏勘對(duì)露天礦

5、區(qū)域地質(zhì)背景及現(xiàn)狀邊坡工程地質(zhì)特征進(jìn)行分析，結(jié)合以往的勘探成果，初步判定邊坡的潛在滑坡模式，確定巖土體物理力學(xué)指標(biāo)，為邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算提供基礎(chǔ)。(3) 剛體極限平衡法迄今為止，在邊坡穩(wěn)定性分析中，剛體極限平衡法以其概念清晰、計(jì)算簡(jiǎn)單、工程資料豐富應(yīng)用最為廣泛。常用的剛體極限平衡分析方法有：瑞典圓弧法、瑞典條分法、Bishop法、Janbu法、Morgenstern-Price法、Spencer法、Sarma法、剩余推力法、通用條分法、楔形體法、Newmark法和美國(guó)陸軍工程師團(tuán)法。其中，Bishop法適合于圓弧滑動(dòng)，而剩余推力法適合于任意曲面滑動(dòng)，針對(duì)達(dá)連河露天煤礦邊坡工程地質(zhì)地質(zhì)條件，本項(xiàng)

6、目擬基于該兩種算法的原理，利用剛體極限平衡分析軟件，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算和評(píng)價(jià)。圖 1-1 技術(shù)路線流程圖2 邊坡工程地質(zhì)條件分析掌握邊坡的工程地質(zhì)特征是科學(xué)評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性、充分認(rèn)識(shí)滑坡機(jī)理的前提和基礎(chǔ)。本章在區(qū)域地質(zhì)及礦區(qū)地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析達(dá)連河露天煤礦南端邊坡的工程地質(zhì)特征，為邊坡穩(wěn)定性影響因素及潛在滑坡模式分析提供基礎(chǔ)。2.1 工程概況2.1.1 位置與交通依蘭煤田位于黑龍江省中部松花江兩岸，依蘭縣西南與方正、通河縣交界處，呈北東-南西向三角地帶。其地理坐標(biāo)為東經(jīng)129°129°30，北緯46°46°20。礦區(qū)所在地達(dá)連河鎮(zhèn)交通較為便利。

7、除沒(méi)有鐵路直通外，公路及江河航運(yùn)、空運(yùn)等皆較發(fā)達(dá)。達(dá)連河礦區(qū)的交通位置見(jiàn)圖2-1。圖 2-1 交通位置圖公路往東北行駛22.5km到達(dá)依蘭縣城。該地是松花江、牡丹江、倭肯河匯合處，每年510月間定期客輪、貨輪（一般300500t，最大千噸）通航，上行341km經(jīng)沙河子、方正、賓縣等船站到省城哈爾濱市。下航行100km經(jīng)宏克力、湯源縣等船站到合江地區(qū)佳木斯市。12月到來(lái)年3月江冰封凍，可行駛載重卡車等。同時(shí)，依蘭還有通往佳木斯、樺南、勃利縣的汽車。城東門外有飛機(jī)場(chǎng)，定期民航抵哈爾濱、佳木斯市。往西經(jīng)沙河子、方正、賓縣之高速公路直達(dá)哈爾濱市。達(dá)連河露天煤礦位于松花江東岸的達(dá)連河鎮(zhèn)南部，坐標(biāo)為東經(jīng)1

8、29°2018129°2311，北緯46°085646°1001。露天煤礦范圍東自F2、西到F12號(hào)斷層；北起煤系基底4花崗巖，南到上12，開(kāi)采深度90m-150m。本區(qū)以哈同公路為界顯示不同地理景觀：東部為低山丘陵地雞爪溝壑帶，達(dá)連河向西流入松花江；西部為松花江東岸的河漫灘濕洼草地開(kāi)闊地帶，地形標(biāo)高一般在9698m間。松花江從露天礦田西部邊界向東北方向流去；在露天煤田的西南和松花江對(duì)岸為中山地帶，地理景觀見(jiàn)圖2-2。圖 2-2 地理景觀圖2.1.2 地形地貌本區(qū)地處松花江畔的沖積平原，東部為低山丘陵、雞爪溝壑帶，達(dá)連河西入松花江；西部為松花江東岸開(kāi)闊的

9、河漫灘濕洼草地。松花江沿礦區(qū)西部邊界流向東北，其西南與西北處為中山地帶。2.1.3 礦山開(kāi)采簡(jiǎn)介礦業(yè)公司所屬露天煤礦于1964年小規(guī)模開(kāi)發(fā)建設(shè)，1966年投產(chǎn)后形成0.30Mt/a的生產(chǎn)能力。隨著哈依煤氣工程的上馬，經(jīng)正規(guī)的建設(shè)和幾次改擴(kuò)建，目前核定規(guī)模2.60Mt/a。露天煤礦已建立起完整的采運(yùn)排等生產(chǎn)系統(tǒng)，采用單斗卡車開(kāi)采工藝，主要設(shè)備為4.6m3電鏟，45t和25t卡車，形成了水、電、路、(通)訊完善的基礎(chǔ)設(shè)施，以及行政福利設(shè)施，為進(jìn)一步擴(kuò)能改造奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的建設(shè)，以達(dá)連河鎮(zhèn)為中心形成了較為完善的礦區(qū)輔助、附屬企業(yè)及設(shè)施。礦區(qū)行政和生活服務(wù)設(shè)施主要有辦公大樓、食堂及招

10、待所、醫(yī)院、中小學(xué)、職工住宅樓等。礦區(qū)主要輔助附屬設(shè)施有礦區(qū)汽車大修廠、礦區(qū)機(jī)修廠、礦區(qū)炸藥庫(kù)、礦區(qū)物資庫(kù)、礦區(qū)救護(hù)中隊(duì)等。另外，在礦區(qū)東北角中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司建有消防站。2.1.4 氣候條件及地震烈度本區(qū)氣候?qū)僦袦貛Т箨懶詺夂?。年最高氣?七、八月份)38、年最低氣溫(一月份)37、年平均氣溫3。夏季較短，冬季較長(zhǎng)。無(wú)霜期135天，封凍期長(zhǎng)(11月到翌年4月)，一般凍結(jié)層厚1.501.80m。年降水量約566.8mm，且多集中于夏秋兩季。該礦所在地區(qū)地震烈度為6度，地震分組為第一組，設(shè)計(jì)基本地震動(dòng)峰值加速度值為0.05g。2.2 區(qū)域地質(zhì)該區(qū)地層出露較全，分布較廣。最古老屬元古界變

11、質(zhì)片巖系與片麻花崗巖出露于依蘭縣城東北及東南部山區(qū)以及中、西部的上古生界海西期花崗巖和中生界白堊系碎屑沉積巖建造，構(gòu)成煤盆地基底。其上沿松花江兩岸通河、方正、依蘭至樺南一帶發(fā)育下第三系始漸新統(tǒng)陸相含油煤建造及上第三系碎屑巖、噴出玄武巖。第四系洪積、沖積層。2.3 礦區(qū)地質(zhì)2.3.1 地層巖性本區(qū)含煤地層為下第三系始-漸新統(tǒng)達(dá)連河組()；以河床相、泥炭沼澤相、湖泊相為主的陸相含煤、油頁(yè)巖、碎屑巖沉積建造。該組地層從巖層性及巖相組合，在垂向上分為三段，地層綜合柱狀圖見(jiàn)圖2-3。由下向上分為三段分別為：(1) 上部砂頁(yè)巖段由灰-灰白色粗砂巖、含礫砂巖及粉細(xì)砂巖互層組成，整段巖性上部較細(xì)以河漫相粉細(xì)砂

12、巖及沼澤相炭質(zhì)泥巖互層為主，下部以河床相砂巖為主，橫向上自西向東巖性粒度變粗，厚度增大。(2) 中部油頁(yè)巖段主要由巨厚的靜水湖泊相油頁(yè)巖和薄層粉細(xì)砂巖組成，以黑-黑褐色為主，局部夾灰白色粉細(xì)砂巖條帶。含較多的植物碎屑及植物化石，下部含琥珀，該段地層自西向東變薄，至東部邊緣被砂巖取代。(3) 下部含煤段上部以泥炭沼澤相的主要煤層群和炭質(zhì)泥巖與湖泊相的油頁(yè)巖及砂巖組成，底部由洪積、沖積相花崗質(zhì)長(zhǎng)石砂巖與河、湖相泥巖、油頁(yè)巖及粘土巖組成。本段含該區(qū)可采煤層上、上1上2、上、中及下層煤?？碧絽^(qū)可采煤層為上1、上1上2、上2、中、下。煤層全區(qū)可采，煤層屬較穩(wěn)定型。(4) 關(guān)于巖性巖相變化此變化是由東往西

13、，巖性由粗變細(xì)，即由洪積、沖積相砂礫巖到湖沼相油頁(yè)巖和煤層，東部與煤層呈犬齒交錯(cuò)形式接觸，且煤層層位抬高之勢(shì)，說(shuō)明東部是盆地邊緣，沉積物來(lái)源于東北面。當(dāng)時(shí)地形是東北高而西南低，東北面為陸源剝蝕區(qū)。根據(jù)其構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，沉積建造特征，古地理與古植物環(huán)境，煤層、煤質(zhì)發(fā)育特征與富煤帶形成機(jī)制及其后構(gòu)造變動(dòng)與巖漿活動(dòng)，變質(zhì)作用等特征，依蘭煤田含煤建造的成因類型應(yīng)屬新生代老三紀(jì)始漸新世陸相褐煤建造類的構(gòu)造斷陷盆地型。(5) 關(guān)于地層時(shí)代該化石植物群中古老分子較多，根據(jù)我國(guó)聚煤規(guī)律，新生代成煤是由東北而南遷，此是地處東北方，從佳伊地塹形成和對(duì)煤田控制來(lái)看，是應(yīng)較早的下降接受大量陸相碎屑巖沉積建造，并得以很好地保

14、存。按照沉積旋回等是始漸新統(tǒng)或達(dá)連河組下、中段即相當(dāng)?shù)?旋回為始新統(tǒng)，其上第(上部含煤組)、旋回等相當(dāng)漸新統(tǒng)較為合適。 2.3.2 地質(zhì)構(gòu)造礦山位于大地構(gòu)造新華夏系第二隆起帶張廣才嶺隆起北緣。依蘭煤田位于東西向構(gòu)造帶與華夏世構(gòu)造體系的復(fù)合部位。依蘭煤田總體上呈東西向展布，其盆底沉積顯然受沙河子-永豐這一東西向坳斷帶所制約，是蘇-達(dá)斷裂與這一坳斷帶相交復(fù)合作用的結(jié)果，為煤系的沉積創(chuàng)造了有利場(chǎng)所。(1) 基本構(gòu)造形態(tài)達(dá)連河區(qū)在依蘭煤田的東部，即依蘭-牡丹江經(jīng)向構(gòu)造帶以西，沙河子-永豐東西向構(gòu)造帶與華夏式佳-依地塹北段的復(fù)合構(gòu)造的東北部位，區(qū)內(nèi)呈近東西或北東-南西向的S型構(gòu)造，其西北邊被地塹東界的蘇

15、-達(dá)斷裂相切，東南被北西傾向的F1正斷層相切成的三角扇形斷陷地帶。本次勘探的區(qū)域基本上是一向南傾伏的單斜構(gòu)造。(2) 地層產(chǎn)狀勘探區(qū)內(nèi)，煤層露頭的展布基本上呈東西向，傾向南，傾角淺部露頭處較陡，中部較緩并存在波狀起伏，深部變陡。從全區(qū)看屬于緩傾斜地層。圖 2-3 地層綜合柱狀圖(3) 褶皺與隆起從以往的鉆探資料與露天礦剝采工程所揭示的資料看，本區(qū)在傾向上距煤層露頭約1000m有一條近走向的隆起帶，在9線上有一條近南北向的隆起帶，他們對(duì)煤系地層、煤層、煤質(zhì)及后期構(gòu)造等起到一定的控制作用。(4) 斷層區(qū)內(nèi)斷層較發(fā)育，特點(diǎn)是在較大斷層的兩側(cè)的次級(jí)斷裂更為發(fā)育，構(gòu)成本區(qū)主要構(gòu)造特點(diǎn)。對(duì)本區(qū)的斷層分述如

16、下：F5斷層：為東部的邊界斷層，走向北東35，傾向南東，傾角70，是一規(guī)模較大的正斷層。落差向南加大，北部100m，南部300m，北部有69-6與60-246，和80-105與79-106孔間不連續(xù)，南部由83-148與99-3孔間不連續(xù)，4-5線間露頭的北移所控制，發(fā)育于4-8線間。F4斷層：是區(qū)內(nèi)的一條較大的正斷層，發(fā)育于6-3線間，走向NE41，傾向NW，傾角70，斷距50m左右，79-5與59-201孔間不連續(xù)，控制程度較可靠。F39斷層：正斷層，發(fā)育于4-3線間，斷層落差較小，一般在20m左右，走向NW70，傾向北東，80-131鉆孔實(shí)見(jiàn)，控制程度較可靠。F3斷層：正斷層，為本區(qū)東部

17、的邊界斷層，發(fā)育于4-2線間，走向NE50，傾向SE，傾角65°，落差在50-70m之間，一般為60m，控制程度較可靠。通過(guò)地層實(shí)際揭露情況及鉆孔控制，井田內(nèi)斷層有以下特征。 目前所查明的斷層均為正斷層。 落差一般不大(除F5邊界斷層外)，但區(qū)內(nèi)傾角平緩使其水平錯(cuò)距較大。 從平面的展布方向看呈以北東向?yàn)橹鳎员蔽飨驗(yàn)檩o的兩組斜交斷層，組合成X型構(gòu)造。 排列方式：同方向的傾斜斷層連續(xù)出現(xiàn)在剖面上與相反傾斜的斷層組成地壘和地塹式的構(gòu)造形式。2.4 邊坡工程地質(zhì)2.4.1 勘探區(qū)工程地質(zhì)煤田的沉積建造環(huán)境和應(yīng)力應(yīng)變分布等因素，制約了勘探區(qū)工程地質(zhì)特征。沉積過(guò)程中，由于地形條件的控制(基底不

18、平)，內(nèi)外應(yīng)力作用的差異和其它因素的干擾(風(fēng)浪、流速等)形成下部巖層的巖性和物理力學(xué)性質(zhì)的各向異性。在油頁(yè)巖沉積過(guò)程中，由于和諧的沉積韻律(沉積物的周期性)和沉積物的分異，形成了油頁(yè)巖的原生層狀特征，從而構(gòu)成了本區(qū)巖體初級(jí)結(jié)構(gòu)。 由于北東向的壓性應(yīng)力作用，形成全區(qū)發(fā)育的同向裂隙(為本區(qū)的主要裂隙)在不同巖性中其形態(tài)和作用表現(xiàn)為：油頁(yè)巖中呈X型剪性裂隙，粗、中砂巖中呈直線型張性裂隙。為本區(qū)巖層的級(jí)結(jié)構(gòu)面的主要組成部份。因斷層在走向和傾向的切割，使巖體支離，形成該區(qū)的斷裂破碎帶，從而降低了巖層的整體強(qiáng)度?；缀Ｎ髌诨◢弾r，因長(zhǎng)期的風(fēng)化剝蝕作用形成的風(fēng)化裂縫帶，構(gòu)成了煤系基底的次結(jié)構(gòu)面。 2.4.2

19、 地層巖性勘探區(qū)所見(jiàn)邊坡巖體組成，自下而上由第三系、第四系地層組成，地層厚度、巖性及組合特征為：(1) 第三系含煤地層該套地層以泥巖、粉細(xì)砂巖、中粗砂巖、油頁(yè)巖、煤、含礫粗砂巖礫巖為主。層厚控制273m-353m，平均厚311m。泥巖占6%；砂巖砂礫巖占44%；油頁(yè)巖占35%；煤占3%；砂礫巖-礫巖占12%。Pa，中值1.41MPa。砂巖、砂礫巖：巖層以粉細(xì)砂巖、砂礫巖礫巖為主，其于少部分中、粗砂巖。顏色為深灰、灰、灰白色。砂巖多為砂泥質(zhì)膠結(jié)、巖性結(jié)構(gòu)復(fù)雜富含炭化植物莖葉。粉砂巖、細(xì)砂巖多具微波狀、波狀層理，中、粗砂巖松散易碎。Pa。Pa。油頁(yè)巖：顏色為深灰色-灰褐色；為本區(qū)最具代表性巖層；固

20、結(jié)較差，極易風(fēng)化松散破碎；刀刻強(qiáng)度軟-較軟。Pa。煤層：密度為1.41g/cm3，含水量2.70%。(2) 第四系地層砂土：顏色為黃褐色；粒級(jí)為細(xì)砂-中砂-粗砂-礫砂，稍濕-很濕，硬塑-松散。（見(jiàn)顆粒組成表2-1）表 2-1 顆粒組成表顆 粒 組 成 %砂土的稱(按GB/T50123-1999)粒 徑 大 小mm2020-22-0.50.075-0.00510.03細(xì)砂16.35-31.80中砂粗砂礫砂粉土：黃褐色-淺灰綠色；軟，濕，可塑。天然含水率（%）：14.71-19.62，土粒比重（Gs）：2.66，天然孔隙比e：0.554-0.665，飽和度Sr（%）：71-78，干密度d（g/cm

21、3）：19.11-19.64，液限L（%）：21.48-24.15，塑限wP(%)：14.9-15.9，液性指標(biāo)Il：-0.03-0.45，塑性指標(biāo)IP：6.55-8.26；固結(jié)實(shí)驗(yàn)壓縮系數(shù) 0.1 0.2 (l/MPa ) ：0.13-0.22和壓縮模量Es 0.1 0.2 (l/MPa )；7.41-11.90；抗剪強(qiáng)度粘聚力c(KPa) ：21.2-25.6和內(nèi)摩擦角（°）11.2-16.5。砂粘土（粉質(zhì)粘土）：顏色為黃褐色-灰色-淺灰綠色；稍密-密實(shí)，濕，軟，可塑。天然含水率（%）：20.72-37.77，土粒比重（Gs）：2.68-2.71，天然孔隙比e：0.619-1.0

22、04，飽和度Sr（%）：80-100，干密度d（g/cm3）：18.63-20.23，液限L（%）：28.56-37.21，塑限wP(%)：17.5-20.6，液性指標(biāo)Il： 0.03-1.30，塑性指標(biāo)IP：11.08-16.61；固結(jié)實(shí)驗(yàn)壓縮系數(shù) 0.1 0.2 (l/MPa )：0.20-0.45，壓縮模量Es 0.1 0.2 (l/MPa )：4.00-8.58；抗剪強(qiáng)度粘聚力c(KPa)：8.9-26.3，內(nèi)摩擦角（°）5.8-14.5。粘土：顏色為黃褐色；具塑性、滑膩感強(qiáng)。天然含水率（%）：16.96-24.15，土粒比重（Gs）：2.71-2.74，天然孔隙比e：0.5

23、07-0.683，飽和度Sr（%）：83-97，干密度d（g/cm3）：19.84-21.03，液限L（%）：34.15-38.54，塑限wP(%)：19.5-21.1，液性指標(biāo)Il：-0.07-0.18，塑性指標(biāo)IP：14.66-17.47；固結(jié)實(shí)驗(yàn)壓縮系數(shù) 0.1 0.2 (l/MPa )：0.12-0.25，壓縮模量Es 0.1 0.2 (l/MPa )：6.67-13.33；抗剪強(qiáng)度粘聚力c(KPa)：22.3-29.6，內(nèi)摩擦角（°）10.2-16.9。(3) 碎石土（覆蓋層）本次補(bǔ)勘有2個(gè)鉆孔控制，-2號(hào)鉆孔控制23.85m、-3號(hào)鉆孔控制0.65m；平均厚12.25m，

24、為采剝堆積的矸石、砂礫、砂土、粉土等，松散。2.4.3 巖體結(jié)構(gòu)類型巖體結(jié)構(gòu)類型是巖體的基本特征，它控制著巖體變形和破壞的力學(xué)機(jī)制，在工程地質(zhì)勘察過(guò)程中，應(yīng)在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定巖體的結(jié)構(gòu)類型，從而判定巖體的力學(xué)介質(zhì)類型及巖體力學(xué)模型，并根據(jù)巖石力學(xué)試驗(yàn)成果結(jié)合地質(zhì)條件評(píng)價(jià)巖體的穩(wěn)定性。(1) 松散土體 第四系松散砂礫石可視為均質(zhì)連續(xù)的巖體，其厚度占整個(gè)邊坡高度的14.6%。表層為3-5m厚的亞粘土、其余為沖積、洪積砂礫、卵礫為主，地層厚為5.45m-25.70m，平均厚13.38m。砂礫、卵礫以黃褐色為主，膠結(jié)松散。礫石直徑2-100mm，一般15-60mm。次圓狀，資料分析顆粒礫級(jí)含量64.3

25、-64.5%。砂礫石為良好的通水層，是露天礦主要的含水層。 第三系地層平均厚312.55m。Pa。砂巖、砂礫巖：巖層以粉-細(xì)砂巖、砂礫巖-礫巖為主，其于少部分中、粗砂巖。顏色為深灰、灰、灰白色。砂巖多為砂泥質(zhì)膠結(jié)、巖性結(jié)構(gòu)復(fù)雜富含炭化植物莖葉。粉砂巖、細(xì)砂巖多具微波狀、波狀層理，中、粗砂巖松散易碎。Pa。Pa。油頁(yè)巖：顏色為深灰色-灰褐色；為本區(qū)最具代表性一巖層；固結(jié)較差，極易風(fēng)化松散破碎；刀刻強(qiáng)度軟-較軟。(2) 層狀結(jié)構(gòu)該套地層以泥巖、粉-細(xì)砂巖、中-粗砂巖、油頁(yè)巖、煤、含礫粗砂巖礫巖為主。層厚控制272.6m-352.50m；平均厚312.55m。該區(qū)域煤層以厚層狀分布，與巖石互層沉積，

26、形成層狀巖體結(jié)構(gòu)，巖性較軟，巖層傾角5-25°，力學(xué)強(qiáng)度低。Pa；中值1.41MPa。砂巖、砂礫巖：本次控制的巖層以粉-細(xì)砂巖、砂礫巖為主，其余少部分中、粗砂巖。顏色為灰、灰白、灰綠色。砂巖多為砂泥質(zhì)膠結(jié)、巖性結(jié)構(gòu)復(fù)雜富含炭化植物莖葉。粉砂巖、細(xì)砂巖多具微波狀、波狀層理，中、粗砂巖松散易碎。Pa。Pa。2.4.4 水文地質(zhì)特征本區(qū)第三紀(jì)以后，其構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為不平衡的階段性上升，其作用表現(xiàn)為殘留的地貌形態(tài)。即沿松花江及其它河流河谷兩側(cè)分布的一級(jí)階地。目前本區(qū)仍處于緩慢的不平衡的階段性上升階段，由于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的上升作用，在低山及丘陵地區(qū)的表現(xiàn)為侵蝕剝蝕作用的加強(qiáng)，使地形再切割。如達(dá)連河上

27、游丘陵區(qū)呈現(xiàn)的“雞爪形”地貌，河谷平原區(qū)的作用表現(xiàn)為河流的底蝕作用增強(qiáng)(年青化)；如松花江河床底部第四紀(jì)松散堆積物均被沖刷，河流直接底蝕基底基巖。目前該區(qū)內(nèi)外應(yīng)力作用的表達(dá)式為：剝蝕堆積。因而，制約了松散地層的發(fā)育(第四紀(jì)松散地層沉積薄)，促進(jìn)了基巖的物理風(fēng)化作用，形成了本區(qū)地下水賦存狀態(tài)的基本格局。(1) 地表水系：本礦位于松花江東岸，地勢(shì)平緩，地面標(biāo)高9698m。西部有松花江流過(guò)，東南部有達(dá)連河，南部有侏其河和小紅河，由于地勢(shì)平坦，排水不暢，致使?jié)竦?、沼澤發(fā)育，精查報(bào)告根據(jù)露天礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件和疏干的難易程度，把本區(qū)水文地質(zhì)勘查類型定為二類一型。(2) 含水層(帶)本區(qū)含水層可劃

28、分為：第四系孔隙含水層、第三系風(fēng)化裂隙含水帶、海西期花崗巖古風(fēng)化殼裂隙潛水含水帶。第四系孔隙含水層：上部為0.53 m腐植土、粘土和亞粘土，下部有25 m分選較好的細(xì)、中、粗、沙礫，水力性質(zhì)為潛水，滲透系數(shù)2.8848.71m/d，單位涌水量0.05571.724L/s·m， 地下水化學(xué)類行為HCO3-CaMg、HCO3-CaNa型弱酸性水，礦化度0.100.2g/L。第三系風(fēng)化裂隙潛水含水帶：為第四系覆蓋，風(fēng)化裂隙較發(fā)育，厚度約50m左右，地下水埋藏深度0.53.04 m。風(fēng)化裂隙含水帶組成的巖性不同，裂隙的發(fā)育程度也不盡相同，因此風(fēng)化裂隙含水帶的含水性在橫向上自然存在一定的差異性

29、。 達(dá)連河組上部砂巖段：巖性主要為粗砂巖、砂礫巖(泥質(zhì)膠結(jié)，結(jié)構(gòu)松散，裂隙較發(fā)育)，次為細(xì)砂巖、粉砂巖、粉細(xì)互層(質(zhì)較軟，層間裂隙較發(fā)育)，滲透系數(shù)0.265 m/d，單位涌水量0.118 L/s·m，地下水化學(xué)類行為HCO3-CaMg型弱堿性水，礦化度0.100.2 g/L。 達(dá)連河組中部油頁(yè)巖段：巖性主要為厚層油頁(yè)巖，次為煤和炭頁(yè)巖，滲透系數(shù)0.0303 m/d，單位涌水量0.01390.0393 L/s·m，地下水化學(xué)類型為HCO3-Na、HCO3-CaMg型弱堿性水，礦化度0.20.4 g/L。 達(dá)連河組下部砂巖段：巖性主要為粗砂巖、中砂巖，次為細(xì)砂巖、粉砂巖、油頁(yè)

30、巖，泥質(zhì)膠結(jié)，結(jié)構(gòu)松散，裂隙較發(fā)育，但多被泥質(zhì)和方解石充填，滲透系數(shù)0.221.305 m/d，單位涌水量0.1060.282 L/s·m，地下水化學(xué)類型為HCO3-CaMg型弱酸中性水，礦化度0.10.3 g/L。海西期花崗巖古風(fēng)化殼裂隙潛水含水帶：風(fēng)化裂隙發(fā)育深度約20 m，顆粒松散易碎，松軟部分已高嶺土化，往下風(fēng)化作用主要表現(xiàn)為沿著構(gòu)造裂隙進(jìn)行，但裂隙已經(jīng)被砂、土質(zhì)和方解石充填，地下水埋藏深度2.53.5 m，滲透系數(shù)0.150 m/d，單位涌水量0.0223 L/s·m，地下水化學(xué)類型為HCO3-CaNa型弱堿性水，礦化度0.10.2 g/L。(3) 隔水層本區(qū)主要

31、隔水層為達(dá)連河組中部厚層油頁(yè)巖段，厚度在40m以上，此隔水層在煤系地層上部，由于厚度大、隔水性好，有效的隔斷了地表水和第四系水進(jìn)入到煤系地層。(4) 地下水的補(bǔ)給排泄條件本區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水，因此，礦山涌水量嚴(yán)格地受季節(jié)性控制。主要充水巖層為第四紀(jì)孔隙含水層，但該層厚度小，靜儲(chǔ)量有限，即有利于疏干，有利于剝離。第三系風(fēng)化裂隙含水帶由于直接與第四系含水層接觸，構(gòu)成同一的水力性質(zhì)，同一的自由水面，可視為統(tǒng)一的含水體，因而第三系風(fēng)化裂隙含水帶地下水的補(bǔ)排條件基本同第四系含水層相似。第三系風(fēng)化裂隙含水帶與地表水系沒(méi)有明顯的水平方向補(bǔ)給排泄的水力聯(lián)系，只有在融雪和豐水期的79月份，漫灘區(qū)、

32、江、河水位激增，水系沼澤相聯(lián)，地下水位同地面水體構(gòu)成一體，此時(shí)地下水接受地面水體的補(bǔ)給。第四系含水層、第三系風(fēng)化裂隙含水帶地下水的排泄主要依靠蒸發(fā)作用。本區(qū)經(jīng)多年開(kāi)采證實(shí)斷層裂隙沒(méi)有導(dǎo)水涌水現(xiàn)象。2.5 潛在滑坡模式分析 達(dá)連河露天煤礦南部勘察區(qū)巖體以松散型和層狀結(jié)構(gòu)為主，潛在滑坡模式為：(1) 圓弧狀滑坡第四系松散砂礫石可視為均質(zhì)連續(xù)的巖體，表層為3-5m厚的亞粘土、其余為沖積、洪積砂礫、河泥礫為主，地層厚為5.45m-25.70m，平均厚13.38m。砂礫、卵礫以黃褐色為主，膠結(jié)松散。礫石直徑2-100mm，一般15-60mm。次圓狀，資料分析顆粒礫級(jí)含量64.3-64.5%。砂礫石為良好

33、的通水層，是露天礦主要的含水層，該層巖體厚度較大，可能的滑坡模式為圓弧。(2) 切層順層滑坡第四系松散層的底板為第三系地層，第三系上部的風(fēng)化地層成巖差松軟，視為松散巖體，第三系與第四系的接觸面為不整合面，是不良的地質(zhì)構(gòu)造，潛在的滑坡模式為上部第四系松散體產(chǎn)生圓弧滑面，下面沿著第四系地層的底板接觸面順層剪出，形成圓弧-順層滑坡模式。2.6 巖土體物理力學(xué)指標(biāo)的確定2011年本礦為了實(shí)施橫采內(nèi)排技術(shù)改造方案，做了一次工程地質(zhì)補(bǔ)勘，根據(jù)所要補(bǔ)勘的區(qū)域設(shè)計(jì)了兩條勘探線并確定了六個(gè)鉆孔位置，經(jīng)過(guò)補(bǔ)勘鉆探、采樣與試驗(yàn)、補(bǔ)勘測(cè)井三大步驟，最終完成鉆探工程量1650米，采巖芯樣320塊，試驗(yàn)組數(shù)378組，試樣

34、塊數(shù)1414塊，測(cè)井工作量為1272米。根據(jù)2011年的補(bǔ)勘結(jié)果并參考初步設(shè)計(jì)，綜合確定邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算采用的巖體物理力學(xué)指標(biāo)如表2-2所示。表 2-2 巖體物理力學(xué)指標(biāo)地層容重(kN/m3)內(nèi)聚力(MPa)內(nèi)摩擦角(°)第四系19.70.022312.5砂巖21.90.3520.9油頁(yè)巖20.40.36421.2煤12.20.3536.4排棄物21.15025.782.7 小結(jié)本章總結(jié)歸納了以往的地質(zhì)工作成果，結(jié)合以往地質(zhì)資料和2011年為實(shí)施橫采內(nèi)排技術(shù)改造方案所做的工程地質(zhì)補(bǔ)勘和巖體物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，查清了工程地質(zhì)條件，分析了潛在的滑坡模式，確定了巖土體物理力學(xué)指標(biāo)，為邊坡穩(wěn)

35、定性分析提供了前提。3 邊坡穩(wěn)定性極限平衡計(jì)算極限平衡分析法經(jīng)過(guò)近百年的發(fā)展，是工程界運(yùn)用最早、最廣泛的分析方法。20世紀(jì)3040年代，費(fèi)倫紐斯和泰勒根據(jù)極限平衡原理，在前人工作的基礎(chǔ)上提出了條分法(瑞典法)，此后，畢肖普、薩爾瑪、簡(jiǎn)布等提出了各種假設(shè)條件及其穩(wěn)定分析方法。這些方法實(shí)質(zhì)都是條分法，即憑經(jīng)驗(yàn)將邊坡體分成若干條塊，在對(duì)條塊的側(cè)面作用力作適當(dāng)假定后對(duì)各條塊作靜力平衡分析，通過(guò)代數(shù)和求邊坡安全系數(shù)。在計(jì)算機(jī)發(fā)展的今天，可以編制程序，通過(guò)各種優(yōu)化方法來(lái)計(jì)算得到最危險(xiǎn)滑動(dòng)面和最小安全系數(shù)。對(duì)于一般巖質(zhì)邊坡，由于實(shí)際巖體中含有大量不同產(chǎn)狀和特性的不連續(xù)結(jié)構(gòu)面，因此可按剛體極限平衡理論，對(duì)控制

36、邊坡穩(wěn)定的某一組結(jié)構(gòu)面來(lái)分析邊坡的穩(wěn)定性，并考慮各種不利因素影響。本章應(yīng)用剛體極限平衡法，分別對(duì)達(dá)連河露天煤礦南幫不同位置和形態(tài)的邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，以實(shí)現(xiàn)露天礦安全生產(chǎn)。3.1 邊坡安全儲(chǔ)備系數(shù)確定根據(jù)中華人民共和國(guó)巖土工程勘察規(guī)范(GB50021-94)第3.6.10條第一條的規(guī)定，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fs的取值應(yīng)符合下列要求：新設(shè)計(jì)的安全等級(jí)為一級(jí)的邊坡工程，F(xiàn)s值宜采用1.301.50；工程安全等級(jí)為二級(jí)的邊坡工程，宜采用1.151.30；工程安全等級(jí)為三級(jí)的邊坡工程，宜采用1.051.15。根據(jù)煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范，采場(chǎng)邊坡服務(wù)年限十年以下Fs宜采用1.101.20。露天礦南幫邊坡到界

37、后，會(huì)實(shí)現(xiàn)內(nèi)排壓幫，此時(shí)邊坡服務(wù)年限較短，且實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中邊坡巖體穩(wěn)定性較好，綜合確定邊坡穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)為1.10。3.2 穩(wěn)定性定量分析方法簡(jiǎn)介3.2.1 極限平衡理論概述(1) 安全穩(wěn)定系數(shù)定義邊坡安全系數(shù)指把巖土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)減小至和，則巖土體沿著滑面各處都處于極限平衡，如下： , (3.1)式中：；穩(wěn)定系數(shù)；內(nèi)聚力；內(nèi)摩擦角。(2) 摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度準(zhǔn)則假如巖土體某段順著某滑面發(fā)生滑動(dòng)。該段在這個(gè)滑面各處均達(dá)極限平衡，就是和遵循Mohr-Coulumb強(qiáng)度準(zhǔn)則。設(shè)置條塊底的法向力和切向力分別為和，則有： (3.2)式中：塊底傾角，值為；孔隙水壓力，通常定義孔隙水壓力系數(shù)。(3) 力平衡條

38、件對(duì)已劃分的條塊，各條塊和整個(gè)巖土體均需要求力和力矩平衡。3.2.2 計(jì)算方法的選擇常用的邊坡穩(wěn)定性二維極限平衡分析法主要有簡(jiǎn)化Bishop法、剩余推力法、Janbu法、Spencer法及陸軍工程師團(tuán)法等。其中Bishop法適合于圓弧滑面滑坡計(jì)算，剩余推力法適合于任意曲面滑坡計(jì)算，基于該2種算法的原理進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，為邊坡穩(wěn)定性計(jì)算提供快捷手段。2種方法的原理分述如下：(1) 簡(jiǎn)化Bishop法Bishop法是對(duì)提出邊坡穩(wěn)定分析圓弧滑動(dòng)分析法的Fellenius法作了重要改進(jìn)的一種計(jì)算方法，Bishop法率先提出了安全系數(shù)的定義，對(duì)條分法的發(fā)展起到了重要的作用。然后通過(guò)假定土條間的作用力為水平，

39、求出土條間的法向力。它都是通過(guò)力矩平衡來(lái)確定安全系數(shù)。Bishop法設(shè)滑面為圓弧面，安全系數(shù)表述為對(duì)滑面旋轉(zhuǎn)中心的抗滑力矩與下滑力矩之比，每個(gè)分條都處于力的平衡狀態(tài)。按分條鉛垂方向力的平衡，則分條底部的有效法向力(參見(jiàn)圖4-1)： (3.3)式中：。安全系數(shù)為： (3.4)圖3-1 畢肖普法分條間力Bishop方法是考慮了分條間力的作用進(jìn)而來(lái)求解安全系數(shù)的。En和En+1是分條間的法向力，它不存在于安全系數(shù)的表達(dá)式中，因?yàn)樗峭ㄟ^(guò)平衡方程在推導(dǎo)安全系數(shù)的過(guò)程中被消去的，每個(gè)分條的力都處于平衡狀態(tài)，整個(gè)滑體的力矩處于平衡狀態(tài)，單個(gè)分條力矩的平衡條件沒(méi)有被考慮，由于很難準(zhǔn)確求得分條間的剪力XnXn

40、1，所以為了考慮實(shí)用性，設(shè)XnXn1=0，即分條間剪力的作用被忽略，這就是Bishop簡(jiǎn)化法。(2) 剩余推力法該方法亦稱為不平衡推力傳遞法。很多露天礦采用剩余推力法來(lái)計(jì)算邊坡的穩(wěn)定系數(shù)，剩余推力法作為一種條分法借助于滑坡構(gòu)造特征分析及剩余推力計(jì)算是其主要的優(yōu)點(diǎn)，即對(duì)于每一條塊的剩余下滑力，其方向平行于該條塊的底面，其中每個(gè)條塊之間只傳遞壓力不傳遞拉力，它適用于復(fù)雜荷載作用下的任意形狀滑動(dòng)面的滑坡推力的求解，最后一個(gè)條塊的剩余下滑力為0。剩余推力法假定條塊間作用力的方向，其重要前提就是假設(shè)當(dāng)前條塊在分界面處對(duì)下一塊體的推力的方向平行于當(dāng)前條塊的底滑面，然后根據(jù)平行于底滑面和垂直于底滑面兩個(gè)方向的合力為零以及最前緣一塊的剩余推力為零進(jìn)行迭代求解，將整個(gè)滑體進(jìn)行求解后，取其中的第i號(hào)條塊，假定第i-1號(hào)條塊傳來(lái)的力的方向平行于第i-1號(hào)條塊的底滑面，而