·468· 北京科技大学学报 2004年第5期 弱-微弱型，因而矿床地下水天然储量不大 (3)边坡渗流场分析.渗流分析模型采用等效 矿区地下水来源是大气降水补给，其特点是 连续介质模型，计算分析方法为有限单元法，通 就地补给，就地排泄.地下水主要流向由北西向 过对边坡地下水渗流模型的建立，以钻孔实测水 南东运动，沿沟谷低注处排泄.由于地形有利于 位资料和滦河水位为依据，对水厂铁最终境界 地表排水，地下迳流微弱 位置时边坡水压分布作出了预报，为后续边坡稳 (2)边坡深部工程地质补充钻探勘查和水文 定性的优化和计算提供了必要的水压参数，根据 地质.2001年12月-2002年7月，完成了KD、KB、 计算结果，提出以下两点建议： KE(见图1)三个钻孔边坡深部钻探勘查及水文 ①Ⅱ区剖面边坡岩体内地下水位比较高，且 地质试验工作，在钻孔中进行了20段压水试验， 出水点位于第三系岩层附近，对边坡的稳定不 5段注水试验.试验结果表明，岩层渗透性较差， 利，应给予足够重视 属于微透水-弱透水岩层，试验测得的各岩组的 ②由于边坡地质构造的复杂性，在边坡局部 渗透系数见表1. 可能形成具有承压性的封闭储水构造，在矿山生 表1各岩组渗透系数 产过程中要给予注意. Table 1 Permeability coefficients of rock mass 23水厂铁矿地应力测量 岩性符号 名称 海透系数/(cm·s) 分别采用水压致裂法和套孔应力解除法对 ArS2-3 矽线黑云斜长片麻岩 5.0×10- 水厂铁矿进行了现场地应力测量阿如表2，水压致 E2x 火山熔岩砾岩夹泥岩 5.0×10- 裂法共进行了11个测段的测量如表3，获得了各 Fe 磁铁石英岩 3.5×10-5 Mr 混合花岗岩 4.0×10-3 点的二维应力状态，应力解除法进行了3个测点 zc 长石石英砂岩角砾岩 3.1×10-4 的测量，获得了各点的三维地应力状态 Q 第四系及人工堆积物 1.0×10-3 在三孔的应力解除测量结果中，0，，均位于 ArS:- 紫苏黑云斜长片麻岩 5.8×10- 近水平方位，位于近垂直方位：在水压致裂测 ArS?-2 辉石斜长片麻岩 5.0×10 量结果中，假定自重应力，为一主应力，则位于 Mp 混合片麻岩 1.0×10s 水平方向的0，和，为另外两个主应力.使用线性 表2应力解除法各测点主应力计算结果 Table 2 Results of principal stresses measured with stress relief by overcoring technique 测点埋 最大主应力o 中间主应力 最小主应力 测点 深/m数值MPa方向/()倾角/()数值MPa方向)倾角)数值MPa方向f()倾角() 81.0 4.07 272.2 -73 2.38 3.9 -13.3 2.16 154.2 -74.8 2 91.5 4.26 90.6 -0.8 2.86 180.6 -2.9 2.68 344.9 -87.0 3 56.0 3.68 98.9 -7.2 2.33 189.7 -6.2 2.03 319.8 80.5 表3水压致裂法各测点应力测量结果 回归的方法，得到最大水平主应力，最小水平 Table 3 Results of principal stresses measured by hydraulic 主应力和垂直主应力a,随深度变化的规律， fracturing technique 建立了矿区的地应力场模型，如下式所示： 孔点 01方位/ omm=0.93+0.0438H(MPa) (1) 压裂段深度ma,/MPaa2/MPa/MPa 号号 () ma=0.61+0.0269H(MPa) (2) 183.3683.96 2.16 1.66 2.21 a.=0.12+0.0259H (MPa) (3) 2116.07-116.67 6.68 4.08 3.07 77 式中，H为测点埋深，单位为m KB3155.38155.98 11.93 6.98 4.11 88 4181.53-182.13 12.65 7.83 4.80 3边坡稳定性分析与设计优化 5 232.54233.1414.79 9.25 6.15 1265.18-265.789.28 5.96 7.02 3.1稳定性分析与设计优化方法 KD2274.51-275.11 9.79 6.26 7.26 70 水厂铁矿边坡稳定性分析和设计优化采用 3302.41-303.01 13.21 8.00 8.00 固流耦合有限差分法(LAC)、离散单元法和极限 1118.87-119.47 6.07 3.96 3.15 平衡分析三种不同的方法，三种不同方法的计算 KE2147.52-148.12 7.35 4.65 3.90 77 和分析结果相互比较，相互补充，相互验证，可以 3 185.90-186.50 9.53 5.42 4.92 大大地提高计算和分析结果的可靠性和准确性，一 4 6 8 - 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 4 年 第 5 期 弱一 微弱 型 , 因而矿 床 地 下水 天然 储 量不 大 . 矿 区地 下水 来源 是大 气 降水补 给 , 其 特 点是 就 地补给 , 就 地 排泄 . 地下 水 主要 流 向 由北西 向 南 东运 动 , 沿 沟 谷低 洼 处排 泄 . 由于 地形 有利 于 地表 排水 , 地 下迁 流 微弱 . (2 ) 边坡 深 部工 程地 质 补 充钻 探勘 查和 水 文 地质 . 2 0 0 1年 12 月一2 0 0 2 年 7 月 , 完成 了E J 〕 、 K B 、 K E ( 见 图 l) 三个 钻 孔边 坡深 部 钻探 勘 查及 水文 地质 试验 工作 . 在钻 孔 中进 行 了 20 段 压 水试 验 , 5 段 注水 试验 . 试 验 结 果表 明 , 岩 层渗 透性 较 差 , 属 于 微透 水一弱 透水 岩 层 . 试 验 测得 的 各岩 组 的 渗 透 系数 见表 1 . 表 1 各岩 组渗 透系数 aT b le 1 P e r m e a bi li yt e o e仿e i e n t s o f or e k m a s s 岩 性符 号 名称 渗透 系数斌c m · s 一 , 矽 线 黑云斜 长片麻 岩 火 山 熔岩 砾岩 夹 泥岩 磁铁 石英 岩 混合 花 岗岩 长石 石英 砂岩 角砾 岩 第 四系及 人工 堆积物 紫 苏黑云 斜 长 片麻岩 辉 石斜 长片麻 岩 混合 片麻岩 5 . o x 1 0 一 7 5 0 x l 0 一 5 3 . s x l o 一 5 4 . 0 x l 0 一 , 3 . 1 x 10 一 4 1 . o x l o 一 3 5 . 8 x 1 0 一 7 5 . o x 1 0 一 5 1 . o x l o 一 ` (3 )边坡 渗流 场分 析 . 渗流 分析模 型采 用等效 连 续介 质模 型 , 计算 分析 方法 为有 限单 元法 . 通 过 对边坡 地 下水渗 流模 型 的建立 , 以钻孔 实测水 位 资料和 滦河 水位 为依 据 , 对水 厂铁 矿最 终境界 位 置时边 坡水 压分 布作 出 了预报 , 为 后续边 坡稳 定性 的优 化和 计算提 供 了必要 的水 压参 数 . 根 据 计算 结 果 , 提 出 以下两 点 建议 : ① n 区剖面 边坡 岩体 内地 下水 位 比较 高 , 且 出水 点 位 于第三 系 岩层 附近 , 对边 坡 的稳 定 不 利 , 应给 予足 够 重视 . ② 由于 边坡 地质 构造 的复杂性 , 在边 坡局 部 可 能形 成具 有承 压性 的封 闭储水 构造 , 在 矿 山生 产 过程 中要给 予注 意 . .2 3 水 厂铁矿 地 应 力测 垦 分 别采 用 水 压 致 裂 法 和 套孔 应 力 解 除 法对 水厂 铁矿 进行 了现场 地应 力测 量`5 ,如表 2 , 水压致 裂法 共 进行 了 n 个 测段 的测 量 如表 3 , 获得 了各 点 的二 维应 力状 态 , 应 力解 除法 进行 了 3 个 测 点 的测 量 , 获得 了各 点 的三 维地 应 力状 态 . 在 三 孔 的应 力解 除测 量结 果 中 , 。 : , 氏 均位 于 近 水 平 方位 , 伪 位 于近 垂 直方 位 ; 在 水压致 裂 测 量结 果 中 , 假 定 自重应 力 氏 为一 主应 力 , 则位 于 水 平 方 向的。 , 和氏 为 另外 两个 主应 力 . 使用 线 性 :rSAxzEMr eF .CZ Q srZAMP 表 2 应 力解 除法各 测点 主应 力计算 结果 介 b l e 2 R e s u l招 o f Pir n e iP a l s ter s ,韶 m ae s u r e d iw th , t r e s s clr i ef 勿 o v e r e o r in g t e c h n iq u e 测 点 测点 埋 深 m/ 最大 主应 力伪 中 间主应 力几 最 小主 应力仍 数 值 /M P a 方 向(/ o) 倾 角 (/ 。 ) 数 值从 Pa 方 向 o(/ ) 倾 角 (/ o) 数值 /M P a 方 向(/ o) 倾 角 (/ o) 8 1 . 0 9 1 . 5 一 7 . 3 2 . 3 8 一 0 . 8 2 . 8 6 一 7 . 2 2 . 3 3 3 . 9 1 8 0 . 6 1 8 9 . 7 一 1 3 . 3 一 .2 9 2 . 1 6 2 . 6 8 3 5 6 . 0 3 一 6 . 2 2 . 0 3 1 5 4 . 2 3 4 4 . 9 3 1 9 , 8 67 06 0 份`U 4 表 3 水压致 裂 法各测 点应 力测 量结 果 aT b l e 3 R e s u l t s o f P ir n e iP a l s t r e s s e s 口 ea s u r e d b y h y d r a u li c fr a c tU ir n g t ec b n iq u e 压裂 段深 度m/ a ; / M P a 仍 / M P a 仍 / M P a 。 1 方位 / ( O ) 孔号 点号 8 3 . 3 6 ~ 8 3 . 9 6 K B 3 11 6 . 0 7 ~ 1 1 6 . 6 7 1 5 5 . 3 8 ~ 1 5 5 9 8 1 8 1 , 5 3 ~ 1 82 . 13 2 32 . 5 4 ~ 2 3 3 . 14 2 6 5 . 18 ~ 2 65 7 8 2 7 4 . 5 1心7 5 . 1 1 3胶 . 4 1 ~ 3 0 3 , 0 1 118 . 8 7 ~ 1 1 9 . 4 7 14 7 . 5 2 一 14 8 . 1 2 1 8 5 . 9 0 ~ 1 8 6 5 0 2 . 1 6 6 . 6 8 1 1 . 9 3 12 . 6 5 14 . 7 9 9 . 2 8 9 . 7 9 1 3 . 2 1 6 . 0 7 7 . 3 5 9 . 5 3 2 . 2 1 3 . 0 7 4 . 1 1 4 . 8 0 6 . 1 5 7 . 0 2 7 7 8 8 回归 的方法 , 得到 最大 水平主 应 力氏~ , 最 小水 平 主 应 力氏, i 。 和垂 直 主应 力氏 随深 度变 化 的规 律 , 建 立 了矿 区 的地应 力场 模 型 , 如 下式 所 示 : 氏 , 二ax “ 0 . 9 3 + 0 . 04 3 S H ( M P a ) ( 1) 氏 m i n = 0 · 6 1+ 0 · 0 26 9 H (M P a ) ( 2 ) 氏 = 0 . 12 + 0 . 02 5 g H ( M P a ) ( 3 ) 式 中 , H 为测 点 埋深 , 单位 为 m . “08925一%83 ,1 4 `自UQ2 J K D Z 3 6 . 2 6 l K E Z 3 5 . 4 2 7 . 2 6 8 . 0 0 3 . 1 5 3 . 9 0 4 . 9 2 3 边 坡 稳 定性 分析 与设 计优 化 .3 1 稳 定性 分析 与 设计 优 化方 法 水 厂 铁 矿 边坡 稳 定 性 分 析 和 设计 优 化 采 用 固流藕 合有 限差 分法 (F L A C ) 、 离 散单元 法和 极限 平 衡分 析三 种不 同 的方法 , 三种 不 同方法 的计 算 和 分析 结果相 互 比较 , 相互补 充 , 相互 验证 , 可 以 大 大地 提高计 算和 分析 结果 的可 靠性和 准 确性 . 一%065