赤平投影法在边坡稳定性分析中的应用

(西安科技大学地质与环境学院 陕西 西安 710054)

露天废弃矿山普遍存在于我国各省市，我国的露天废弃矿山具有自己的特殊性，并且我国的国情需求与发达国家并不是一样的，这就造成了很多露天废弃矿山没有实施地质环境的治理和土地的恢复工程等一系列治理措施，造成露天废弃矿山的矿区内的环境很恶劣，为此我们特别需求探索与我国国情相适合的露天废弃矿山地质环境治理的方法，这对于改善区域地质环境，建设美丽中国具有重大现实意义[1-3]。

一、研究方法

本次研究的边坡稳定性分析采用赤平投影分析方法对边坡稳定性进行分析。在赤平投影的分析方法中理正软件是最普遍也是最有效直观的方法。

理正软件在岩质边坡稳定性分析的模块中，适用的范围简单平面、复杂平面、三维楔形体、赤平投影等，在赤平投影中的分析局限性是只能对两组软弱面进行分析，因此注意的事项就是先对已知赤平投影图的软弱面两两分析，出图后在CAD中把两两分析的图进行整合，全部整合在一幅赤平投影图中，然后运用个人知识进行分析。

二、研究区边坡的岩性及几何形态特征

研究区四组主要边坡，岩性为微风化白云恶质灰岩，近水平或斜向层理，竖向节理裂隙发育，局部见溶蚀痕迹，属于较硬岩，锤击声较清脆，回弹，不易击碎，微晶结构，薄层层状构造。

现场剪切试验测得结构面天然状态内摩擦角31°～34°，平均为32°；饱和状态内摩擦角29°～31°，平均为30°。推荐建议内摩擦角取30°。

县道X042北侧边坡(边坡1)，坡面整体产状190°∠60°，坡顶面产状约190°∠10°，最大坡高约90m，岩层层面产状约20°∠11°，存在两组典型优势节理， JL1平均产状约168°∠70°；JL2平均产状约230°∠74°。

东北侧边坡(边坡2)，坡面整体产状50°∠50°，坡顶面产状约50°∠10°，最大坡高约50m，岩层层面产状约20°∠19°，存在两组典型优势节理， JL1平均产状约168°∠70°；JL2平均产状约230°∠74°。

县道X042南侧边坡(边坡3)，坡面产状355°∠75°，坡顶面产状约355°∠10°，最大坡高约30m，岩层层面产状22°∠23°，存在三组典型优势节理，JL1平均产状约168°∠70°；JL2平均产状约230°∠74°；JL3平均产状约330°∠76°。

研究区南侧面向水泥厂采矿场一侧边坡(边坡4)，坡面产状180°∠70°，坡顶面产状约180°∠10°，最大坡高约15m，岩层层面产状38°∠32°，存在三组典型优势节理，JL1平均产状约168°∠70°；JL2平均产状约230°∠74°。

研究区边坡为岩质边坡，硬性结构面结合一般，岩体结构面发育组数2～3组，平均间距0.4～1.0m之间，薄层～中厚层结构，岩体完整程度为较完整，边坡岩体类型为Ⅲ类，边坡安全系数取1.3。

三、研究区边坡的稳定性分析

(一)土体工程地质力学参数的选取

边坡结构面的工程地质力学参数主要根据《建筑边坡工程规范GB50330-2002》选取。

表3-1 岩质边坡主要设计参数

(二)边坡稳定性分析

本次研究的边坡稳定性分析采用赤平投影分析方法对边坡稳定性进行分析[4]。

(1)边坡1，坡面整体产状190°∠60°，坡顶面产状约190°∠10°，最大坡高约90m，岩层层面产状约20°∠11°，存在两组典型优势节理， JL1平均产状约168°∠70°；JL2平均产状约230°∠74°。用理正软件分析得图3-1。

图3-1 边坡1的稳定性分析图

通过赤平投影分析，以上节理、裂隙不构成滑动楔形体的不利组合。边坡1整体较稳定，但两组节理与水平岩层层理相切割后，边坡易发生崩塌地质灾害。

(2)边坡2，坡面整体产状50°∠50°，坡顶面产状约50°∠10°，最大坡高约50m，岩层层面产状约20°∠19°，存在两组典型优势节理， JL1平均产状约168°∠70°；JL2平均产状约230°∠74°。用理正软件分析得图3-2。

图3-2 边坡2的稳定性分析图

通过赤平投影分析，以上节理、裂隙不构成滑动楔形体的不利组合。边坡2整体较稳定，但两组节理与水平岩层层理互相切割后，边坡易发生崩塌地质灾害。

(3)边坡3，坡面产状355°∠75°，坡顶面产状约355°∠10°，最大坡高约30m，岩层层面理产状22°∠23°，存在三组典型优势节理，JL1平均产状约168°∠70°；JL2平均产状约230°∠74°；JL3平均产状约330°∠76°。用理正软件分析得图3-3。

图3-3 边坡3的稳定性分析图

通过赤平投影分析，以上节理、裂隙不构成滑动楔形体的不利组合。边坡3整体较稳定，但三组节理与水平岩层层理相切割后，边坡易发生崩塌地质灾害。

(4)边坡4，坡面产状180°∠70°，坡顶面产状约180°∠10°，最大坡高约15m，岩层层面理产状38°∠32°，存在三组典型优势节理，JL1平均产状约168°∠70°；JL2平均产状约230°∠74°。用理正软件分析得图3-4。

图4 边坡4的稳定性分析图

通过赤平投影分析，以上节理、裂隙不构成滑动楔形体的不利组合。边坡4整体较稳定，但三组节理与水平岩层层理相切割后，边坡易发生崩塌地质灾害。

四、结论

通过赤平投影法对四个不同几何形态下的边坡进行分析得出，节理、裂隙不构成滑动楔形体的不利组合，四个边坡整体较稳定，但三组节理与水平岩层层理相切割后，边坡易发生崩塌地质灾害。