CN112378753A - 一种露天矿山边坡岩体质量评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种露天矿山边坡岩体质量评价方法,该方法包括以下步骤:⑴在预评价露天矿山边坡处,测得边坡岩石的单轴抗压强度σucs,确定其评分值及抗压强度指标R1;⑵分别得到岩石质量IRQD、节理间距Jv、节理条件R4,并确定各自的评分值以及岩石质量指标R2、节理间距指标R3;⑶对地下水状态进行观察记录,确定其评分值及地下水状态R5;⑷根据节理的方向与边坡倾向之间的夹角,确定节理方向对边坡稳定性的修正参数R6的取值;⑸确定爆破震动影响系数η及爆破震动影响系数η对岩体质量评分修正参数R7;⑹计算得到总的边坡岩体质量综合评分值S;⑺根据综合评分值S,即得露天边坡岩体的质量级别。本发明可客观、准确反映真实情况。
Description
技术领域
本发明涉及露天矿山边坡岩体技术领域,尤其涉及一种露天矿山边坡岩体质量评价方法。
背景技术
国内外现阶段普遍采用的边坡岩体质量评价方法为RMR法,而该评价方法中,未考虑爆破扰动对边坡岩体质量的影响,同时,在确定评价指标岩石抗压强度、岩石RQD、节理间距3个指标的评分值时,均采用跳跃式的评分方法,该方法虽然简单,但会造成分值的“突变”。当室内岩石单轴抗压强度为251MPa时,按RMR法,其分值为15;当单轴抗压强度为249MPa时,其分值为12。但实质上两种岩石的抗压强度并无大差别,两权值却相差3分。再如当单轴抗压强度为249MPa时,其分值为12,但当单轴抗压强度为101MPa时,其评分值也为12分,因此,目前方法无法实现客观、准确分级。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种客观、准确的露天矿山边坡岩体质量评价方法。
为解决上述问题,本发明所述的一种露天矿山边坡岩体质量评价方法,包括以下步骤:
⑴在预评价露天矿山边坡处,通过岩芯取样,测得边坡岩石的单轴抗压强度σucs,并根据表1确定其评分值;
表1 单轴抗压强度σucs细化修正表
⑵在所述预评价露天矿山边坡处,分别对边坡岩体的节理、裂隙进行测量统计,分别得到岩石质量(RQD)IRQD、节理间距Jv、节理条件R4,并分别根据表2~4确定各自的评分值;
表2 RQD细化修正表
表3 Jv修正细化表
表4 节理条件R4
⑶在所述预评价露天矿山边坡处,对地下水状态进行观察记录,根据表5确定其评分值,并得到地下水状态R5;
表5 地下水状态R5
⑷根据节理的方向与边坡倾向之间的夹角,按表6确定节理方向对边坡稳定性的修正参数R6的取值;
表6 节理方向对边坡稳定性的修正参数R6
表8 爆破震动影响系数η对岩体质量评分修正参数R7
⑹按照公式S=R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7计算得到总的边坡岩体质量综合评分值S;
⑺根据所述综合评分值S,对照表9,即得露天边坡岩体的质量级别;
表9 按评分值确定的岩体质量级别
本发明与现有技术相比具有以下优点:
本发明在现有RMR法的基础上,考虑了爆破振动对边坡岩体质量的影响。同时,在确定岩石单轴抗压强度、岩石RQD、节理间距3个指标的评分值时,通过对其进行细化修正,使指标的评价边界值由一范围值转变成一个具体点值,从而消除了原评价标准的模糊性。为了进一步避免评分值发生突变,即通过连续评分的方式对岩体抗压强度进行评价,采用多项式拟合回归方法,得到评价指标与其评分值之间的连续性方程。因此,采用本发明可以使评价结果更加客观、准确,反映真实情况。
具体实施方式
一种露天矿山边坡岩体质量评价方法,包括以下步骤:
⑴在预评价露天矿山边坡处,通过岩芯取样,测得边坡岩石的单轴抗压强度σucs,并根据表1确定其评分值;
表1 单轴抗压强度σucs细化修正表
具体过程如下:
RMR分类的R1项是根据抗压强度(或点荷载强度指标)对岩体进行评分,把岩体的抗压强度(MPa)分为<l、1~5、5~25、25~50、50~100、100~250、>250七个区间,对每个区间给予不同的评分值。这种“跳跃式”评分方法虽然简单,但会造成分值的“突变”。当室内岩石单轴抗压强度σucs=251MPa时,按RMR法分类指标及其评分值表3-2,其分值R1=15;当σucs=249MPa时,其分值R1=12。但实质上两种岩石的抗压强度并无大差别,两权值却相差3分。再如σucs=249MPa和σucs=101MPa,按表3-2的评分值,两者得分均为12,这显然不合理。
表3-2 RMR法分类指标及其评分值
因此,通过对岩体抗压强度和评分值进行分析,对其进行细化修正,使指标的评价边界值由一范围值转变成一个具体点值,从而消除了原评价标准的模糊性。为了进一步避免RMR评分值发生突变,即通过连续评分的方式对岩体抗压强度进行评价,细化修正表见表1。根据细化修正表,采用多项式拟合回归方法,得到评价指标R1与其评分值之间的连续性方程,其函数关系为。
⑵在预评价露天矿山边坡处,分别对边坡岩体的节理、裂隙进行测量统计,分别得到岩石质量(RQD)IRQD、节理间距Jv、节理条件R4,并分别根据表2~4确定各自的评分值;
表2 RQD细化修正表
表3 Jv修正细化表
表4 节理条件R4
具体过程如下:
岩石质量指标(RQD)R2指标的修正:RMR分类对于RQD同样采取的是“跳跃式”的评分方式,即把RQD分为5个区间,对每个区间给予不同的权值,故对其进行修正,采用连续的评分方式将RQD指标和评分值联系起来,见表2。根据RQD细化修正表,采用多项式拟合,得到RQD评价指标R2与其评分值之间的连续性方程,其函数关系为。
节理间距R3指标:节理间距分为<6、6~20、20~60、60~200、>200五段,采用“跳跃式”评分,同样造成评分的不合理,故对其进行修正,采用连续的评分方式将节理间距指标和评分值联系起来,见表3。根据修正细化表,采用自动拟合回归曲线,得到R3项与其评分值之间的连续评分方程,其函数关系为。
⑶在预评价露天矿山边坡处,对地下水状态进行观察记录,根据表5确定其评分值,并得到地下水状态R5。
表5 地下水状态R5
⑷根据节理的方向与边坡倾向之间的夹角,按表6确定节理方向对边坡稳定性的修正参数R6的取值。
表6 节理方向对边坡稳定性的修正参数R6
表8 爆破震动影响系数η对岩体质量评分修正参数R7
具体过程如下:
爆破震动影响系数η(R7)评分值确定及修正:露天矿山采用爆破方法进行时,频繁地爆破会对边坡的稳定性造成很大影响,其对边坡岩体稳定性的影响主要体现在两方面:一是使岩石的力学性能劣化,造成岩石的强度和弹性模量降低;二是在边坡岩体内内产生裂纹或使边坡岩体中原有裂纹扩展等,从而影响岩体的完整性。以上两个方面都将降低岩体基本质量指标值,从而影响边坡岩体的稳定性。因此,对于露天边坡岩体工程进行工程岩体的详细定级时,有必要考虑爆破对边坡岩体基本质量指标值即BQ值的修正因素以及爆破对工程岩体的影响范围,为围岩稳定性评价提供依据。
为了定量说明爆破对边坡岩体质量的影响,下面借鉴BQ指标的计算公式来确定爆破对岩体质量的影响程度。
在“工程岩体分级标准”中BQ计算公式为:
式中:R C 为岩石的单轴抗压强度,MPa;
K V 为岩体完整性指数,其表达式为:
式中:V pm 和V pr 分别为岩体及岩石弹性纵波速度。
在此,借鉴岩体完整性指数的计算公式,定义爆破影响岩体完整性指标K VB 为:
式中,V p0 和V pB 分别为爆破前后岩体的弹性纵波波速。
因此,由BQ计算公式对爆破影响岩体基本质量指标BQB定义为:
式中:R CB 为爆破损伤岩石的单轴抗压强度。
对于未受爆破影响的岩体,根据以上的定义有K VB =1,R CB =R C0 ,R C0 为未受爆破影响岩石的单轴抗压强度。
假设岩体爆破前的BQ指标为BQ0:
将BQB、BQ0代入,整理得到:
上式建立了爆破影响岩体完整性指标与损伤变量的关系,说明爆破对岩体的损伤作用越大、岩体完整性指标越小,当岩体未损伤时,即D=0,岩体完整,K VB =1;当岩体发生破坏时,D=1,K VB =0。将式(8)代入式(9)有:
式(8)和(9)定量地反映了爆破对岩体基本质量指标的影响程度。对于爆破影响的工程岩体,可按照式(5)计算其未考虑爆破损伤影响的BQ指标。
当无条件取得实测值时,也可用岩体体积节理数(J v ),按表7确定对应的K v 值,近似的认为K V 与K VB 相等。J V 可以由以下公式求得:
表7 Jv与Kv对照
根据表7的数据,对J V 与K V 的关系进行自动回归线性拟合,得到J V 与K V 的连续性方程,其函数见式(11):
参考以往爆破对岩体质量影响的经验,总结出爆破对岩体质量影响及损伤程度的定量公式,并根据岩体距离爆破点的位置,设定爆破震动影响系数η和岩体质量评分值之间的修正对应关系,见表8。根据表8的数据,采用线性拟合得到两者之间的连续性方程,函数关系见式(12):
⑹按照公式S=R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7计算得到总的边坡岩体质量综合评分值S;
⑺根据综合评分值S,对照表9,即得露天边坡岩体的质量级别。
表9 按评分值确定的岩体质量级别
实施例:
对新疆索矿露天铜矿露天边坡岩体质量进行评价分级。
一、指标评分值的确定
(1)岩石抗压强度R 1
根据索矿的地质赋存特征,选取索矿最具代表性的四种典型岩石做为研究对象,分别为:石榴子石、绿帘石、安山岩和混合岩。为了测得矿岩的基本物理力学性质,通过室内试验获取岩石的单轴抗压强度、抗拉强度、粘聚力、内摩擦角、弹性模量和泊松比等力学参数,试验结果见表10。
表10 典型矿岩物理力学参数测试结果
表11 岩石单轴抗压强度R1的评分值
(2)岩石RQD指标R 2
用岩芯复原率(岩芯采取率)来表征岩体质量,岩芯采取率即岩芯总长度与取芯进尺的百分比,根据RQD值的大小可进行岩体质量分类。长度超过10cm的岩芯获得率百分数,即:RQD=[(长度大于10cm的岩芯)总长度÷钻孔长度]×100%。对于RQD值,一般不采用0值,最小等于10%。即计算Q值时,对于RQD≤10,包括RQD=0,用RQD=10代替。根据地质钻孔的RQD值来大概确定不同岩性的RQD值。
表12 RQD值R 1的评分值
(3)节理间距R 3
表13 节理间距R 3评分表
(4)节理条件R 4
根据调查露天边坡的节理裂隙等地质工程的实际情况,综合参比结构面条件的评分标准,得到结构面条件的SK-RMR评分值,见表14。
表14 节理条件评分表
(5)地下水
通过露天边坡的裂隙水情况进行调查,得到地下水的SK-RMR评分值,见表15。
表15 地下水条件评分表
(6)节理裂隙走向的修正
SK-RMR分类法节理裂隙走向对边坡工程影响的修正评分见表16。
表16 节理走向与倾角对隧道开挖的影响
通过露天边坡的节理裂隙进行调查,节理走向与倾角对边坡稳定性影响的SK-RMR评分值,见表17。
表17 节理裂隙走向修正评分表
(7)爆破震动影响系数η(R7)评分值确定
对边坡岩体稳定性评价,除了岩体本身的质量外,还需考虑采矿工程因素中爆破震动对边坡岩体稳定性的影响,为了定量说明爆破对岩体稳定性的影响,借鉴BQ指标的计算公式来确定爆破对岩体质量的影响程度。根据岩体的RQD值,代入式(11)得到岩体的JV,将JV代入式(12)得到KVB。由式(9)得到岩体的损伤变量,D岩体爆破前的BQ指标BQ0由公式(6)得出,将式(8)和式(9)一并代入式(10)得到爆破震动影响系数η,再得到R7的SK-RMR评分值。
表18 爆破震动影响修正评分表
根据各评价指标的评分值和修正值,对4种典型岩石进行了岩体质量分级,得到4种典型岩体质量结果如下见表19。评价结果跟目前边坡岩体稳定性情况相符。
表19 边坡质量评价结果
从评价结果来看,石榴子石、安山岩和混合岩的岩体质量等级评价结果均为Ⅱ,属于好岩体,绿帘石的岩体质量等级评价结果为一般岩体。
Claims (1)
1.一种露天矿山边坡岩体质量评价方法,包括以下步骤:
⑴在预评价露天矿山边坡处,通过岩芯取样,测得边坡岩石的单轴抗压强度σucs,并根据表1确定其评分值;
表1 单轴抗压强度σucs细化修正表
⑵在所述预评价露天矿山边坡处,分别对边坡岩体的节理、裂隙进行测量统计,分别得到岩石质量IRQD、节理间距Jv、节理条件R4,并分别根据表2~4确定各自的评分值;
表2 RQD细化修正表
表3 Jv修正细化表
表4 节理条件R4
⑶在所述预评价露天矿山边坡处,对地下水状态进行观察记录,根据表5确定其评分值,并得到地下水状态R5;
表5 地下水状态R5
⑷根据节理的方向与边坡倾向之间的夹角,按表6确定节理方向对边坡稳定性的修正参数R6的取值;
表6 节理方向对边坡稳定性的修正参数R6
表8 爆破震动影响系数η对岩体质量评分修正参数R7
⑹按照公式S=R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7计算得到总的边坡岩体质量综合评分值S;
⑺根据所述综合评分值S,对照表9,即得露天边坡岩体的质量级别;
表9 按评分值确定的岩体质量级别
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