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
按
得到抗压强度指标R1；
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
根据
得到岩石质量指标R2，根据
得到节理间距指标R3；
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
⑸根据表8确定爆破震动影响系数η，并根据
确定爆破震动影响系数η对岩体质量评分修正参数R7；
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
按
得到单轴抗压强度指标R1。
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
根据
得到岩石质量指标R2，根据
得到节理间距指标R3。
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
⑸根据表8确定爆破震动影响系数η，并根据
确定爆破震动影响系数η对岩体质量评分修正参数R7。
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：
从而，爆破对岩体基本质量指标BQ的影响系数
定义为：
将BQB、BQ0代入，整理得到：
式中：ΔR=RC0-RCB为爆破前后的岩石单轴抗压强度之差， 
。
爆破对岩体的损伤可由弹性波速定义的损伤变量D来表达，其关系式为：
--------------------------（8）；
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
由
得到岩石单轴抗压强度R 1的SK-RMR评分值见表11。
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。
通过对勘探线相关钻孔资料的统计分析，得到各岩性的RQD值，并根据
得出RQD的SK-RMR评分值，得分值见表12。
表12 RQD值R 1的评分值
（3）节理间距R 3
节理间距取的是节理调查的平均间距，通过对边坡节理裂隙进行调查，并统计分析得测量地点节理间距，代入
得出节理间距R 3的SK-RMR评分值，见表13。
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
按
得到抗压强度指标R1；
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
根据
得到岩石质量指标R2，根据
得到节理间距指标R3；
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
⑸根据表8确定爆破震动影响系数η，并根据
确定爆破震动影响系数η对岩体质量评分修正参数R7；
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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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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