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摘要 :在福建地区,矿产资源较为丰富,且种类较为 多样,随着社会的发展,矿山资源也逐渐地被开发利用。 但在实际开采的过程中,容易受到环境、地质、水文等因 素的影响,导致矿山开采工作进度受到影响。因此在对矿 区进行勘察时, 需要对其地质状况和水文情况进行详细分 析。本研究以某矿区为例,在对该地区的地形、地貌等进 行简单描述的基础上,通过对矿区地质进行详细勘探工 作, 结合实际情况对勘察过程中出现的问题进行总结和分 析。本研究中所采用的勘察技术主要是钻孔取芯和原位测 试等方法, 其勘察结果与实际情况相符。
关键词 :岩土工程,勘察,分析与实例
矿区岩土工程勘察是指在矿区建设和生产过程中,为 保障安全生产和合理利用矿区土地资源, 根据国家法律法 规要求和有关技术标准规范, 对矿区内的岩土工程条件进 行系统调查研究,获取地下(或地表) 地质资料,查明矿 区内的地质构造、地貌类型、地层岩性、地层结构、工程 地质条件及地下水等对工程建设有影响的因素, 并提出相 应的岩(土)体工程对策与建议。
1 矿区岩土工程勘察概念
矿区岩土工程勘察工作主要包括 :查明地下(或地表) 地质构造、地貌类型、地层岩性、地层结构等对工程建设 有影响的因素 ;钻探工作,包括查明地下(或地表) 地质 构造、地层岩性等对工程建设有影响的因素 ;取样工作, 包括查明地下(或地表)地质构造设有影响的因素 ;原位 测试工作,包括查明地下(或地表) 地质构造和地貌类型 等对工程建设有影响的因素。
1.1 勘探
勘探是指在矿区内按一定的比例尺,用钻探、坑探或 井下工程物探等方法,在矿区内所进行的工程地质调查。 勘探工作应根据工程性质、规模及精度要求等确定。勘探 工作的基本任务是查明地下(或地表) 地质构造、地貌类 型、地层岩性、地层结构及水文地质条件等对工程建设有 影响的因素 ;查明地下(或地表)地质构造和地貌类型对 工程建设有影响的因素, 为采矿工程设计和施工提供必要 的依据 ;在对地下(或地表) 地质构造、地层岩性进行综合分析研究的基础上,提出相应的岩(土)体工程对策与 建议。
1.2 取样
取样是指按照设计要求,采用一定的工具和方法,从 天然或人工采集试样。取样方法分为两种 :一是原位取 样,二是原位与非原位相结合的取样。当土样采集工作结 束后,应及时对土样进行清理、称重,按要求做好保存工 作。取样时应严格遵守相关规范要求,尽量减少人为的干 扰,保证所采集的土样具有代表性,以提高检验结果的可 信度。—般情况下, 野外土样检验可采取以下几种方法。
(1)自然试验法。在自然状态下采集土样进行室内试验, 得出土样的物理力学指标。这种方法适合于现场快速试验。
(2)原位测试法。在现场条件下对土样进行原位测试, 如直剪试验、十字板剪切试验等。
(3)非原位测试法。利用自然或人工措施采集土样进 行室内试验,如静载、动三轴和标准贯入等。在工程勘察 中应根据设计要求选择合适的方法进行取样, 以满足工程 勘察要求。
2 工程概况
福建某矿区位于福建省泉州市永春县,矿山面积 0.85km2.矿区为中硬岩,地层岩性为上第四系全新统(Q) 冲洪积、残坡积和坡积物,地层厚度变化较大,并含有少 量的残坡积层(W5)及风化基岩。矿区地表以人工填土覆 盖,厚度约 1.5m。矿区主要地层为上第四系全新统冲积、 残坡积和坡积层(Q5),下伏基岩为上第三系下统(J3x) 花岗岩。工程地质条件较复杂,适宜开展岩土工程勘察 工作。矿区范围内未见矿产资源。场地土层自上而下依次 为 :①填土(Q5) ;②中硬岩(Q10 ~ Q13) ;③残坡积层 (W5 ~ W9) ;④坡积层(W9 ~ W8) ;⑤风化基岩(J3x 花 岗岩, 岩性为碎裂结构, 厚度2.50m ~ 11.00m, 平均厚度 为 3.50m。场地内下伏基岩为上第三系下统(J3x)花岗岩, 为中硬岩。场地内有一条南北向的断层,在其附近发育有 一条规模不大的小平塘。
2.1 地形地貌
本矿区地处永春县北郊,地势北高南低,东高西低。海拔高程一般为 35m ~ 120m,最高点位于大水村(海拔 114.1m),最低点位于金谷村(海拔 30.8m)。区内地形起伏 较大,地貌类型主要有丘陵、台地、山间盆地和岩溶洼地 等。其中,丘陵地形占整个场区总面积的 65.94%,台地地 形占整个场区总面积的20.42%,山间盆地地形占整个场 区总面积的27.62%,岩溶洼地地形占整个场区总面积的 4.26%。在平面上以大水村为中心向四周呈带状分布,宽 度约为 30m ~ 40m。矿区内无大河流通过。由于多年以来 的开采活动,场地内有零星采坑存在,大多位于地表以下 0.5m左右,面积约0.5m2 ~ 1.0m2.采坑大都为风化岩层覆 盖,其厚度一般在0.6m ~ 2.0m左右。根据设计需要取原状 土样品进行室内试验得出各岩土层的物理力学性质指标可 以看出, 场地内各岩土层的物理力学性质指标相差较大。
2.2 地层岩性
根据区域地质调查资料,矿区地层由老到新划分为三 个岩组,依次为 :上第三系下统(J3x)花岗岩、下第三系 上统(E1f2)砂岩、砾岩及第四系松散堆积层。
(1)上第三系下统花岗斑岩。岩性为浅灰色、灰绿色 中—厚层状及块状构造,变质程度为中—高变质,主要由 石英颗粒和长石颗粒组成。
(2)下第三系上统下统(J3x)花岗岩。岩性为中硬岩, 结构构造较为简单。主要由石英、长石颗粒组成的中厚层 状矿物集合体。
(3)第四系松散堆积层。岩性以砂砾岩为主,可分为 四个亚组 :①亚组下组。为冲洪积、残坡积夹冲洪积形成 的亚组 ;②亚组上组。为冲洪积—河湖相沉积形成的亚 组 ;③亚组中组。为冲湖积相沉积形成的亚组 ;④亚组上 组。为冲洪积—河湖相沉积形成的亚组。根据区域地质调 查资料,矿区内上第三系下统(J3x)花岗岩厚度较大,分 布较广, 是矿区主要的岩石类型。
3 矿区岩土工程勘察的重要性
岩土工程勘察是指根据建设工程需要,按照国家有关 规定,在建设工程勘察之前,对所勘察区域的自然地理、 地质构造、岩土性质、工程地质条件以及水文地质条件进 行调查、测量和必要的勘探工作。因此,开展矿区岩土工 程勘察是十分重要的。
3.1 有利于工程项目顺利开展
岩土工程勘察是在勘察基础上进行的,对整个工程项 目的顺利开展具有重要意义。
3.2 有利于保证建筑质量
通过矿区岩土勘察可以了解到地下地质情况以及岩 土层的力学性质和相关参数。这可以在一定程度上减少建设过程中可能出现的问题, 提高建筑质量。
3.3 有利于保证施工安全
对矿区岩土工程勘察能够了解到矿区地下水位、水 量、水质等情况,这对整个施工过程中地下水位变化以及 水质变化情况进行分析, 可在一定程度上降低安全事故发 生的概率。
3.4 有利于保护环境
通过矿区岩土工程勘察可以对施工现场以及周围环 境进行勘察,并且可以得到一些环境地质问题的数据资 料,这有助于减少环境地质灾害发生的概率。
4 矿区岩土工程勘察的方法
工程地质测绘主要工作为搜集矿区地质资料,调查研 究矿区地形地貌、地层岩性及岩层的物理力学性质,查明 矿区的工程地质条件。根据勘察区地形、地貌、地层岩性 及地质构造等条件,按相关规范要求和矿区特点,编制矿 区工程地质测绘方案,并进行现场测绘。在野外工作完成 后,对钻孔进行测量,了解钻孔的深度和方位等,并进行 必要的钻探工作。钻探应根据勘察区的地形、地貌、地层 岩性及地质构造等条件编制钻孔布置方案, 并对各孔进行 全面质量控制。根据物探工作情况选择合适的勘探方法, 对矿区构造、地层岩性、岩石风化程度、岩石物理力学性 质等进行研究,以指导物探工作和解释结果。主要工作为 对矿区内的岩样做原位测试。原位测试可分为室内试验和 现场原位试验两种形式。
5 矿区岩土工程勘察存在的问题
(1)由于矿区岩土勘察工作开展较晚,矿区岩土工程 勘察中,对矿区的地层结构缺乏详细了解,使得矿区岩土 勘察中未能查明矿区地层结构, 从而无法准确的为工程设 计提供可靠的依据。
(2)在对矿区进行岩土勘察时,对于岩体结构、裂隙 发育情况、节理裂隙发育程度以及岩溶发育程度等因素缺 乏详细了解。这使得在对矿区进行岩土工程勘察时,无法 准确的判断岩体结构形式。尤其是对于岩溶发育情况,因 为没有详细了解岩溶发育程度和特征, 从而无法为设计提 供可靠的依据。
(3)在对矿区进行岩土工程勘察时,对于各种不良地 质现象的发生原因及规律没有充分掌握, 从而无法为设计 提供有效的依据。由于不同类型的不良地质现象发生原因 不同, 在对其进行勘察时, 需要采取相应的勘察方法。
(4)由于矿区岩土工程勘察中缺少规范技术标准,从 而使得矿区岩土工程勘察工作具有很大的随意性。
6 矿区岩土工程勘察的策略建议
6.1 地质测绘
应充分利用遥感、航空摄影、地面测量等手段,详细 掌握矿区地形地貌、地层岩性及地质构造,并结合矿区的 生产建设和采矿活动特点, 编制详细的勘察工作计划。
6.2 钻探
应重点查明矿区的地层岩性、地形地貌及地下水位 等,必要时应进行分层测试和抽水试验。
6.3 原位测试
应重点查明矿区内的构造特征、岩石风化情况及地下 水状况。在勘探和取样过程中,应采用综合物探方法(如 声波、X射线和磁性物探) 对地层进行划分,并结合钻探、 原位测试等手段对工程地质条件进行评价。
6.4 测试试验
应重点针对矿区内的特殊岩土、工程地质条件开展试 验研究。①矿区内的风化岩、泥质岩及粉砂岩。可采用钻 孔取样、原位测试等手段,查明矿区内的风化情况及岩性 特征,并评价其对工程的影响。②矿区内的裂隙岩体。应 详细查明矿区内的裂隙发育情况及岩体破碎程度, 并评价 其对工程的影响。③矿区内的采空区。应详细查明采空区 的形态特征、分布范围及变形破坏特征,并评价其对工程 的影响。④矿区内的人工填土。应详细查明人工填土(包 括碎石土、碎石桩等) 的分布范围、厚度及埋深,并评价 其对工程影响。⑤矿区内可采矿石(含矿层位)。应详细 查明可采矿石(含矿层位) 厚度、品位,并评价其对工程 的影响。⑥矿区内采矿废石及尾矿。应详细查明其分布范 围、主要成分及其风化程度。
6.5 工程地质条件
6.5.1 不良地质现象
(1)岩溶。矿区内常见岩溶现象主要有溶洞、溶槽、 溶洞、溶穴等, 其中溶洞最为常见。在矿区的开采过程中, 若不重视对溶洞的处理,则会导致岩石崩塌,从而对施工 人员的生命安全造成威胁。同时,由于矿石与地下水的接 触,会导致矿石出现风化现象, 进而影响矿体的稳定性。
(2)崩塌。在矿区开采过程中,若遇到基岩崩塌现象, 则会对矿区的施工造成极大影响。在矿区建设过程中,若 出现基岩崩塌现象,则会导致采区失稳,从而影响整个矿 区的稳定。
(3)滑坡。在矿区开采过程中经常会遇到滑坡现象, 从而导致整个矿区的施工无法正常进行。若滑坡发生在斜坡顶部或坡脚时,则会对施工人员的生命安全造成威胁。 若滑坡发生在斜坡底部时, 则会造成采区失稳和坍塌。
6.5.2 特殊岩土
(1)膨胀土。在矿区开采过程中易出现膨胀土现象。 由于矿区内具有较高的温度、湿度和含盐度等因素,使得 膨胀土的含水量大大增加。若长期处于这种状态下作业, 则会导致采区失稳和坍塌。
(2)淤泥质土。在矿区开采过程中由于开采面处于不 断变化中,使得整个采区会出现淤泥质土现象。由于淤泥 质土具有较高的含水量、孔隙比和较低的压缩性等特点, 在采矿过程中极易产生塌陷现象。
(3)风化岩层。在矿区开采过程中由于开采面处于不 断变化中以及开采时间较长等因素, 使得整个矿区的风化 岩层呈现出不同程度的剥蚀状态。若风化岩层出现在采区 内的斜坡底部时也会出现崩塌现象。
6.6 勘察工作的开展应注意的问题
在矿区岩土工程勘察工作中,应重点针对矿区内的特 殊岩土、工程地质条件开展试验研究,并结合矿区的实际 情况,开展不同类型的勘察试验研究。在矿区岩土工程勘 察中, 应注意以下问题 :一是调查和收集矿区的自然地理 和地质背景资料,特别是地形地貌、地层岩性及地质构造 等, 以便于查明工程地质条件 ;二是要重视物探方法的应 用,并结合钻探、原位测试等手段对地层进行划分 ;三是 在查明矿区内的构造特征、岩石风化情况及地下水状况等 的基础上,结合钻孔、原位测试等手段对工程地质条件进 行评价。
7 结语
岩土工程勘察是岩土工程设计的基础,是前期勘察工 作的成果,是决定项目能否成功建设的重要因素之一,因 此,要高度重视岩土工程勘察工作。针对目前存在的问题 和不足,可以从以下几个方面进行改进和完善,首先重视 岩土工程勘察工作。在对建设场地进行岩土工程勘察时, 要提高重视程度,不能随意开展工作。其次重视工作方案 的制定和完善。在工程施工前,要对岩土工程勘察工作进 行合理规划和安排,设计合理的岩土工程勘察方案,保证 实际的勘察效果。
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