摘要：在有色金属矿山开采的过程中，岩土构造也表现出明显的不同，导致矿山资源开采中，安全事故的发生概率有所提升。基于此，本文以我国某地区的工程案例作为研究对象，在简单分析其自然地理特征的基础上，对其工程地质条件简单进行分析，根据施工方给出的相关资料，探讨了岩土工程自身的具体设计参数以及其他方面性能指标，借此对边坡稳定性进行分析和评价，主要从该工程的北侧边坡、南侧边坡、西侧边坡出发进行评价，随后结合该地的边坡特征以及工程地质条件，从挡墙支护、坡顶截水沟设置方面提出了相应的防护措施。
关键词：岩土结构设计,有色金属矿山开采,安全
有色金属矿是我国目前经济社会发展不可或缺的重要资源，在其开采的过程中，因为受到不同地区地质构造的影响，很容易出现岩土结构破坏的问题，意味着边坡工程自身的稳定性会有所下降，从而无形中提高了滑坡、崩塌这类地质灾害的发生概率，在影响矿产资源开采的同时，也会威胁到相关人员的人身安全。因此，岩土结构设计与目前有色金属矿产资源开采安全性之间有着密切的联系。基于此，本文以我国某地区的工程项目作为研究对象。在探讨其地质条件的前提下，分析了岩土边坡工程自身的稳定性，从而提出了相应的岩土结构防护措施，为有色金属矿山开采过程中的岩土结构设计优化提供参考。
1工程及气象状况分析
1.1工程的基本状况
工程项目位于我国承德县下板城镇大杖子村西沟，附近分布有较为完善的公路系统，交通较为便利。相关人员通过勘察区域内的相关数据发现，当地的地势起伏较大，并且地形组成较为简单，目标区域内的地表高程最小值和最大值分别为295.6m以及310m，当地的高差为14.4m，当地地貌类型属于山间沟谷地带以及低山。
1.2主要区域的气象状况
该地区属于典型的温带大陆性季风气候，夏季炎热短暂、冬季寒冷漫长。当地的多年平均气温年数值为9.4℃,最冷月和最热月的平均气温为-8.6℃以及24.9℃,当地的极端最低和极端最高气温分别为-27.90℃以及41.3℃,当地的最大热温差数值为14.1℃。该地区是以静风和西风作为主要风向，二者的频率分别为59%和11%，当地的平均增速数值为1.0m/s。当地的最大以及最小降水量分别为846.2mm以及312.2mm，当地的年平均降水量为528.4mm。当地的初结冰日为11月16日，终结冰日为2月21日。
2地质条件分析
2.1地质构造
目标工程区域始终是位于当地的中朝准地台(Ⅰ2）、燕山台褶带(Ⅱ22）、承德拱断束(Ⅲ26）、下板城凹断束(Ⅳ223）等地质构造单元上，且尚义—平泉深断裂是当地的主要断裂构造，分布在目标区域的北侧。平泉－桑园大断裂则是位于当地的东南侧，和工程项目区域的距离相对较远，不会对本次工程建设产生较大的影响，并且在目标场地的附近并不存在规模较大的活动断裂，意味着区域整体地质构造相对较为稳定。
2.2地层构造
施工方为了保障矿山开采中的施工人员人身安全，选择利用钻孔方法进行地层构造的分析，并根据目标勘查区域内获得的相关数据，以物质组合、埋藏条件及具体成因为基础进行基岩土的分类，具体的工程地质层可以分为如下几个部分：一是塑填土层。其主要成分是铁粉经过精选之后剩余的尾粉砂，保持一种微湿润、松散分布的状态。二是杂填土。其成分是以砂土为主，并且伴随有一定的生活垃圾和碎石块，同样保持稍微湿润和松散的状态。三是角砾。主要的母岩成分为砂砾岩，颗粒直径控制在0.2cm～3cm的范围内，整体含量大约为60%，填充物是典型的黏性土，保持湿润和中等密集分布状态。四是砂岩。属于典型的中粗粒结构以及层状构造，石英、长石等是矿物的主要组成部分，该区域的风化裂隙发育程度较好，属于典型的强风化层。
2.3岩土的物理力学性质
相关人员针对目标施工区域开展了原位测试以及土工试验，最终发现一层的素填土整体结构较为松散，物理力学性质相对较差。通过现场勘察发现当地的原始地貌是经过自然发育形成的沟谷。从2010年开始，附近居民进行了铁粉精选，选择将尾粉砂以及尾粉制黏土在沟谷内松散堆积，最终形成一层素填土，土层的堆积年限介于10年～12年的范围内，处于欠固结状态。经过实验检测发现该素填土层的黏聚力为3kPa，内摩擦角为18°,重度为17kN/m3。
1-1层杂填土成分组成较为复杂，结构较为松散，物理力学性质水平较差，同样也是因为人工回填所形成。主要是因为在2018年左右，当地选择将因为垃圾焚烧产生的碎渣在区域内堆积，并最终形成了杂填土，堆积年限介于2年～4年的范围内，黏聚力、内摩擦角以及重度分别为0、10°17kN/m3。
2层角砾的黏聚力、内摩擦角以及重度为0、35°19.5kN/m3。
3层砂岩属于典型的软质岩石，破碎状态发育良好，质量等级为V级，黏聚力、内摩擦角和重度分别为5kPa、40°、22kN/m3。
3-2层砂岩也是软质岩石，很容易破碎，其基本质量等级为Ⅳ级，经过现场实验发现，黏聚力、内摩擦角以及重度分别为20kPa、45°、24kN/m3。
2.4水文环境分析
企业安排专业人员针对附近区域全方位进行调查研究发现，区域内的场地地势较高，并且汇水面积为0.1km2，区域附近并没有常年的地表水，大气降水临时形成的地表水是地表水的重要组成部分。相关人员通过现场观察发现，场地内的雨后地表水会随着基岩裂隙，逐渐渗入基岩层或者是在场地西侧沿沟谷直接排出，代表附近的地表水系发育不够良好。
相关人员分析相关部门给出的气象资料以及现场调查结果发现，场地地下水类型是第四系松散岩类孔隙水以及基岩风化裂隙水。前者通常会在上部土层中存在，大气降水是最主要的来源。因为地理位置相对较高，有着良好的地表水排泄条件，在斜坡地带不会出现地表积水。后者通常会在基岩裂隙中存在，大气降水也是主要的补给来源，但因为汇水面积有限，通常会在风化发育地带以及岩石破碎地带形成相应的裂隙潜水。
在本次勘察工作期间，正处于当地的丰水期，在勘察工作范围内并未出现地下水，埋藏深度较深。同时，目标场地处于当地的山地斜坡中，上部有着良好的排水条件，地下水对于矿山资源的开采以及边坡施工都不会产生明显影响。
4岩土工程结构的分析评价
4.1岩土的设计参数
设计人员选择以工程现场的原位测试结果为基础，并结合室内试验结果以及相关经验，确定了不同岩土层的设计参数。同时，相关人员通过分析附近的地质资料以及地质工程勘察结果，发现在场地内并未出现岩溶滑坡崩塌等不良的地质作用条件，不良地质发育水平较低。
4.2当地的周边环境分析
相关人员通过分析已有的调查结果发现，坡脚位置分布在建办公楼，属于典型的框架结构，与坡脚之间的距离控制在1m～23m的范围内，并且坡顶的四周较为空旷，不存在任何建筑物，植被发育良好。在工程建设以及矿产资源开采过程中，需要有效地保护附近的建筑物以及坡顶植物。
4.3地震效应以及岩土稳定性评价
相关人员通过分析现场数据发现，坡脚位置存在基岩裸露的现象，坡顶位置的覆盖厚度小于2m，并且根据最终的数据以及相关公式计算，得出区域内的等效剪切波速平均值为241.9m/s，属于典型的中软场地土层，从我国现有的抗震设计规范要求看来，场地类别属于典型的Ⅰ1类，并且在勘察区域尚未发现粉土及饱和砂土，能够跳过液化判断、处理的环节。
通过分析相关部门给出的资料发现，从1980年开始到2023年，承德地区共发生了三次地震，震级分别3级、2.9级和3.1级。区域内的抗震设防烈度为6度，场地内的粉土和沙土的液化影响可以忽视，当地的场地为Ⅰ1级，并不存在崩塌、滑坡、泥石流等不良地质作用，勘查区域以及附近区域都属于我国的华北地震区，并未出现各种原发性地震，整体处于相对稳定的状态。
4.4地基均匀性以及场地稳定性的分析
在该工程建设发展的过程中，地基持力层就是当地不同的地貌以及工程地质单元，有着明显的工程特性差异，选择将2层角砾以及3-1层的强风化砂岩和中风化砂岩作为主要的地基持力层，地基变化相对较小，基底坡度超过10%，代表目标区域内地基处于不均匀状态。
是区域内分布的主要断裂构造在场地的北侧分布，在场地的东南侧分布有平泉—桑园大断裂，但与工程项目场地的距离相对较远，地质构造稳定性较好。相关人员通过勘察区域内的岩土层类型发现，可分为1层素填土、1-1层的杂填土、2层的角砾、3层的砂岩，场地地势起伏较大，地形组成较为简单，地貌类型保持单一，地质结构较为简洁，并不存在明显的滑坡、泥石流不良地质作用和灾害。
5边坡岩土工程的稳定性评价
5.1北侧边坡稳定性
北边坡属于典型开挖之后形成的岩质边坡，长度和高度分别为110m以及2m～6m，属于Ⅲ类岩体类型，原有的应力平衡在开挖过程中已经受到破坏，地形较为陡峭，边坡的倾角和坡角分别为175°以及80°,是以强风化和中等风化砂岩为主，岩体破碎程度较高，并且存在外倾结构露面的现象，结构面的结合程度相对较差，目前处于自我稳定的状态。
根据已有的持赤平投影分析结果看来，该边坡的稳定性较差，上部的强风化岩层会顺着不利结构面出现折线以及直线滑动的现象，而下层岩体很有可能会出现局部被裂隙切割的掉块、剥落的问题，从而影响到边坡的稳定性，出现崩坍、边坡局部失稳的问题。
5.2南侧边坡的稳定性
该边坡是开挖之后形成的岩土混合边坡，高度控制在2m～10m的范围内，长度为105m，同样属于Ⅲ类岩体，边坡自身原有的应力平衡遭受破坏，边坡的倾向和倾角分别为342°和81°,岩体较为破碎，结构面结合程度相对较差。从赤平投影分析结果看来，边坡的稳定性处于欠稳定状态，上部填土会顺着岩土交界面出现直线滑动现象，强风化岩层也会顺着不利结构面出现折线滑动，下层岩体有可能会出现局部掉块以及剥落的问题，从而带来崩塌和局部失稳的现象。
5.3西侧边坡的稳定性
该边坡性质和南侧边坡完全一致，都是因开挖形成的岩土混合边坡，高度为2m～5m，整个长度为35m，属于Ⅳ类的岩体类型，原有结构同样遭受破坏，地形较为陡峭，边坡的倾角为88°,坡角为85°,岩体破碎状态较为严重。从赤平投影分析结果看来，处于稳定状态，但实际上因为岩体属于强风化岩层，风化裂隙发育较为良好，确定处于欠稳定状态，上部填土顺着岩土交界面出现直线滑动，而强风化岩层同样会在不利结构面临影响下出现折线滑动。
6工程岩土结构以及边坡防护策略
6.1建设边坡支护工程
相关人员通过分析边坡的特点以及工程地质条件发现，可选择使用重力式挡墙或者是肋板式锚杆挡墙支护方法，将当地的角砾和砂岩作为地基的持力层，并且需要在持力层变化位置上设置变形缝。
在选择使用重力式挡土墙进行边坡防护时，需要在基坑开挖前落实相应的截排水设施安装工作，确保在当地降雨集中的季节，积水能够及时排除。同时，相关人员要针对基础的地质条件全方位进行复查以及核对，如果出现承载力不足的现象，需要采取相应的措施及时进行处理。在开展砌筑施工前，需要施工人员清除表面风化以及松软土石的同时，保障硬石基坑中的基础部分和坑壁紧密结合。在当地的降雨集中的季节，如果选择在风化岩石基层中进行砌筑施工，需要在基坑挖掘之后立即进行满铺砌筑。在墙身砌筑施工环节，相关人员需要在墙身超出地面后立即进行回填夯实处理，并在其表面设置相应的排水和防水措施。伸缩缝和沉降缝的两侧壁需要保持平齐不重叠，所使用的防水材料需要按照工程设计方案的要求进行填缝施工。
施工方在选择使用肋板式锚杆挡墙支护时，在挡墙土石施工环节需要预留出10cm进行人工修坡，而不同高程位置的土石方施工必须要严格遵照已有施工方案的要求进行分层挖掘，将产生的各种废石渣进行外运。在进行人工修复时，一般都会使用风镐开挖的方法。随后，便可以进入锚杆施工环节，具体包括了放线搭架、保护层以及肋槽的预留、头排放孔成孔、头排清孔、安装头排锚杆以及灌浆、二排的放孔成孔、清孔、锚杆安装、灌浆等多个施工流程。在此之后，相关人员必须要开展挡墙钢筋的施工。在肋柱钢筋安装之前，需要对底部浮渣进行清理，保证基础施工变得更加密实。在挡墙模板施工环节，为了进一步提高模板自身的稳定性、平整度以及光洁度，需要在岩壁上植入锚钉，将其作为对丝拉杆。在挡墙混凝土的施工环节，需要使用C20喷射混凝土，或者是根据工程现场的实际状况，合理确定混凝土的等级，开展挡墙的肋柱、顶梁以及肋板施工。
6.2建设坡顶截水沟
相关人员考虑到工程地质特殊性以及稳定性，选择在不影响岩土结构的前提下，进一步提高矿产资源的开采效率，并在坡顶设置对应的截水沟，以此保障在降雨时间能够以最快的速度完成排水工作。在截水口沟置过程中，需要考虑当地原有地势和地貌，并且需要尽可能保持平缓顺直，上游的进口需要和原地面保持紧密衔接，满足坡面水截流的要求，不得出现溢水的现象。同时，截水沟的基坑施工需要使用机械和人工配合开的方法，保证其几何尺寸满足工程施工的要求，使用的相关材料，尤其是气体砂浆的配比，必须满足已有标准的要求，并全方位进行检验，选择使用机械进行搅拌处理。在开挖截水沟后需要及时进行铺砌施工，避免出现地表水流下渗的问题。砌体需要进行分层分段施工，且每间隔10m的距离，需要利用沥青麻筋对于伸缩缝进行填塞。在完成砌筑之后，片石砌体需要进行不少于7天的洒水养护工作。
7总结
总而言之，我国有色金属矿产开采的安全性事关矿产资源的开采效率以及相关人员的人身安全，也会受到岩土结构设计工作的影响。对于我国某地区的工程而言，因为整体的边坡岩土结构稳定性具备一定的优势，需要相关人员在合理分析当地岩土结构稳定性的基础上，选择使用合适边坡支护技术，并在坡顶设计截水沟，确保地表的多余水分能够有效排除，并强化边坡自身的稳定性，避免对工程结构的稳定性产生影响。
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