向斜构造对结构面力学效应的控制

向斜构造对结构面力学效应的控制 巷第112期 999年第4期 河北墙金 HEBEIMETALLURGY 丁o[a1.】2 999,Number4 …… 摘要:深入了向斜构造对结构力学效应的控制作用规律a商 关键词:露采边坡;血型垫堕;兰控亘质规律;’ 中图分类号:TD80I文献标识码:A文章编号:1006—5008(1999) CoNTR0L0FMECHANICALEFFECToFSTR PLANEBYSYNCLINESTRUCTURE MABo-heng 釉f呔 ucTuRAL (CentralInstituteofGeotechnica1) Abstract:Theactinglawofsynclinestructureonmechanicaleffectofstructur alplaneis analyzedindetail Keywords:opensideslope;synclinestructure;structuralplanegeologicalla w;meehanica] effect 1引言 就露采矿山而言,向斜结构是非常重要的控制性 构造.其的形成机理制约着受控岩体中结构面的地质 规律,从而决定着岩体的力学特征和变形,破坏规律 向斜构造是重要的控矿构造,它对矿体的形态特征和 空间展布规律的控制决定着它与采场特定的几何组合 关系,这种关系对结构面力学效应具有十分重要的控 制作用.对E述规律的研究是揭示岩体力学作用规律 的重要基础.本文以包钢白云鄂博铁矿主矿为例,深 入分析这种规律性,旨在为同类研究提供有益的借 鉴. 2采场地质概述 2.1地层与岩组 采场出露地层为下元古界F白云鄂博群,属一套 泥质,沙质和碳酸盐构成的类复理石建造.岩性主要 I隘系』,:马博恒.保定市永风中蹄5l号(07lI)67)冶金剖勘察研究总院 收稿日期:】998一】2-2】 0 是白云岩,扳岩类岩石.第四系广泛分布.按岩石组 合特征及其工程地质性质,可分成白云岩(DT),板 岩(ST),云母片岩(职),铁矿(Fe)和第四系(0) 等岩组,分布见图l. 2.2地质构造 2.21向刳构造 白云鄂博同斜向斜贯穿整个矿区,属紧密倒转向 斜,近东西向(80.,90.)延展.北翼属正常翼, 南翼为倒转翼.两翼均向南倾,北,南两翼倾角分别 为5O.,65.和60.,75..两翼由白云岩岩组 构成(南翼以透镜体形式分布见图1),板岩岩组构 成了核部地层.向斜剖面形态见图2. 2,22断裂构造 采场范围出露断裂37条按空问展布可分成4 个方1立的断裂组,特征见l,分布见幽l. !!!兰墨!塑 3.1结构面类型及其分级 按结构面成因可划分为3类,特征见表3. 结构面具有显着的级序性.按力学作用差别,将 采场出露的结构面分成II,III,?级结构面见表4. 2.3节理裂随 通过53条详细测线和5个岩心定向孔,获得节 理裂隙数据5064组.统计分析结果见表2.表中所 列9组优势节理是向斜形成过程中不同阶段的产物. 按分布规律可归为4个方位,与断裂构造一致. 3结构面的地质规律, 在地质发展历史中,岩体内形成的开裂的,易开 裂的地质界面称为结构面. lyr白云岩:ST,扳岩:BR,云母片岩.Fe铁矿T4花岗岩 \80匝封i性断裂80压性压扣性断裂”-65张性断裂 0爆破境界圈0采矿场境界圈 固1主矿区地质简图 固2向斜构造剖面示意图 3,2结构面发育组台规律 由[1]知,矿区经历了多次构造运动,构造 应力基本上是南北向挤压.构造应变场:平面上为 “米”字型结构面组合图式;剖面上属紧密倒转向 斜及其控制下形成的结构面有机组合的构造形迹网 络,见图1和图2.这是结构面组合的总体规律,采 场不同区段结构面发育,组合规律是不同的.III级 以上的结构面发育组合规律是:北边帮白云岩岩体中 主要发育平面X扭裂面组合;南边帮板岩岩体中则以 表1断裂构造特征 表2优势节理组特征 表3结构面成囡分类 巷第1_2期HEBEIYEII~ 层间错动面为主:向斜核部主要发育由纵张结构面发的一组(见照片 1)和北北东向一组;板岩岩体中, 展而成的原生结构面.?级结构面发育组台规律是:以层问错动面为 主见照片2,其它形式的构结构面发 自云岩岩体中平面,剖面x扭裂面分别发育倾向采坑育程度差.且规 模小. 表4结掏面分级其特征 厢片2垭岩中?结{匈面发盲特征 与力学搿【应的控制 4I对结柯面地质规律的控制 在矿区范围内,向斜构造是最高级序的构造形 迹.它对它控制范围内的结构面(尤其是构造结构面) 的地质规律具有明显的控制作用.1)对结构面级序 的制约层阃错动是形成向斜构造极其重要的前提条 件另一方面向斜构造由连续变形向不连续变形的转 变过程中使构造应力得以充分释放,难于形成大规模 的应力集中区域.这是矿区不存在I级结构面及II 级结构面发育程度差的原因;2)对结构面发育组台 规律的控制.32节结构面发育组合规律除受岩组特 征控制外.主要受向斜形成机理与局部应力集中因素 制约.白云岩岩体层理不发育,多属块状结构,向斜 褶皱时难于发生层问错动.其次.岩体性脆,坚硬, 在受力时更易产生x扭裂面组台.板岩岩体板理发 育.向斜褶皱时,极易发生层间滑动.这是板岩岩体 中平面,剖面x扭裂面不发育的原因.向斜核部地层 强烈弯折.应力状态复杂.各级各类结构面十分发育, 尤其是由纵张结构面与层间错动面组合发育而成的结 构面,规模大,贯通性强,为岩脉入侵提供了通道和 空间.3)对结构面力学性质的改造.由表2知.采 场岩体中存在g组优势节理.资料[2]表明,它们是 向斜形成过程中不同阶段的结构面共生组合见表6. 向斜形成过程中,因构造应力的太小,作用方向及边 界条件的改变,会形成不同的结构面组合.后期形成 的组合(在向斜构造控制下形成的)对早期形成的组 台或迁就.或改造,致使早期的结构面组合的力学性 质要发生变化:张性结构面转化为张扭性结构面: 性结构面转化为压扭性结构面;压扭性结构面继续压 紧,规模变大因向斜变形而诱发的纵张应力的作用. 早期的共轭扭裂面被改造成了压扭,张具多种力学性 质的结构面,如S1和s2破碎带见图1和照片3.被 改造后的早期层间错动面贯通性增强,面内泥化物质 厚度变大,更加连续,往往成为储水构造的”屏障”, F5断裂就是如此.结构面力学性质转化后连续性 增强,面内软弱物质增加,其结果是结构面力学性质 的弱化. 4工对结构面力掌效应的控制 向斜构造是重要的控矿构造类型.受控矿体的形 状特征受向斜构造的几伺特征控制.这种控制作用决 定着向孛忖q造和采场特定的几何组合关系正是这种 关系对边坡岩体中的结构面力学效应起着重要的控制 作用.控制机理是:对参与构成危险滑面的结构面级 表5优势节理组配套关系 照片3断裂带的泥包块,块夹泥结构 序的限制决定着边坡岩体的变形破坏方式和危险滑面 的强度特征,从而制约着边坡岩体的稳定性.表6列 出了采场代表『生地段(见图3)边坡稳老}生计算结果, 以此为例对上述控制作用进行简单地阐述. l,,_—卜,,『 :厂, , f一?,I1 , f,三==p 图3边坡计算分区简图 由表6看出,1)参与构成最终边坡破坏的危险 滑面(除PIO外)均为?级结构面:2)总体边坡的 最终破坏模式,除8区为阶梯型外,其余『段均为圆 弧型13)擐终边坡最大稳定坡角为5l,61.. 表6部分计算分区边坡稳定性计算结果 向斜轴面与采场长轴平行,这就决定着向斜轴面 与南北边帮平行.与东西端帮直交向斜轴面与北边 帮边坡产状基本一致,与南边帮边坡反倾.这就是对 平面”米”字型结构面组合和剖面X扭裂面组合力 学效席的限定条件.因此.只有与边坡走向一致或近 似,同时与边坡倾向一致或近似的结构面才有可能构 成危险滑面.而其它产状的结构面只是参与边坡岩体 的切割,其作用只是改变岩体力学介质特征.经综合 分析,采场各区段边坡岩体中构成危险滑面的结构面 只能是平面,剖面x扭裂面中倾向采坑的一组或多组 ?级结构面见表6.- 众所周知.?级结构面在岩体中为数众多,但 规模较小(多小于30m).多属坚硬结构面.就300, 400m的高大边坡,单条?级结构面难于二贯通整个边 (下转第34页)