權(quán)利要求

1.廢棄采石場(chǎng)巖質(zhì)邊坡治理與生態(tài)修復(fù)一體化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括： 確定廢棄采石場(chǎng)治理與修復(fù)區(qū)域，基于所述區(qū)域的場(chǎng)地高程，明確不同區(qū)域誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害類型，基于所述地質(zhì)災(zāi)害類型和區(qū)域氣候、生態(tài)環(huán)境特征，劃定邊坡易失穩(wěn)區(qū)域和邊坡穩(wěn)定區(qū)域； 針對(duì)所述邊坡易失穩(wěn)區(qū)域，制定預(yù)應(yīng)力錨桿加固方案確保邊坡的穩(wěn)定性，并結(jié)合邊坡穩(wěn)定區(qū)域的地形、地質(zhì)特征，提出整個(gè)巖質(zhì)邊坡的生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)方法，完成對(duì)所述廢棄采石場(chǎng)的治理與修復(fù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢棄采石場(chǎng)巖質(zhì)邊坡治理與生態(tài)修復(fù)一體化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，通過收集地質(zhì)勘察資料及物理力學(xué)指標(biāo)測(cè)試數(shù)據(jù)獲得所述不同區(qū)域誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害類型，其中所述地質(zhì)勘察資料及物理力學(xué)指標(biāo)測(cè)試數(shù)據(jù)包括：坡段傾角、坡段長(zhǎng)度、坡體巖性、巖層產(chǎn)狀、巖體軟弱結(jié)構(gòu)面、厚度、重度、粘聚力、內(nèi)摩擦角。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢棄采石場(chǎng)巖質(zhì)邊坡治理與生態(tài)修復(fù)一體化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，基于赤平投影法、極限平衡法和Geo5巖土軟件數(shù)值計(jì)算方法綜合判斷所述邊坡易失穩(wěn)區(qū)域和邊坡穩(wěn)定區(qū)域的邊坡穩(wěn)定性。 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢棄采石場(chǎng)巖質(zhì)邊坡治理與生態(tài)修復(fù)一體化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，基于所述赤平投影法定性分析所述邊坡穩(wěn)定性的過程包括：通過所述赤平投影法得到研究區(qū)域的邊坡、結(jié)構(gòu)面的空間關(guān)系，結(jié)合所述結(jié)構(gòu)面切割形成的楔形體分析研究區(qū)域的邊坡是否受軟弱結(jié)構(gòu)面控制，并結(jié)合巖體節(jié)理裂隙的發(fā)育情況，得到巖體節(jié)理裂隙的傾向和傾角。 5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢棄采石場(chǎng)巖質(zhì)邊坡治理與生態(tài)修復(fù)一體化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，針對(duì)具有兩組結(jié)構(gòu)面的平面滑動(dòng)滑坡，采用所述極限平衡法計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性：首先將所述兩組結(jié)構(gòu)面分為主滑面和輔滑面，建立方向力平衡方程，通過所述方向力平衡方程計(jì)算得到邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)；對(duì)于存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)面的滑坡時(shí)，采用不平衡推力法計(jì)算所述邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)。 6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢棄采石場(chǎng)巖質(zhì)邊坡治理與生態(tài)修復(fù)一體化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，采用所述Geo5巖土軟件數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析的過程包括：選取Geo5巖土軟件中的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析板塊，選擇國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、折現(xiàn)滑動(dòng)的方法，通過極限平衡法求解安全系數(shù)，并根據(jù)巖土工程物察報(bào)告獲得邊坡及邊坡內(nèi)部參數(shù)信息，得到邊坡類型及邊坡計(jì)算安全系數(shù)。 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢棄采石場(chǎng)巖質(zhì)邊坡治理與生態(tài)修復(fù)一體化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，針對(duì)所述邊坡易失穩(wěn)區(qū)域制定預(yù)應(yīng)力錨桿加固的過程包括：設(shè)計(jì)錨桿加固方案，采用預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行加固，計(jì)算錨桿軸向預(yù)應(yīng)力、錨桿鋼筋直徑、錨固體與地層錨固長(zhǎng)度，通過支護(hù)驗(yàn)算，確定錨桿支護(hù)水平間距。 8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的廢棄采石場(chǎng)巖質(zhì)邊坡治理與生態(tài)修復(fù)一體化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，對(duì)于所述邊坡易失穩(wěn)區(qū)域還能夠在所述錨桿支護(hù)的基礎(chǔ)上設(shè)置植生孔，根據(jù)邊坡狀況設(shè)計(jì)坑式復(fù)綠方案，用于加固邊坡穩(wěn)定性，完成對(duì)所述邊坡易失穩(wěn)區(qū)域的生態(tài)修復(fù)。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及礦山治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種廢棄采石場(chǎng)巖質(zhì)邊坡治理與生態(tài)修復(fù)一體化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用有助于推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)也對(duì)自然生態(tài)環(huán)境造成了巨大影響，產(chǎn)生了大量礦山地質(zhì)環(huán)境問題甚至是地質(zhì)災(zāi)害。開采砂石導(dǎo)致巖體變形，易誘發(fā)崩塌等地質(zhì)災(zāi)害；采坑內(nèi)供植物生長(zhǎng)的土壤極少，植被荒蕪；原采場(chǎng)植物砍伐殆盡，水土流失嚴(yán)重；采場(chǎng)內(nèi)廢石堆、巖粉、礦渣隨處可見，大氣污染嚴(yán)重。因此，治理、修復(fù)采石場(chǎng)，對(duì)礦山生態(tài)資源的利用和礦山環(huán)境的保護(hù)問題具有重要的意義。

隨著國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn)、發(fā)展，礦山生態(tài)修復(fù)得到重視與關(guān)注。目前，在廢棄露天采石場(chǎng)中，大多研究集中于邊坡治理，往往忽視生態(tài)修復(fù)或簡(jiǎn)單的錨噴復(fù)綠，而缺少治理與生態(tài)修復(fù)的一體化設(shè)計(jì)方法。由此可見，現(xiàn)有技術(shù)有待于進(jìn)一步改進(jìn)和提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種廢棄采石場(chǎng)巖質(zhì)邊坡治理與生態(tài)修復(fù)一體化設(shè)計(jì)方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種廢棄采石場(chǎng)巖質(zhì)邊坡治理與生態(tài)修復(fù)一體化設(shè)計(jì)方法，包括：

確定廢棄采石場(chǎng)治理與修復(fù)區(qū)域，基于所述區(qū)域的場(chǎng)地高程，明確不同區(qū)域誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害類型，基于所述地質(zhì)災(zāi)害類型和區(qū)域氣候、生態(tài)環(huán)境特征，劃定邊坡易失穩(wěn)區(qū)域和邊坡穩(wěn)定區(qū)域；

針對(duì)所述邊坡易失穩(wěn)區(qū)域，制定預(yù)應(yīng)力錨桿加固方案確保邊坡的穩(wěn)定性，并結(jié)合邊坡穩(wěn)定區(qū)域的地形、地質(zhì)特征，提出整個(gè)巖質(zhì)邊坡的生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)方法，完成對(duì)所述廢棄采石場(chǎng)的治理與修復(fù)。

優(yōu)選地，通過收集地質(zhì)勘察資料及物理力學(xué)指標(biāo)測(cè)試數(shù)據(jù)獲得所述不同區(qū)域誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害類型，其中所述地質(zhì)勘察資料及物理力學(xué)指標(biāo)測(cè)試數(shù)據(jù)包括：坡段傾角、坡段長(zhǎng)度、坡體巖性、巖層產(chǎn)狀、巖體軟弱結(jié)構(gòu)面、厚度、重度、粘聚力、內(nèi)摩擦角。

優(yōu)選地，基于赤平投影法、極限平衡法和Geo5巖土軟件數(shù)值計(jì)算方法綜合判斷所述邊坡易失穩(wěn)區(qū)域和邊坡穩(wěn)定區(qū)域的邊坡穩(wěn)定性。

優(yōu)選地，基于所述赤平投影法定性分析所述邊坡穩(wěn)定性的過程包括：通過所述赤平投影法得到研究區(qū)域的邊坡、結(jié)構(gòu)面的空間關(guān)系，結(jié)合所述結(jié)構(gòu)面切割形成的楔形體分析研究區(qū)域的邊坡是否受軟弱結(jié)構(gòu)面控制，并結(jié)合巖體節(jié)理裂隙的發(fā)育情況，得到巖體節(jié)理裂隙的傾向和傾角。

優(yōu)選地，針對(duì)具有兩組結(jié)構(gòu)面的平面滑動(dòng)滑坡，采用所述極限平衡法計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性：首先將所述兩組結(jié)構(gòu)面分為主滑面和輔滑面，建立方向力平衡方程，通過所述方向力平衡方程計(jì)算得到邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)；對(duì)于存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)面的滑坡時(shí)，采用不平衡推力法計(jì)算所述邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)。

優(yōu)選地，采用所述Geo5巖土軟件數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析的過程包括：選取Geo5巖土軟件中的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析板塊，選擇國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、折現(xiàn)滑動(dòng)的方法，通過極限平衡法求解安全系數(shù)，并根據(jù)巖土工程物察報(bào)告獲得邊坡及邊坡內(nèi)部參數(shù)信息，得到邊坡類型及邊坡計(jì)算安全系數(shù)。

優(yōu)選地，針對(duì)所述邊坡易失穩(wěn)區(qū)域制定預(yù)應(yīng)力錨桿加固的過程包括：設(shè)計(jì)錨桿加固方案，采用預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行加固，計(jì)算錨桿軸向預(yù)應(yīng)力、錨桿鋼筋直徑、錨固體與地層錨固長(zhǎng)度，通過支護(hù)驗(yàn)算，確定錨桿支護(hù)水平間距。

優(yōu)選地，對(duì)于所述邊坡易失穩(wěn)區(qū)域還能夠在所述錨桿支護(hù)的基礎(chǔ)上設(shè)置植生孔，根據(jù)邊坡狀況設(shè)計(jì)坑式復(fù)綠方案，用于加固邊坡穩(wěn)定性，完成對(duì)所述邊坡易失穩(wěn)區(qū)域的生態(tài)修復(fù)。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中僅考慮巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定或生態(tài)修復(fù)的單方面治理、未考慮巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定與生態(tài)修復(fù)的一體化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)及其治理等不足，將廢棄礦山巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析和生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)相結(jié)合，提出廢棄礦山巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析及支護(hù)治理的方法，進(jìn)而，結(jié)合穩(wěn)定的巖質(zhì)邊坡及其地質(zhì)、地形條件，提出生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)廢棄礦山巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定與生態(tài)修復(fù)的一體化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)、治理；

該發(fā)明能夠有效解決廢棄礦山治理與生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域中單一性、不系統(tǒng)性、不整體性的問題；同時(shí)，巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定與修復(fù)一體化設(shè)計(jì)治理，使得施工過程連續(xù)化，相較于單個(gè)過程施工，明顯較少施工準(zhǔn)備、工程量、設(shè)計(jì)費(fèi)用等因素。因此，本發(fā)明提出的廢棄礦山巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定治理與生態(tài)修復(fù)一體化設(shè)計(jì)方法，能夠有效的實(shí)現(xiàn)廢棄礦山巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定和生態(tài)修復(fù)雙目標(biāo)，更加有力推進(jìn)國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)重大戰(zhàn)略。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種廢棄采石場(chǎng)巖質(zhì)邊坡治理與生態(tài)修復(fù)一體化設(shè)計(jì)方法的步驟流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中所選擇采石區(qū)場(chǎng)的治理區(qū)域示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的兩組結(jié)構(gòu)面的平面滑動(dòng)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的持平投影圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的雙結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)的巖體邊坡穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)示意圖，其中1-6表示螺紋鋼筋錨桿的設(shè)置位置；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的A區(qū)治理剖面圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例的B區(qū)治理剖面圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例的C區(qū)分區(qū)圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例的值生孔布置示意圖；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例的植生孔綠化詳圖；

圖12為本發(fā)明實(shí)施例的較緩坡區(qū)開挖剖面圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明提供一種廢棄采石場(chǎng)巖質(zhì)邊坡治理與生態(tài)修復(fù)一體化設(shè)計(jì)方法，包括：

S1、將廢棄采石場(chǎng)圈定出要治理與修復(fù)的區(qū)域范圍，調(diào)查廢棄采石場(chǎng)所處地區(qū)的氣候類型、適宜的植被種類等，分析采石場(chǎng)土壤、植被及周邊環(huán)境等生態(tài)環(huán)境特征，具體步驟如下：

本實(shí)施例所選擇的采石場(chǎng)在歷史采石活動(dòng)中形成高陡邊坡，邊坡巖性為中-強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。邊坡長(zhǎng)約241m，邊坡高526m，坡度多集中在60°～89°,標(biāo)高+155.35+184.60m,邊坡立面面積1707m 2，局部倒傾，區(qū)域邊坡整體走向?yàn)?0°,坡頂?shù)谒南邓缮⒍逊e物覆蓋約0.5m，采石活動(dòng)破壞了原有山體的巖體結(jié)構(gòu)，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育巖體表面較為破碎，局部已發(fā)生巖體崩塌，采石活動(dòng)所致，采石平合邊坡巖體因爆破開采的原因較為破碎。表層山體裂隙發(fā)育，延伸長(zhǎng)度0.2m～1.0m不等?，F(xiàn)擬將治理區(qū)劃分為A區(qū)、B區(qū)和C區(qū)三區(qū)，如圖2所示。

S2、根據(jù)廢棄采石場(chǎng)的高程不同，劃分不同塊區(qū)可能誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害類型，例如邊坡失穩(wěn)(一般坡度大于40°)、滾石、水土流失等；

S3、劃定出邊坡易失穩(wěn)區(qū)域，收集地質(zhì)勘察資料及物理力學(xué)指標(biāo)測(cè)試數(shù)據(jù)，如：坡段傾角、坡段長(zhǎng)度、坡體巖性、巖層產(chǎn)狀、巖體軟弱結(jié)構(gòu)面、厚度、重度、粘聚力、內(nèi)摩擦角等參數(shù)，具體步驟如下：

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合工程實(shí)際情況，選取較為合理的巖土物理力學(xué)指標(biāo)。本工程中，根據(jù)巖土工程物察報(bào)告，相關(guān)參數(shù)指標(biāo)按下表取值，表1為巖層信息表，表2為結(jié)構(gòu)面信息表。

表1

表2

S4、基于赤平投影法、極限平衡法和Geo5巖土軟件數(shù)值計(jì)算方法分別定性、定量分析劃定的邊坡失穩(wěn)可能性，基于三者分析結(jié)果，綜合判定邊坡穩(wěn)定性，步驟如下：

根據(jù)實(shí)地勘探，選取最可能發(fā)生滑動(dòng)的結(jié)構(gòu)面，滑動(dòng)方式是具有兩組結(jié)構(gòu)面的平面滑動(dòng)，示意圖見圖3。

S41、以赤平投影法定性分析邊坡穩(wěn)定性,赤平投影法是將物體的形心放在一個(gè)不限制大小的球體的球心上，然后將物體在球體中的位置狀態(tài)投影到球的水平面上，從而在平面上展現(xiàn)邊坡、結(jié)構(gòu)面的空間關(guān)系，進(jìn)而能夠?qū)τ山Y(jié)構(gòu)面起主導(dǎo)作用的邊坡深入分析，示意圖見圖4。

巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性主要受軟弱結(jié)構(gòu)面控制，邊坡的破壞主要是由結(jié)構(gòu)面切割形成的楔形體失穩(wěn)造成的，其穩(wěn)定性分析需考慮巖體節(jié)理裂隙的發(fā)育情況，查明各組巖體節(jié)理裂隙的傾向和傾角，故赤平投影法常用于巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性定性分析。

根據(jù)實(shí)際工程測(cè)量，巖層的產(chǎn)狀為290°∠19.8°，邊坡坡向?yàn)?90°∠59.3°，坡頂面坡度大約為30°。在巖體之中，還有一組結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀分別為290°∠60°。各部分具體產(chǎn)狀條件見表3。

表3

當(dāng)具有層狀結(jié)構(gòu)的邊坡且在只受自身重力的時(shí)候，滑動(dòng)勢(shì)能最強(qiáng)烈的地方往往出現(xiàn)在沿層狀結(jié)構(gòu)面的方向上，因此對(duì)于層狀結(jié)構(gòu)邊坡，潛在滑動(dòng)方向往往就是結(jié)構(gòu)面的傾向。在本工程中，主要軟弱結(jié)構(gòu)面與邊坡面的走向相同，且傾向一致的，邊坡傾角大于結(jié)構(gòu)面傾角，此時(shí)邊坡可能產(chǎn)生滑動(dòng)。定性分析往往是通過經(jīng)驗(yàn)的判斷，所以存在一定的不穩(wěn)定性，分析結(jié)果也容易造成不同人員分析結(jié)果差異較大的情況，為了能夠保證定性分析的準(zhǔn)確性，往往需要定量分析作為重要的參考，兩個(gè)分析方法一同使用確保分析結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

S42、采用極限平衡法準(zhǔn)確計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性，定量的分析邊坡的穩(wěn)定性。對(duì)于有兩組結(jié)構(gòu)面的滑坡，將兩組結(jié)構(gòu)面分為主滑面和輔滑面，如附圖5所示。是滑塊體自重等外部荷載在水平方向的分力，為在豎直方向的分力，其他作用如圖6所示。根據(jù)圖5建立方向力平衡方程有：

F x＝T 1cosα 1+T 2cosα 2-N 1sinα 1-N 2sinα 2 (1)

F y＝T 1sinα 1+T 2sinα 2+N 1cosα 1+N 2cosα 2 (2)

其中，F(xiàn) x、F y是滑塊體自重等外部荷載在水平和豎直方向的分力，T 1、T 2為輔滑面和主滑面的切向力，N 1、N 2為輔滑面和主滑面的法向力。

設(shè)F s為巖質(zhì)邊坡安全系數(shù)，則有：

將式(3)、式(4)代入式(1)、式(2)中，得出有3個(gè)未知數(shù)N 1、N 2和F s的兩個(gè)方程。因而為了求出結(jié)果，假設(shè)N 1為零，再將式(3)、式(4)代入式(1)、式(2)并聯(lián)立可得：

根據(jù)實(shí)際工況將F x、F y、T 1、T 2、L AB、L BC、c 1、c 2、 α 1、α 2帶入式(5)可以求得F s。

其中，c 1、c 2為輔滑面和主滑面的粘聚力， 為輔滑面和主滑面的內(nèi)摩擦角，L AB、L BC為輔滑面和主滑面的長(zhǎng)度。

根據(jù)上述工程參數(shù)代入式(5)，其中F X為0，F(xiàn) Y為滑動(dòng)體重力，巖層參數(shù)及結(jié)構(gòu)面參數(shù)根據(jù)巖土工程物察報(bào)告獲得，通過試算法，最終可得安全系數(shù)F S為1.96。不過，這種情況沒有考慮內(nèi)部結(jié)構(gòu)面。對(duì)于存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)面的滑塊不能當(dāng)成剛體計(jì)算，因?yàn)楸粌?nèi)部結(jié)構(gòu)面切割的滑塊之間可能發(fā)生位移，這種位移在分析中是不可缺少的。對(duì)于這種情況，通常以結(jié)構(gòu)面代替前述的假想分界面進(jìn)行分析，也可采用不平衡推力法進(jìn)行計(jì)算。

S43、采用Geo5巖土軟件分析邊坡穩(wěn)定性，按照下表4內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息表、表5邊坡數(shù)據(jù)表，依次輸入數(shù)據(jù)：

表4

表5

本工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)面為完全發(fā)育的裂隙，不具備任何承受力的能力，黏聚力和內(nèi)摩擦角均應(yīng)取0，Geo5巖土工程軟件要求該數(shù)據(jù)最小值為0.02，因而本工程取0.02。

該采石場(chǎng)地下水水位較低，未考慮地下水因素，同時(shí)根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)，該工程所處地區(qū)不需要考慮地震影響，軟件計(jì)算安全系數(shù)結(jié)果的為1.09，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，可能發(fā)生滑動(dòng)。

對(duì)于較完整、結(jié)構(gòu)面結(jié)合一般的、高度在15m到30m之間的欠穩(wěn)定巖體，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2013)(以下簡(jiǎn)稱規(guī)范)規(guī)定，此時(shí)邊坡巖體類型為二類。該邊坡附近有一個(gè)小區(qū)，發(fā)生滑坡時(shí)可能會(huì)造成人員傷亡，按照規(guī)范規(guī)定，邊坡工程安全等級(jí)取二級(jí)。按照表6邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)F st，此時(shí)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)F st應(yīng)取1.30。

表6

通過赤平投影法得出該邊坡可能發(fā)生滑動(dòng)，極限平衡法計(jì)算安全系數(shù)為1.96，GEO巖土工程計(jì)算安全系數(shù)為1.09。由于極限平衡法沒有考慮內(nèi)部結(jié)構(gòu)面，此時(shí)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際狀況有一定的偏差，不予考慮。巖土工程結(jié)果顯示該工程具備一定的保持穩(wěn)定的能力，不過根據(jù)規(guī)范，對(duì)于二級(jí)邊坡工程安全等級(jí)應(yīng)該達(dá)到1.30，為了符合規(guī)范的要求，此時(shí)仍需對(duì)工程施加工程措施，本工程采用錨桿加固。

S5.針對(duì)邊坡失穩(wěn)區(qū)域，制定預(yù)應(yīng)力錨桿加固方案，分別設(shè)計(jì)計(jì)算錨桿軸向預(yù)應(yīng)力、錨桿鋼筋直徑、錨固體與地層錨固長(zhǎng)度等，并通過支護(hù)驗(yàn)算，明確錨桿支護(hù)水平間距,具體步驟如下：

由于本工程的邊坡是永久性的邊坡，因此將采用預(yù)應(yīng)力錨桿加固本工程。

β＝θ-(45°+φ/2) (7)

其中，E為滑坡體剩余下滑力，由GEO5軟土工程可得為272.5KN/m，l a為錨桿垂直于滑動(dòng)方向的間距，取3m，α、β、φ分別為滑動(dòng)面與錨桿相交處滑動(dòng)面傾角、錨桿傾角、滑動(dòng)面內(nèi)摩擦角，β通過式(9)計(jì)算，θ為滑動(dòng)面傾角，n s為錨桿沿滑動(dòng)面方向的排數(shù)，取6排，計(jì)算可得：β取35°，N t取150KN。

錨桿鋼筋直徑計(jì)算：

其中，γ 0為工程結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.1，f y為錨桿抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，ξ 3為錨桿工作條件系數(shù)，對(duì)于永久性錨桿取0.7，δ為錨桿鋼材年銹蝕量，取0.04mm/年，T為使用年限，取50年，計(jì)算可得：d s為31.4mm，最終d s取32mm。

錨固體與地層錨固長(zhǎng)度計(jì)算：

式(9)中，ξ 1為錨固體與地層粘結(jié)工作條件系數(shù)，對(duì)于永久性錨桿取1.0，d為錨固體直徑，取40mm，f rb為地層與錨固體粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，一般通過試驗(yàn)確定，本工程取1.35MPa，計(jì)算可得：l m為0.89m。

錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長(zhǎng)度計(jì)算：

式(10)中，ξ 2為錨桿與砂漿粘結(jié)強(qiáng)度工作條件系數(shù)，對(duì)于永久性錨桿取0.9，f b為鋼筋與錨固砂漿粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，對(duì)于永久性、預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋取1.4MPa，計(jì)算可得：l sa為1.41m，結(jié)合坡面及滑動(dòng)面信息，最終取1、2排錨桿總長(zhǎng)度為10m，3、4、5、6排錨桿總長(zhǎng)度為15m。

初始預(yù)應(yīng)力計(jì)算：

錨桿的初始預(yù)應(yīng)力指的是錨桿在鎖定狀態(tài)下作用于錨頭的一種拉力。對(duì)于地層及其錨固結(jié)構(gòu)中位移變化要求比較高的工程，錨桿拉力設(shè)計(jì)值可以作為初始預(yù)應(yīng)力；而對(duì)于地層及其錨固結(jié)構(gòu)位移變化要求比較低的工程，一般把錨桿拉力設(shè)計(jì)值的0.70～0.85倍當(dāng)作初始預(yù)應(yīng)力，本工程取預(yù)應(yīng)力為300KN。

錨桿支護(hù)驗(yàn)算：

邊坡錨桿的設(shè)置和施工情況如表6和圖6所示：分別設(shè)置6排錨桿，第1、2排錨桿長(zhǎng)度為10m，3、4、5、6排錨桿長(zhǎng)度為15m，錨固鋼筋采用直徑為32mm的預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋，鉆孔俯斜35°。

表6

整體穩(wěn)定性分析驗(yàn)算求得安全系數(shù)為1.31，大于規(guī)范要求。

S6、考慮到邊坡失穩(wěn)塊區(qū)坡度較大，在危石清理和錨固支護(hù)基礎(chǔ)上，在兩個(gè)支護(hù)孔之間設(shè)置植生孔，后者根據(jù)邊坡狀況設(shè)計(jì)坑式復(fù)綠方案；植生孔和坑式中分別選取當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土攀援能力強(qiáng)、易存活的藤木植被，并填加適合植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)基和營(yíng)養(yǎng)土；

S7、針對(duì)不需錨固的較緩穩(wěn)定邊坡(一般小于40°)，按照“危石清理→場(chǎng)地平整→覆土→擋土墻設(shè)置→植被栽種”這一思路開展生態(tài)修復(fù)工作；同時(shí)，可考慮加入人文策略，如礦山文化、旅游觀光等；最終，形成融合治理、文化、旅游、采摘等功能的廢棄采石場(chǎng)治理與生態(tài)修復(fù)的一體化設(shè)計(jì)，具體步驟如下：

A區(qū)和B區(qū)的邊坡坡面形態(tài)為折線形，邊坡高度大都在3m以下，坡頂距坡底最大高差在16m以下，坡度多集中在10°～30°，是典型的緩邊坡，邊坡坡面風(fēng)化較強(qiáng)烈，巖石較破碎，巖體邊坡表面存在少量碎石，同時(shí)生長(zhǎng)著見少量草本植物?，F(xiàn)根據(jù)A區(qū)、B區(qū)具體情況分析該采用何種方案進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

A區(qū)、B區(qū)治理剖面圖見圖7。

經(jīng)過場(chǎng)地平整后，進(jìn)行擋土墻設(shè)計(jì)，本文不再贅述擋土墻設(shè)計(jì)具體過程，A區(qū)采用直立式、高度為3.5m的重力擋土墻，B區(qū)采用直立式、高度為5m的重力擋土墻。

該采石場(chǎng)范圍內(nèi)幾乎沒有種植土，因此為了能夠種植植物，采用其他地方的熟土填充采石場(chǎng)的客土覆蓋方式培養(yǎng)植物。為了能夠更好的讓植物吸收養(yǎng)分，本工程客土覆蓋厚度取25cm。植物選用耐寒耐旱的鄉(xiāng)土草種黑麥草，并且搭配爬山虎、山茶等植物一起種植。

C區(qū)坡面形態(tài)也為折線形，邊坡坡度變化較大，坡面分化強(qiáng)烈，巖石較破碎。根據(jù)坡面坡度將C區(qū)分為C1區(qū)、C2區(qū)、C3區(qū)、C4區(qū)，見圖8。對(duì)于C1區(qū)、C3區(qū)、C4區(qū)，對(duì)危巖體進(jìn)行爆破清理，及時(shí)消除安全隱患。危巖體的清除采用自上而下的臺(tái)階法靜態(tài)破碎，每次破碎后都要把碎石清除干凈，再對(duì)下層進(jìn)行破碎。靜態(tài)破碎是指以生石灰為破碎劑的主要組成，加水經(jīng)過一定時(shí)間后因其體積膨脹而形成膨脹壓力使介質(zhì)開裂而破碎的方法，其優(yōu)點(diǎn)是在破碎過程中無震動(dòng)、飛石、噪聲小、無毒、無粉塵污染、對(duì)周邊巖體不造成破壞，對(duì)山體周圍的環(huán)境基本無影響。

對(duì)于C1區(qū)、C3區(qū)和C4區(qū)，由于邊坡的坡度過陡或者邊坡不方便開挖，故采用人工鉆孔的方式，在坡面中間采用坡面植生孔技術(shù)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

對(duì)坡面進(jìn)行1×1規(guī)格布置生態(tài)植生孔見圖9，孔徑0.15m，孔深0.5m，詳圖見圖10。

C2區(qū)邊坡較緩，為了能夠更大面積種植植物，修復(fù)生態(tài)，采用坑式復(fù)綠?？邮綇?fù)綠式利用邊坡的原始地形，采用爆破開鑿等方法在坑壁上創(chuàng)造植物生長(zhǎng)的空間并覆土種植的方法，施工效率高、植物選型豐富且成活率高。

為了能夠更好的幫助植物扎根巖層內(nèi)，防止土壤基質(zhì)被雨水沖刷，同時(shí)也為了邊坡修復(fù)之后的植物的成活率，將C2區(qū)邊坡開挖成圓弧形，并且土壤填充至水平面，見圖11。

本發(fā)明克服國(guó)內(nèi)現(xiàn)有巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析和生態(tài)修復(fù)一體化設(shè)計(jì)方面的不足，提供了一種廢棄采石場(chǎng)巖質(zhì)邊坡治理與生態(tài)修復(fù)一體化設(shè)計(jì)方法，本發(fā)明根據(jù)巖土工程物察報(bào)告獲得邊坡的各項(xiàng)參數(shù)，以邊坡坡度的大小進(jìn)行區(qū)分，確定不同的邊坡治理方案。

針對(duì)不需錨固的較緩穩(wěn)定邊坡(一般小于40°)，按照“危石清理→場(chǎng)地平整→覆土→擋土墻設(shè)置→植被栽種”這一思路開展生態(tài)修復(fù)工作；同時(shí)，可考慮加入人文策略，如礦山文化、旅游觀光等；最終，形成融合治理、文化、旅游、采摘等功能的廢棄采石場(chǎng)治理與生態(tài)修復(fù)的一體化設(shè)計(jì)。

針對(duì)需要錨固的較陡邊坡(一般大于等于40°)按照“明確區(qū)域可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害→危石清理→劃定邊坡易失穩(wěn)區(qū)域→綜合判斷邊坡穩(wěn)定性→針對(duì)可能失穩(wěn)區(qū)域施加預(yù)應(yīng)力錨桿→根據(jù)不同坡度設(shè)置不同植生孔→配土填土→選植種植”這一思路開展生態(tài)修復(fù)工作。

以上所述的實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明優(yōu)選方式進(jìn)行的描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。

廢棄采石場(chǎng)巖質(zhì)邊坡治理與生態(tài)修復(fù)一體化設(shè)計(jì)方法.pdf