摘要
某露天矿边坡岩体稳定性主要受区内断层和节理裂隙等地质结构影响，为查明岩体结构面分布特征，通过对4个岩土工程勘察钻孔进行Reflex ACT Ⅲ岩心定向处理，但由于花岗岩侵入体与沉积岩接触带附近的岩体破碎、裂隙发育影响了岩心定向准确率，各钻孔高置信度的岩心定向数据比例仅为8.05%~34.29%。为此，本文采用光学电视图像（OTV）/声学电视图像（ATV）测井技术，通过高分辨率、连续、定向的360°钻孔壁图像有效获取了岩性和构造特征、关系和方向数据，提高了钻孔岩心定向的地质结构信息数据精度。在此基础上，利用赤平极射投影理论，通过动力学分析，发现该露天边坡主要破坏模式是楔形滑动破坏，概率为12.66%~34.99%，其次为平面滑动，概率为3.40%~20.36%，为露天开采边坡控制提供了依据。
露天采场边坡稳定性涉及采场安全及采矿连续性，一直是矿山生产安全管理的重要工作。在边坡稳定性分析方面，国内外主要采用自然地质历史法、工程地质类比法、图解法、范例推理法、专家系统法和岩体质量分级法等定性分析法，以及极限平衡法、数值分析方法等定量分析法，和可靠性概率分析、模糊数学、灰色理论等非确定性分析
目前，钻孔图像测量常见的两种技术是光学电视图像（Optical Tele Viewer， OTV）或声学电视图像（Acoustic Tele Viewer， ATV
某露天矿区位于向斜构造的东南侧，而该向斜构造是由砂岩和页岩互层组成的奥陶系沉积岩单元组成（如
图1 矿区构造示意
Fig.1 Schematic map of mining area structure
本次岩土工程钻孔全部采用Reflex ACT Ⅲ岩心定向系统进行岩心定
| 钻孔 | 节理总数/个 | 开放节理/个 | 闭合节理/个 | 无方向/% | 低可靠/% | 中可靠/% | 高可靠/% |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1831 | 719 | 1112 | 4.56 | 55.56 | 21.60 | 19.47 |
| 2 | 1557 | 610 | 947 | 2.13 | 58.20 | 20.20 | 15.57 |
| 3 | 1586 | 630 | 956 | 3.03 | 62.79 | 18.61 | 34.29 |
| 4 | 2019 | 931 | 1088 | 4.67 | 56.67 | 30.61 | 8.05 |
由于ATV在钻孔内存水段测井效果优于OTV，而在干孔段则相反，因此根据各钻孔实际情况，在孔内无地下水段采用OTV测井，在孔内存在地下水段采用ATV测井。钻孔的解译图像由孔壁成像展开图、3D虚拟岩心图及结构面产状组成，可清晰地观察到闭合节理、微裂隙，张开型节理面铁质矿物浸染与石英岩脉及部分塌孔现
1号钻孔采用OTV测量，共识别并处理了236个节理裂隙数据，优势节理裂隙产状170°∠60°；在钻孔深度81~88 m之间，共发现4处破碎带，1处宽度约40 cm的主要开放型节理裂隙，1处局部开放型节理，16处次级开放型节理，如
图2 OTV/ATV图像和岩心段图像
Fig.2 OTV/ATV and core section images
2号钻孔采用ATV测量，识别并处理了468个节理裂隙数据，主要有2组优势节理裂隙为140°∠56°和70°∠56°；钻孔深度66~73 m之间，共发现1处破碎带，呈近北走向，倾角69.5°，宽度约10 cm，21处次级开放型节理，如
3号钻孔采用ATV测量，识别并处理了1287个节理裂隙数据，优势节理裂隙产状160°∠64°和80°∠67°；钻孔深度73~80 m之间，共发现1处宽度约160 cm破碎带，岩心损失明显，结合钻孔过程打钻液大量流失，表明钻孔段破碎强烈，还有1处主要开放型节理裂隙，呈北西走向，倾角44°，15处次级开放型节理，如
4号钻孔采用OTV测量，识别并处理了617个节理裂隙数据，优势节理裂隙产状170°∠65°和140°∠35°；钻孔深度159~168 m之间，岩体完整性较好，共发现4处局部开放型节理，1处破碎带，15个充填的节理裂隙，通过直接获取的图像可见多数为石英脉填充的构造，呈北西走向，倾角44°，如
由于OTV/ATV测井技术可获得钻孔孔壁各点精确的三维空间坐标，利用测量图像可以对岩心进行准确的定位和定向排
露天采场最终边界和钻孔位置如
图3 露天采场最终边界和钻孔位置示意
Fig.3 Schematic map of the final boundary of the open pit and the drilling location
在赤平投影中，作1~4号钻孔位置所在露天边坡坡面投影大圆及出露包络线，以结构面内摩擦角为半径作摩擦圆，则出露包络线和摩擦圆包围区域为平面滑动区域，当结构面极点位于阴影区域内，可能发生平面滑动破
图4 平面滑动破坏分析
Fig.4 Planar sliding failure analysis
由于露天边坡中存在多组不同产状原生节理或构造节理结构面组合形成的多面体，边坡滑动可能同时沿某几个结构面向坡面滑动从而形成楔形体。将钻孔1~4号分别作楔形体滑动模式分析，如
图5 楔形体滑动分析
Fig.5 Wedge sliding failure analysis
在层状结构或块状结构边坡中，当主要结构面倾角较陡倾向坡内时，在平缓结构面可能导致倾倒式破坏，尤其在岩体差异风化时岩体倾倒破坏极易产生。将钻孔1~4号分别作倾倒体滑动模式分析，如
图6 倾倒破坏分析
Fig.6 Topplingfailure analysis
通过边坡稳定性动力学分析，该露天边坡主要破坏模式是楔形滑动破坏，其概率为12.66%~34.99%，其次为平面滑动，概率为3.40%~20.36%，发生倾倒破坏的概率较低，为1.09%~5.75%（如
| 钻孔编号 | 边坡走向/(°) | 破坏概率/% | ||
|---|---|---|---|---|
| 平面滑动 | 楔形滑动 | 倾倒破坏 | ||
| 1 | 166 | 3.40 | 12.66 | 5.75 |
| 2 | 129 | 9.58 | 18.44 | 5.08 |
| 3 | 346 | 20.36 | 34.99 | 3.64 |
| 4 | 315 | 9.95 | 20.88 | 1.09 |
（1）该露天矿区岩体节理裂隙比较发育，由于受断裂面的影响，结构面附近岩体节理裂隙较为发育，在使用Reflex ACT III工具进行钻孔岩心定向时，受主观因素如操作不当，工具误差或者客观因素如岩心松散破碎、连续性差等影响，而无法有效进行岩心方位定向。
（2）采用ATV/OTV测井技术，结合Reflex ACT Ⅲ岩心定向和节理裂隙实测，进行了数据校正和筛选，综合整理获得了该露天边坡8329个有效节理面特征参数，克服了传统钻孔地质调查视角受限和准确度不高等缺点，为复杂地质条件下定义岩性和构造特征、关系和方向提供了有效的技术和方法。
（3）利用赤平极射投影理论，通过边坡稳定性动力学分析可知，该露天边坡主要破坏模式是楔形滑动破坏，其次为平面滑动，发生倾倒破坏的概率较低。在采矿作业过程中应加强地下水、爆破震动和边坡角控制，采用安全预警等措施，防止边坡失稳。
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