探析地質環境與水文的聯系

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1地質災害危險性預測

響水山礦區原有的小山丘之中,場地平整已削高填低,造成場地土體裸露和局部人工邊坡,但人工開挖邊坡高度小于5m,廠場地大部分為挖方地基,人工填土地基范圍小,填土層厚度僅0.50～3.50m,自然斜坡和人工邊坡穩定性較好,未見崩塌、滑坡、地面沉降等地質災害。地質災害預測根據響水山開采設計方式和廠工程建設方案,結合源地的地質環境條件,深部開采可能引起地下水位下降、質污染;地面廠建設,可能引發地基不均勻沉降、邊坡失穩等地質環境問題和地質災害。地下水位下降,由于采用鉆井和地下深部取水的方式,開采的過程即為抽取地下水的過程,長期抽取深部地下水,將在礦區及其附近一定范圍內形成地下水降落漏斗。根據的來源和含水層(主要指F2斷裂帶)的分布及走向,預測井開采后,可能形成的降落漏斗主要沿著F2斷裂帶的走向方向形成一個橢圓形的地下水降落漏斗。經計算,不同降深抽水可能形成的橢圓形降落漏斗最大影響半徑達到160～308m。該礦山設計允許開采量為90m3/d,根據抽水試驗資料實測的動水位深度為37.20m,經計算最大影響半徑為160m,其水位降低影響范圍為320m。在嚴格限制抽水量的條件下,地下水位降低的范圍小。另外,由于礦泉含水層上覆有27.30m的殘積土覆蓋層,地下水來源主要為深部F2斷裂帶中的地下水,深部開采引起地面沉降或地面變形的可能性很小。由于開采過程中引起的地下水位降低的影響范圍小,引起地面沉降和地面變形的可能性很小,因此,預測開采過程中造成的地下水位下降影響小。質污染,由于開采,造成降落漏斗范圍內的地下水位降低,同時也造成降落漏斗范圍內地下水的水力坡度變陡,并加快了地下水的流速,同時在降落漏斗范圍內可能浸入部分第四系地下水源,地面污染物有可能通過第四系含水層向下補給深部。但因響水山源地及其外圍地表花崗巖風化殘積土層厚度大,殘積土中粘性土含量高,土層透水性差,吸附能力強,對地面污染物和地表污染水具有較好的阻隔效果,因此在保護好補給區地質和自然生態環境的前提條件下,預測質污染的影響小。地基不均勻沉降,由于場地平整,存在挖方和填土兩種不同工程地質性質的地基,人工填土厚度0.50～3.50m,厚薄之間將可能造成地面不同程度的沉降、或產生地面裂縫,嚴重者可能造成新建建筑物墻體開裂,門窗歪斜等,影響到建筑物的正常使用。但由于人工填土總體來看厚度薄,容易采取措施穿越處理,且地基處理的技術成熟、成本較低。因此,預測地基不均勻沉降對礦山工程建設影響小。邊坡失穩,響水山廠場地平整后,人工邊坡主要分布于場地東北部、東南部和南部,其邊坡參數。按圓弧滑動法,將邊坡的穩定性計算如下:(注:采用《建筑邊坡工程技術規范》中公式)計算公式SK為邊坡穩定性系數;ic為第i計算條塊滑動面上土的粘結強度標準值(kPa);i為第i計算條塊滑動面上巖土的內摩擦角標準值;il為第i條塊滑動面長度(m);表1人工邊坡參數統計表iθ,iα為第i計算條塊底面傾角和地下水位面傾角;iG為第i計算條塊單位寬度土體自重(kN/m);Gbi為第i計算條塊滑體地表建筑物的單位寬度自重(kN/m);Pwi為第i計算條塊單位寬度的動水壓力(kN/m)iN為第i計算條塊滑體在滑動面法線上的反力(kN/m);iT為第i計算條塊滑體在滑動面切線上的反力(kN/m);R為第i計算條塊滑動面上的抗滑力(kN/m);計算參數的選擇和計算結果根據計算結果,正常工況條件下廠東北部人工開挖邊坡穩定系數為1.24,邊坡處穩定狀態;在暴雨工況條件下,廠東北部、東南部和南人工開挖及填土邊坡穩定系數為0.685～0.939,邊坡處于不穩定狀態,容易產生邊坡失穩破壞。由于響水山廠人工邊坡最大高度僅5.13m,雖然暴雨條件邊坡容易產生失穩破壞,但由于邊坡高度小,容易支護和加固處理,且處理成本不高,處理效果好。因此,預測邊坡失穩對礦山工程建設影響小。

2結論

地下水位降低、質污染、地基不均勻沉降、邊坡失穩四種類型,其可能產生對地質環境的影響和危害程度均小,而且均可以采取對策和措施進行預防和治理。預防和治理技術成熟,費用較低。符合礦山地質環境保護的要求。

3建議

為防止地下水位下降,開采過程中應嚴格控制開采井水位和開采水量,不能超降深和超過允許開采量開采。不宜多井同時開采,如多井開采,則必須控制同一水源條帶上的開采井距離。應在礦區及其周邊地區建立地下水位長期監測網絡系統,定期進行地下水位監測,及時掌握區域地下水位下降幅度,預測地下水位降落漏斗的發展趨勢,以便提前采取預防措施控制區域地下水位超幅度降低。加強水源地保護,防止破壞森林和植被,進行植樹造林,改善地下水補給條件。限制有污染的工礦企業進入,在源地和水源地保護區避免建設住宅區,禁止生活用水和生產污水排入水源地。人工填土區內的各項地面建(構)筑物基礎,應穿越填土層,采用下伏硬塑的殘積土層為持力層,宜采用樁基礎或人工復合地基,不宜采用天然地基淺基礎。為預防邊坡失穩,應對場地平整后的東北部、東南部和南部的人工邊坡進行擋土加固處理,如采用重力式擋墻或擋土樁板墻等。

作者：張震岳單位：山東礦業開采集團