探析地质环境与水文的联系

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1地质灾害危险性预测

响水山矿区原有的小山丘之中,场地平整已削高填低,造成场地土体裸露和局部人工边坡,但人工开挖边坡高度小于5m,厂场地大部分为挖方地基,人工填土地基范围小,填土层厚度仅0.50～3.50m,自然斜坡和人工边坡稳定性较好,未见崩塌、滑坡、地面沉降等地质灾害。地质灾害预测根据响水山开采设计方式和厂工程建设方案,结合源地的地质环境条件,深部开采可能引起地下水位下降、质污染;地面厂建设,可能引发地基不均匀沉降、边坡失稳等地质环境问题和地质灾害。地下水位下降,由于采用钻井和地下深部取水的方式,开采的过程即为抽取地下水的过程,长期抽取深部地下水,将在矿区及其附近一定范围内形成地下水降落漏斗。根据的来源和含水层(主要指F2断裂带)的分布及走向,预测井开采后,可能形成的降落漏斗主要沿着F2断裂带的走向方向形成一个椭圆形的地下水降落漏斗。经计算,不同降深抽水可能形成的椭圆形降落漏斗最大影响半径达到160～308m。该矿山设计允许开采量为90m3/d,根据抽水试验资料实测的动水位深度为37.20m,经计算最大影响半径为160m,其水位降低影响范围为320m。在严格限制抽水量的条件下,地下水位降低的范围小。另外,由于矿泉含水层上覆有27.30m的残积土覆盖层,地下水来源主要为深部F2断裂带中的地下水,深部开采引起地面沉降或地面变形的可能性很小。由于开采过程中引起的地下水位降低的影响范围小,引起地面沉降和地面变形的可能性很小,因此,预测开采过程中造成的地下水位下降影响小。质污染,由于开采,造成降落漏斗范围内的地下水位降低,同时也造成降落漏斗范围内地下水的水力坡度变陡,并加快了地下水的流速,同时在降落漏斗范围内可能浸入部分第四系地下水源,地面污染物有可能通过第四系含水层向下补给深部。但因响水山源地及其外围地表花岗岩风化残积土层厚度大,残积土中粘性土含量高,土层透水性差,吸附能力强,对地面污染物和地表污染水具有较好的阻隔效果,因此在保护好补给区地质和自然生态环境的前提条件下,预测质污染的影响小。地基不均匀沉降,由于场地平整,存在挖方和填土两种不同工程地质性质的地基,人工填土厚度0.50～3.50m,厚薄之间将可能造成地面不同程度的沉降、或产生地面裂缝,严重者可能造成新建建筑物墙体开裂,门窗歪斜等,影响到建筑物的正常使用。但由于人工填土总体来看厚度薄,容易采取措施穿越处理,且地基处理的技术成熟、成本较低。因此,预测地基不均匀沉降对矿山工程建设影响小。边坡失稳,响水山厂场地平整后,人工边坡主要分布于场地东北部、东南部和南部,其边坡参数。按圆弧滑动法,将边坡的稳定性计算如下:(注:采用《建筑边坡工程技术规范》中公式)计算公式SK为边坡稳定性系数;ic为第i计算条块滑动面上土的粘结强度标准值(kPa);i为第i计算条块滑动面上岩土的内摩擦角标准值;il为第i条块滑动面长度(m);表1人工边坡参数统计表iθ,iα为第i计算条块底面倾角和地下水位面倾角;iG为第i计算条块单位宽度土体自重(kN/m);Gbi为第i计算条块滑体地表建筑物的单位宽度自重(kN/m);Pwi为第i计算条块单位宽度的动水压力(kN/m)iN为第i计算条块滑体在滑动面法线上的反力(kN/m);iT为第i计算条块滑体在滑动面切线上的反力(kN/m);R为第i计算条块滑动面上的抗滑力(kN/m);计算参数的选择和计算结果根据计算结果,正常工况条件下厂东北部人工开挖边坡稳定系数为1.24,边坡处稳定状态;在暴雨工况条件下,厂东北部、东南部和南人工开挖及填土边坡稳定系数为0.685～0.939,边坡处于不稳定状态,容易产生边坡失稳破坏。由于响水山厂人工边坡最大高度仅5.13m,虽然暴雨条件边坡容易产生失稳破坏,但由于边坡高度小,容易支护和加固处理,且处理成本不高,处理效果好。因此,预测边坡失稳对矿山工程建设影响小。

2结论

地下水位降低、质污染、地基不均匀沉降、边坡失稳四种类型,其可能产生对地质环境的影响和危害程度均小,而且均可以采取对策和措施进行预防和治理。预防和治理技术成熟,费用较低。符合矿山地质环境保护的要求。

3建议

为防止地下水位下降,开采过程中应严格控制开采井水位和开采水量,不能超降深和超过允许开采量开采。不宜多井同时开采,如多井开采,则必须控制同一水源条带上的开采井距离。应在矿区及其周边地区建立地下水位长期监测网络系统,定期进行地下水位监测,及时掌握区域地下水位下降幅度,预测地下水位降落漏斗的发展趋势,以便提前采取预防措施控制区域地下水位超幅度降低。加强水源地保护,防止破坏森林和植被,进行植树造林,改善地下水补给条件。限制有污染的工矿企业进入,在源地和水源地保护区避免建设住宅区,禁止生活用水和生产污水排入水源地。人工填土区内的各项地面建(构)筑物基础,应穿越填土层,采用下伏硬塑的残积土层为持力层,宜采用桩基础或人工复合地基,不宜采用天然地基浅基础。为预防边坡失稳,应对场地平整后的东北部、东南部和南部的人工边坡进行挡土加固处理,如采用重力式挡墙或挡土桩板墙等。

作者：张震岳单位：山东矿业开采集团