一种适用于矿山修复的客土基材层稳定性与生态效益的综合评价方法与流程

本发明属于矿山生态修复，具体涉及一种适用于矿山修复的客土基材层稳定性与生态效益的综合评价方法。

背景技术：

1、随着我国基建的大力推进，矿山的不合理开发利用造成了大片裸露的岩质边坡，对于生态环境和生物多样性造成了巨大的破坏和影响。这些裸露的岩质边坡大多坡面风化严重，裂隙发育，常发生崩塌、水土流失等地质灾害，严重破坏了当地生态环境。因此对矿山的岩质边坡进行生态修复已然成为目前亟待解决的课题。

2、矿山的岩坡修复主要有两方面问题，一是矿山自然环境问题。岩坡的岩性组成、表面特性和坡高比都将极大程度上影响岩坡的生态修复效果。二是客土基质的稳定性问题。随着时间推移和气候变化，覆盖在裸露岩质边坡表面的客土层，在雨水冲刷浸泡的作用下，客土层常出现滑落或临空面的现象，极大影响了生态修复的效果。目前，对于岩质边坡客土基质的评价主要分为抗剪强度评价、界面耦合评价及抗冲刷性评价等单一指标，无法对矿山岩坡客土基质稳定性和矿山特性进行综合评价。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种适用于矿山修复的客土基材层稳定性与生态效益的综合评价方法，能够综合客土基材力学效果、抗冲刷效果、水解效果和生态修复效果，对矿山特性和客土基材稳定性进行综合评价，为矿山岩质边坡的生态修复方法的改良提供参考依据，提高了客土基质的稳定性，保证了生态修复的效益。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种适用于矿山修复的客土基材层稳定性与生态效益的综合评价方法，包括以下步骤：

4、步骤s10：根据评价要素及其评价指标，对矿山修复的岩坡进行实地调查和资料收集，确定客土基材，并根据地区气候确定矿山修复条件与客土基材条件的权重分别为a1和a2，其中a1+a2＝1；

5、步骤s20：通过矿山岩坡的岩性、坡高比和表面特性对步骤s10所述矿山修复条件进行评价指标赋分r1；

6、步骤s30：依据室内三轴剪切试验、水解试验、界面附着试验和生态修复试验对步骤s10所述客土基材条件进行评价指标赋分r2；

7、步骤s40：根据评价要素和权重a1、a2，以及评价指标的赋分值r1、r2，进行综合评价，评价公式为下式(1)：

8、j＝a1×r1+a2×r2

9、(1)；

10、根据量化指数j的大小，综合评价客土基材层的稳定性与生态效应，进而实施相应的治理措施。

11、优选地，所述步骤s10中，矿山修复条件的权重a1与客土基材条件的权重a2依据地区气候确定，具体如下：

12、当气候为热带季风气候时，a1为0.2，a2为0.8；

13、当气候为亚热带季风气候时，a1为0.3，a2为0.7；

14、当气候为温带季风气候时，a1为0.4，a2为0.6。

15、优选地，所述步骤s20中，矿山修复条件的评价指标包括矿山岩坡岩性指数a、矿山坡高比指数b、矿山岩坡表面特性指数c；所述r1的评价公式为下式(2)：

16、

17、所述矿山岩坡岩性指数a由砂岩岩相及泥岩岩相占比来评价赋分，赋分情况具体如下：

18、当泥岩岩相占比＞45％时：

19、砂岩岩相占比≤15％，a为60；砂岩岩相占比＞15％且≤30％，a为65；砂岩岩相占比＞30％且≤45％，a为70；砂岩岩相占比＞45％，a为80；

20、当泥岩岩相占比＞30％且≤45％时：

21、砂岩岩相占比≤15％，a为65；砂岩岩相占比＞15％且≤30％，a为70；砂岩岩相占比＞30％且≤45％，a为85；砂岩岩相占比＞45％，a为90；

22、当泥岩岩相占比＞15％且≤30％时：

23、砂岩岩相占比≤15％，a为70；砂岩岩相占比＞15％且≤30％，a为80；砂岩岩相占比＞30％且≤45％，a为90；砂岩岩相占比＞45％，a为95；

24、当泥岩岩相占比≤15％时：

25、砂岩岩相占比≤15％，a为80；砂岩岩相占比＞15％且≤30％，a为90；砂岩岩相占比＞30％且≤45％，a为95；砂岩岩相占比＞45％，a为100；

26、所述矿山坡高比指数b基于边坡坡高赋分值b1、边坡坡高比赋分值b2计，根据b值大小进行矿山坡高比特性评价；其中边坡坡高h的赋分公式为：边坡坡高比i的赋分公式为：赋分情况具体如下：

27、当边坡坡高＞0m且≤200m时，80≤b1＜100；当边坡坡高＞200m且≤400m时，60≤b1＜80；当边坡坡高＞400m且≤600m时，40≤b1＜60；当边坡坡高＞600m且≤800m时，20≤b1＜40；当边坡坡高＞800m且＜1000m时，0＜b1＜20；当边坡坡高≥1000m时，b1＝0；

28、当边坡坡高比＞0且≤0.30时，80≤b2＜100；当边坡坡高比＞0.30且≤0.65时，60≤b2＜80；当边坡坡高比＞0.65且≤1.11时，40≤b2＜60；当边坡坡高比＞1.11且≤1.78时，20≤b2＜40；当边坡坡高比＞1.78且＜2.75时，0＜b2＜20；当边坡坡高比≥2.75时，b2＝0；

29、其中，b1所占权重为0.35，b2所占权重为0.65，则坡高比指数b评价公式为下式(3)：

30、b＝0.35×b1+0.65×b2

31、(3)；

32、所述矿山岩坡表面特性指数c根据矿山岩坡表层的完整度、粗糙度和节理发育程度进行确定；

33、根据资料中的完整性指数kv和rqd指标评价矿山岩坡表层岩体的完整度，确定矿山岩坡表层完整度指数γ1；具体判定如下：当kv＜0.15时，岩坡表层岩体完整度为极破碎；当0.15≤kv＜0.35时，岩坡表层岩体完整度为破碎；当0.35≤kv＜0.55时，岩坡表层岩体完整度为较破碎；当0.55≤kv＜0.75时，岩坡表层岩体完整度为较完整；当kv≥0.75时，岩坡表层岩体完整度为完整；

34、根据岩坡表层粗糙度参数评价矿山岩坡表层的粗糙程度，确定岩质边坡表层粗糙度指数γ2；岩坡表层粗糙度参数包括轮廓特征高度和轮廓最大高度，具体判定如下：当轮廓特征高度＞3cm，轮廓最大高度＞12cm时，判定岩坡表层粗糙程度为粗糙；当轮廓特征高度为1.5～3cm，轮廓最大高度为9～12cm时，判定岩坡表层粗糙程度为较粗糙；当轮廓特征高度为0.75～1.5cm，轮廓最大高度为3～9cm时，判定岩坡表层粗糙程度为较平整；当轮廓特征高度＜0.75cm，轮廓最大高度＜3cm时，判定岩坡表层粗糙程度为平整；

35、根据节理平均间距平均矿山岩坡表层的节理发育程度，确定岩质边坡表层节理发育指数γ3；具体判定如下：当节理1-2组，节理平均间距＞1.0m时，判定为节理不发育；当节理2-3组，节理平均间距＞0.4m时，判定为节理较发育；当节理＞3组，节理平均间距＜0.4m时，判定为节理发育；当节理＞3组，节理平均间距＜0.2m时，判定为节理很发育；

36、完整度指数γ1、粗糙度指数γ2、节理发育指数γ3的赋分情况具体如下：

37、当完整度为极破碎时，γ1为10；当完整度为破碎时，γ1为30；当完整度为较破碎时，γ1为50；当完整度为较完整时，γ1为70；当完整度为完整时，γ1为90；

38、当粗糙度为粗糙时，γ2为15；当粗糙度为较粗糙时，γ2为40；当粗糙度为较平整时，γ2为75；当粗糙度为平整时，γ2为95；

39、当节理发育程度为节理不发育时，γ3为15；当节理发育程度为节理较发育时，γ3为40；当节理发育程度为节理发育时，γ3为75；当节理发育程度为节理很发育时，γ3为95；

40、所述矿山岩坡表面特性指数c通过下式(4)确定：

41、c＝0.25×γ1+0.5×γ2+0.25×γ3

42、(4)。

43、优选地，所述步骤s30中，客土基材条件的评价指标包括基质强度增效指数d、水解强度增效指数s、基底黏附指数f、生态复绿指数m；所述r2的评价公式为下式(5)：

44、

45、所述基质强度增效指数d根据固结不排水三轴剪切试验得到未改良基质客土基材及改良基质客土基材的黏聚力c和内摩擦角其中与未改良基质的客土基材相比，黏聚力c值的增加率δc赋分记为s11，内摩擦角值的增加率赋分记为s12，赋分情况具体如下：

46、当0＜δc≤15％时，s11为60；当15％＜δc≤30％时，s11为80；当δc＞30％时，s11为100；

47、当时，s12为60；当时，s12为80；当时，s12为100；

48、所述基质强度增效指数d通过下式(6)确定：

49、

50、所述水解强度增效指数s采用物理和力学指标参数对土体软化性能进行综合评价，包括土体吸水率降低率、土体软化系数增强率和土体浸水崩解率降低率；

51、根据经增强土体与未经增强土体的吸水率之间的差值得到吸水率降低率，根据吸水率降低率得到土体吸水率降低率赋分值s1；根据改良前后的软化系数得到土体软化系数增强率赋分值s2；通过将客土试样放置水中，记录试样浸水48h前后的质量，计算客土试样的崩解率，通过比较增强客土与未经增强客土的崩解率，计算崩解率降低率并赋分记为s3；赋分情况具体如下：

52、当吸水率降低率≤20％时，s1为10；当吸水率降低率＞20％且＜35％时，s1为25；当吸水率降低率≥35％且＜50％时，s1为40；当吸水率降低率≥50％且＜65％时，s1为55；当吸水率降低率≥65％且＜80％时，s1为70；当吸水率降低率≥80％且＜95％时，s1为85；当吸水率降低率≥95％时，s1为95；

53、当软化系数增强率≤45％时，s2为5；当软化系数增强率＞45％且＜95％时，s2为25；当软化系数增强率≥90％且＜135％时，s2为45；当软化系数增强率≥135％且＜155％时，s2为65；当软化系数增强率≥155％且＜200％时，s2为85；当软化系数增强率≥200％时，s2为100；

54、当崩解率降低率≤10％时，s3为10；当崩解率降低率＞10％且＜20％时，s3为20；当崩解率降低率≥20％且＜30％时，s3为40；当崩解率降低率≥30％且＜40％时，s3为60；当崩解率降低率≥40％且＜50％时，s3为80；当崩解率降低率≥50％时，s3为100；

55、基于土体吸水率降低率赋分值s1、土体软化系数增强率赋分值s2和土体浸水崩解率降低率赋分值s3计算客土水解强度增效指数s，根据s值大小进行客土水解强度增效的综合评价；其中，s1所占权重为0.3，s2所占权重为0.3，s3所占权重为0.4，则水解强度增效指数s评价公式为下式(7)：

56、s＝0.3s1+0.3×s2+0.4s3

57、(7)；

58、所述基底黏附指数f通过客土抗滑性与抗冲涮性对土体黏附性能进行综合评价，包括客土滑动指数和客土坡面冲刷率降低率；

59、对客土进行滑动试验，建立滑动指数β计算模型，应用所述滑动指数β计算模型并根据所述内摩擦角值的增加率赋分值s12得到的滑动临界角θ，通过滑动临界角θ计算滑动指数f1，所述滑动指数f1的计算模型为下式(8)：

60、f1＝100×tanθ)

61、(8)；

62、将客土喷播在边坡上，采用模拟降雨，模拟边坡客土受冲刷工况，并对坡面客土冲刷量进行称重，得到客土的坡面冲刷率，根据经增强土体与未经增强土体的冲刷率之间的差值得到冲刷率降低率，其赋分记为f2，赋分情况具体如下：

63、当冲刷率降低率≤10％时，f2为10；当冲刷率降低率＞10％且＜20％时，f2为20；当冲刷率降低率≥20％且＜30％时，f2为40；当冲刷率降低率≥30％且＜40％时，f2为60；当冲刷率降低率≥40％且＜50％时，f2为80；当冲刷率降低率≥50％时，f2为100；

64、基于客土滑动指数f1和客土坡面冲刷率降低率赋分值f2计算客土基底黏附指数f，其中，f1所占权重为0.5，f2所占权重为0.5，则基底黏附指数f评价公式为下式(9)：

65、f＝0.5×f1+0.5×f2

66、(9)；

67、所述生态复绿指数m通过客土保水率、开裂特性和植被生长特性对生态修复性能进行综合评价，包括客土保水率和植被生长率；

68、对客土进行蒸发试验，48h后测定客土含水率，根据客土现有含水率与客土原有含水率的百分比得到客土保水率，赋分记为m1；对客土进行植被生长试验，植被培育48h后计算植被密度和测量植被高度，并分别赋分记为m21和m22；赋分情况具体如下：

69、当保水率＞80％时，m1为95；当保水率≤80％且＞60％时，m1为75；当保水率≤60％且＞40％时，m1为55；当保水率≤40％且＞20％时，m1为35；当保水率≤20％且＞0时，m1为15；

70、当植被密度＞600株/m3时，m21为95；当植被密度≤600株/m3且＞400株/m3时，m21为70；当植被密度≤400株/m3且＞200株/m3时，m21为45；当植被密度≤200株/m3且＞0时，m21为20；

71、当植被高度＞8cm时，m22为95；当植被高度≤8cm且＞6cm时，m22为75；当植被高度≤6cm且＞4cm时，m22为55；当植被高度≤4cm且＞2cm时，m22为35；当植被高度≤2cm且＞0时，m22为15；

72、根据植被密度赋分值m21和植被高度赋分值m22计算得到植被生长率赋分值m2，计算公式为下式(10)：

73、m2＝0.35×m21+0.35×m22

74、(10)；

75、基于客土保水率赋分值m1和植被生长率赋分值m2计算生态复绿指数m，根据m值大小进行客土生态修复特性评价；其中，m2又分为植被密度赋分值m21和植被高度赋分值m22，m1所占权重为0.3，m21所占权重为0.35，m22所占权重为0.35，则生态复绿指数m评价公式为下式(11)：

76、m＝0.3×m1+0.7×m2＝0.3×m1+0.35×m21+0.35×m22

77、(11)。

78、优选地，所述步骤s40中，当0＜j≤20时，所述客土基材层的稳定性与生态效应的综合评价为差；当20＜j≤40时，所述客土基材层的稳定性与生态效应的综合评价为较差；当40＜j≤60时，所述客土基材层的稳定性与生态效应的综合评价为中等；当60＜j≤80时，所述客土基材层的稳定性与生态效应的综合评价为良好；当80＜j≤100时，所述客土基材层的稳定性与生态效应的综合评价为优秀；其中当j≤40时，需要对矿山的客土基材层进行重新喷播治理。

79、本发明的有益效果如下：

80、本发明的适用于矿山修复的客土基材层稳定性与生态效益的综合评价方法，可以综合矿山修复条件、客土基质力学强度、水解强度增效、基底黏附效果以及生态复绿效果，对客土基质稳定性和矿山自然条件进行综合评价，为矿山岩坡生态修复方法的改良提供参考依据，提高了客土基质的稳定性，保证了生态修复的效果，填补了对矿山修复的客土基材层稳定性与生态效益进行定量化评价的空白，能够对矿山修复工程中遇到的客土基质稳定性问题或生态效益问题提供建设性的建议。