Earth Sciences Research Journal (Jul 2013)
The assessment of slope stability and rock excavatability in a limestone quarry
Abstract
The aim of this study is to evaluate the stability and excavatability of newly stripped rock slopes (slope 1 (SN–1), slope 2 (SN–2), and slope 3 (SN–3)) in a limestone quarry. These are new production sites with comparable geological formations along the southern part of the quarry where three planar failures were previously observed. For this reason, detailed fieldwork was performed to determine the properties (spacing, roughness, etc.) of the discontinuities of the rock slopes in the study area. The shear strength parameters of the discontinuities and the point load strength index (Is(5o)) and the uniaxial compressive strength (UCS) of rock samples obtained from the study area were tested in the laboratory. The stability of the slopes was assessed using kinematic analysis and an orientation–dependent and orientation–independent slope stability probability classification (SSPC) system. The results of the SSPC system analyses were compared with those of the slope mass rating (SMR). The kinematic analysis shows that planar, wedge and toppling failures are unlikely in the slopes of the study area. The orientation–dependent SSPC analysis revealed that SN–2 would experience sliding failure if its dip angle is greater than 66°. The slopes were shown to have a stability probability of ≥80%, provided that a pneumatic hammer or blasting methods are used for the excavation. However, the maximum slope height (Hmax) in blasting operations is required to be lower for durable slope faces. Furthermore, the SMR analysis has indicated that SN–1 and SN–2 will most likely lose their stability when blasting is used as an excavation method. The rock slopes could be excavated by pneumatic hammer because the category of excavatability of the rock was determined to be ‘easy ripping.’ Based on the kinematic, SSPC and SMR analyses, the angles for a safe slope are proposed to be 70°, 66° and 75° for SN–1, SN–2 and SN–3, respectively, with a slope height of 8 m. Resumen El objeto de este estudio es evaluar la estabilidad y la medida de excavación de nuevas pendientes rocosas descubiertas (slope 1 (SN–1), slope 2 (SN–2), y slope 3 (SN–3)) en una cantera de caliza. Estos son nuevos sitios de producción con formaciones geológicas similares en la parte sur de la mina. Por esta razón se llevó a cabo un trabajo de campo detallado para determinar las propiedades (espaciado, irregularidades, etc.) de las discontinuidades en las pendientes rocosas del área de estudio. En un laboratorio se evaluaron los parámetros de fuerza de las discontinuidades, el índice de punto de carga (Is(5o)) y la fuerza de comprensión monoaxial (UCS) de las muestras de rocas tomadas en el área de estudio. La estabilidad de las pendientes fueron medidas a través de un análisis kinemático y de un sistema de clasificación de estabilidad probable (SSPC) en orientación-dependiente y orientación-independiente. Los resultados del análisis al sistema SSPC fueron cotejados con las clasificaciones de masa de las pendientes (SMR). El análisis kinemático muestra que las fallas planas, de bloque y de tope son improbables en las pendientes del área de estudio. Los análisis SSPC de orientación-dependiente muestran que la SN-2 podría presentar fallas de deslizamiento ya que el ángulo de la cuesta es mayor a 66°. Las pendientes evidencian una probabilidad estable de ≥80% si se utiliza un martillo neumático o métodos de explosión para la excavación. Sin embargo, la pendiente de máxima altura (Hmax) en operaciones de explosión debe ser menor para garantizar la duración de las fachadas de las pendientes. Además, los análisis SMR indicaron que la SN-1 y la SN-2 son más propensas a perder su estabilidad si se utilizan métodos de excavación con explosivos. Las pendientes rocosas podrán ser excavadas con martillo neumático ya que la medida de excavación de la roca fue determinada como de "fácil explotación". Basado en los análisis kinemático, SSPC y SMR, los ángulos propuestos para una pendiente segura son de 70°, 66° y 75° para las pendientes SN–1, SN–2 y SN–3, respectivamente, con una pendiente de altura de 8 m.
