農(nóng)一師電力公司煤礦巖質(zhì)崩塌發(fā)育特征及穩(wěn)定性評價

許雷濤，何劍波

(1.新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830091；2.甘肅省地礦局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000)

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農(nóng)一師電力公司煤礦巖質(zhì)崩塌發(fā)育特征及穩(wěn)定性評價

許雷濤1，何劍波2

(1.新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830091；2.甘肅省地礦局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000)

崩塌是新疆農(nóng)一師電力公司煤礦的主要地質(zhì)災(zāi)害，是地層組合、地貌特征、水動力特性及地震等因素耦合的結(jié)果。根據(jù)危巖體失穩(wěn)破壞的模式，可將危巖破壞模式分為滑移式破壞、傾倒式破壞和拉裂式破壞3類。農(nóng)一師電力公司煤礦區(qū)內(nèi)巖質(zhì)崩塌破壞的主要荷載有危巖體自重、天然狀態(tài)的裂隙水壓力、暴雨狀態(tài)的裂隙水壓力和地震力，可以構(gòu)成3種荷載組合。據(jù)此，運用極限平衡理論及巖體結(jié)構(gòu)理論建立了巖質(zhì)崩塌破壞的計算模型，并對3類變形破壞模式的穩(wěn)定性進行了計算，為巖質(zhì)崩塌災(zāi)害的治理提供了理論依據(jù)。

崩塌；發(fā)育特征；破壞模式；穩(wěn)定性；農(nóng)一師煤礦

崩塌是斜坡變形破壞的三種類型之一，具有發(fā)生突然、下落速度快以及形成倒石堆的特點，是地質(zhì)條件、地理環(huán)境與人文社會環(huán)境綜合作用的產(chǎn)物[1]。根據(jù)前期調(diào)研，農(nóng)一師電力公司煤礦研究區(qū)內(nèi)巖質(zhì)潛在崩塌災(zāi)害規(guī)模均屬中-小型，但是由于沒有采取任何有效防治措施，加之研究區(qū)內(nèi)過往人群較多，致使危險邊坡發(fā)生崩塌后將直接威脅坡體下過往的居民生命財產(chǎn)、道路、河流及其他設(shè)施。因此，在以往研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)巖質(zhì)崩塌災(zāi)害的發(fā)育特征，對區(qū)內(nèi)巖質(zhì)崩塌災(zāi)害的穩(wěn)定性進行評價[2-4]，可以為防治工程提供設(shè)計參數(shù)，同時也為該地區(qū)類似防災(zāi)減災(zāi)工程提供科學(xué)的理論基礎(chǔ)。

1　巖質(zhì)崩塌發(fā)育特征

農(nóng)一師電力公司煤礦區(qū)位于溫宿縣城東北克其克庫孜巴依河中游西側(cè)，距314國道65 km，距阿克蘇市115 km，距溫宿縣110 km。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害類型為崩塌，具體可劃分為土質(zhì)崩塌和巖質(zhì)崩塌，本文主要以研究區(qū)內(nèi)巖質(zhì)崩塌為研究對象，對其破壞模式和穩(wěn)定性進行評價。該研究區(qū)內(nèi)巖質(zhì)崩塌災(zāi)害共發(fā)育有6處，其中，BT02、BT04、BT06、BT07和BT10為潛在崩塌災(zāi)害點，BT03為已發(fā)生崩塌災(zāi)害點。下面對BT10巖質(zhì)潛在崩塌的發(fā)育特征進行分析。

BT10巖質(zhì)潛在崩塌分布于K0+360至 K0+440段距山體坡腳約90m山體坡面上的Ⅳ號危巖帶，為自然巖質(zhì)斜坡，整體呈東西向分布，坡度73°，坡向229°，邊坡長約77 m，坡寬在6～15 m，平均寬度10 m，相對坡高在17～27 m，平均高度22 m，如圖1所示，結(jié)合三維掃描結(jié)果可知體積約16 940 m3，如圖2所示。

BT10巖質(zhì)潛在崩塌出露地層為侏羅系砂巖、礫巖，地層產(chǎn)狀為70°∠27°，呈厚層狀。據(jù)調(diào)查訪問，2010年一次發(fā)生崩塌規(guī)模體積約240 m3，現(xiàn)場調(diào)查時未發(fā)現(xiàn)崩塌堆積物，崩塌堆積物可能已被修護路人員清理。依據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006)關(guān)于崩塌規(guī)模級別劃分標準， BT10崩塌規(guī)模等級屬中型。根據(jù)其中對崩塌分類及特征劃分依據(jù)，判定BT10巖質(zhì)潛在崩塌類型屬傾倒式崩塌。

圖1　BT10巖質(zhì)潛在崩塌圖

圖2　BT10三維掃描影像

BT10巖質(zhì)潛在崩塌西部明顯發(fā)育兩組優(yōu)勢裂隙結(jié)構(gòu)面：第一組裂隙產(chǎn)狀為0°∠80°，是一組與邊坡坡向相反的陡傾裂隙，間距0.3～0.9 m，裂縫寬為1～6 cm；第二組裂隙產(chǎn)狀110°∠7°，是一組與邊坡坡向近似垂直的緩傾角裂隙，間距0.4～1.5 m，裂縫寬一般為0.2～10 cm；第三組裂隙產(chǎn)狀70°∠27°，是一組與邊坡坡向相交的緩傾角裂隙，間距0.3～0.5 m，裂縫寬一般為1～3 cm。這三組裂隙裂隙面較粗糙，局部貫通，結(jié)合性差，以粉土、巖石碎屑物填充。

以上僅對BT10巖質(zhì)潛在崩塌的發(fā)育特征進行了詳細描述，其他5處崩塌地質(zhì)災(zāi)害點的發(fā)育特征具體如表1所述。

表1　巖質(zhì)崩塌災(zāi)害發(fā)育特征與破壞模式

從表1中可以看出，從崩塌破壞方式分析，可將研究區(qū)巖質(zhì)崩塌分為傾倒式、拉裂式、滑移式崩塌三種破壞模式，其中，BT02和BT10災(zāi)害點為傾倒式破壞，BT04、BT06和BT07災(zāi)害點為拉裂式破壞，BT03為滑移式破壞。

2　巖質(zhì)崩塌穩(wěn)定性計算

2.1荷載計算

1) 荷載類型

巖質(zhì)崩塌體自重：指崩塌體的天然容重和體積的乘積；

孔隙水壓力：主要指降雨或融雪產(chǎn)生的靜水壓力；

地震力：主要為水平地震力。

2) 荷載組合

滑移式破壞：天然狀態(tài)、天然狀態(tài)+降雨(融雪)、天然狀態(tài)+地震。主要指巖質(zhì)崩塌BT03。

傾倒式破壞：根據(jù)《工程地質(zhì)手冊》推薦的方法，考慮各種附加力的最不利組合，即靜水壓力+水平地震力。主要指巖質(zhì)潛在崩塌BT02、BT10。

拉裂式破壞：由于《工程地質(zhì)手冊》中對于拉裂式崩塌計算模型沒有涉及降雨、融雪、地震影響因素，因此只計算天然狀態(tài)。主要指巖質(zhì)潛在崩塌BT04、BT06和BT07。

2.2計算方法

1)滑移式崩塌破壞計算模型

滑移式崩塌采用《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006)中滑移式崩塌計算模型進行驗算[5]。其滑移式計算穩(wěn)定性系數(shù)F為：

(1)

式中： Fs為滑動面上的抗滑力；Fr為滑動面上的滑動力。

2)拉裂式崩塌破壞計算模型

傾倒式破壞計算采用《巖土勘察設(shè)計手冊》與《工程地質(zhì)手冊》(第四版)中推薦的計算模型進行分析。其崩塌體的抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)K可按下式計算：

(2)

式中：f為靜水壓力(kN)；h0為水位高，暴雨時等于巖體高(m)；h為巖體高(m)；W為崩塌體重力(kN)；F為水平地震力(kN)。

3)滑移式崩塌

綜合《工程地質(zhì)手冊》(第四版)與《巖土工程勘察手冊》中對拉裂式危巖體的計算說明，得出本項目中危巖拉裂式破壞計算依據(jù)。

如危巖體斷面上尚未出現(xiàn)裂隙，則穩(wěn)定性按下式(3)計算：

(3)

如果危巖體斷面處已存在裂縫，則穩(wěn)定性按下式(4)計算：

(4)

以上兩式中：l為巖體長度(m)；h為巖體厚度(m)；a為裂隙深度(m)；γ為巖體重度(kN/m3)；σ拉為巖石允許抗拉強度(kPa)。

3　巖質(zhì)崩塌穩(wěn)定性分析

3.1計算參數(shù)取值

根據(jù)地勘結(jié)果，本文運用《巖土勘察設(shè)計手冊》與《工程地質(zhì)手冊》中推薦的計算模型對每個巖質(zhì)崩塌災(zāi)害進行了計算，其穩(wěn)定性計算的基本參數(shù)取值分別見表2、表3與表4所示。

表2　滑移式危巖體計算模型參數(shù)表

表3　傾倒式危巖體計算模型參數(shù)表

表4　拉裂式危巖體計算模型參數(shù)表

表5　崩塌危巖體穩(wěn)定性計算結(jié)果表

3.2計算結(jié)果分析

以表2、表3和表4中計算參數(shù)的選取，本文運用《巖土勘察設(shè)計手冊》與《工程地質(zhì)手冊》中推薦的計算模型對每個巖質(zhì)崩塌災(zāi)害進行了計算，其穩(wěn)定性的計算結(jié)果見表5所示。

從表5中崩塌危巖體穩(wěn)定性計算結(jié)果可以看出，巖質(zhì)潛在崩塌BT02、BT10處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，各巖質(zhì)崩塌在工況Ⅱ條件下，處于不穩(wěn)定狀態(tài)；工況Ⅲ條件下，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要及時采取治理措施。

4　結(jié)語

(1) 農(nóng)一師電力公司煤礦巖質(zhì)崩塌目前共發(fā)育有6處，規(guī)模上屬于中小型，其中，BT02、BT04、BT06、BT07和BT10為潛在崩塌災(zāi)害點，BT03為已發(fā)生崩塌災(zāi)害點。但是由于沒有采取任何有效防治措施，加之研究區(qū)內(nèi)過往人群較多，致使危險邊坡發(fā)生崩塌后將直接威脅坡體下過往的居民生命財產(chǎn)、道路、河流及其他設(shè)施。

(2)崩塌的巖體結(jié)構(gòu)與失穩(wěn)方式具有相關(guān)性，從崩塌破壞方式角度分析，可將研究區(qū)巖質(zhì)崩塌分為傾倒式、拉裂式、滑移式崩塌三種破壞模式，其中，BT02和BT10災(zāi)害點為傾倒式破壞，BT04、BT06和BT07災(zāi)害點為拉裂式破壞，BT03為滑移式破壞。

(3)通過建立巖質(zhì)崩塌災(zāi)害破壞方式的計算模型，在選取計算參數(shù)的基礎(chǔ)上對崩塌危巖體的穩(wěn)定性進行了計算，結(jié)果表明：巖質(zhì)潛在崩塌BT02、BT10處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，各巖質(zhì)崩塌在工況Ⅱ條件下，處于不穩(wěn)定狀態(tài)；工況Ⅲ條件下，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要及時采取治理措施。

[1]潘懋,李鐵峰. 災(zāi)害地質(zhì)學(xué)[M]. 北京大學(xué)出版社.2012.

[2]滕宏泉, 張新宇. 黃土地區(qū)崩塌災(zāi)害變形特征及穩(wěn)定性分析—以陜西永壽儀井鎮(zhèn)王家莊黃土崩塌為例[J]. 地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護.2015, 26(1):25-29.

[3]王克銘. 貴州省黔西南某小型水庫庫岸邊坡穩(wěn)定性研究分析[J]. 地下水.2013,35(2):91-92.

[4]張旭光, 張永軍, 張黎. 蘭州市西固區(qū)河口鎮(zhèn)八盤村崩塌穩(wěn)定性分析[J]. 地下水.2015,37(5):210-213.

[5]中國地質(zhì)調(diào)查局.滑坡防治工程勘查規(guī)范(DZ/T0218-2006)[S].2006.

Study on the development characteristics and stability evaluation of the electric power company coal mine in First Agricultural Division

XU Lei-tao1，HE Jian-bo2

(1.No.1 Hydrologeology and Engineering Geology Team of Bureau of Geology Mineral Resources Exploration of Xinjiang, Rumqi 830091,China；2.Institute of Hydrogeology and Engineering Geology Bureau of Geology Mineral Resources Exploration of Gansu,Zhangye 734000,China)

It is the main geological hazard in the the electric power company coal mine.land fall is the result from disorder interaction of multi-factors such as geologic strata, geomorphologic characteristics, fissure water pressure and earthquake, etc. According to the modes of development of land fall, it is divided into three basic types in this paper: toppling,Sliding,and pull-splitting. The main loads to cause land fall in the reservoir are weight of unstable rock, fissure water in nature, fissure water in strong precipitation and earthquake force. There are three types of load combination. According to both unstable rock model and load combination the stability calculation method is developed through limit equilibrium theory and rock mass structure theory.

Land fall；Development characteristics；Stability evaluation；The First Agricultural Division coal

2016-03-21

許雷濤(1988-)，男，陜西咸陽人，助理工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)方面的工作。

P642.21

A

1004-1184(2016)04-0243-03