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

王化兵

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830091)

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

王化兵

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830091)

崩塌是農(nóng)一師電力公司煤礦的主要地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)危巖體失穩(wěn)破壞的模式，研究區(qū)主要發(fā)育為滑移式破壞。農(nóng)一師電力公司煤礦內(nèi)土質(zhì)崩塌破壞的主要荷載有危巖體自重、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。建立土質(zhì)崩塌破壞的穩(wěn)定性計算模型，并對其穩(wěn)定性進行計算，為崩塌災(zāi)害的防治工程設(shè)計提供參數(shù)。

崩塌；發(fā)育特征；形成條件；穩(wěn)定性；農(nóng)一師煤礦

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。其中勘查一區(qū)位于礦區(qū)東部約1.5 km處，區(qū)內(nèi)道路為通往礦區(qū)的簡易路，公路北側(cè)為不穩(wěn)定斜坡，坡度較陡，行走艱難；勘查二區(qū)位于礦區(qū)內(nèi)，區(qū)內(nèi)有一水泥路，交通便利。

研究區(qū)屬大陸型干旱氣候區(qū)，年氣溫變化大，年平均氣溫在7.6℃～11.5℃之間；區(qū)內(nèi)發(fā)育有一條由差異性風化和雨洪水沖蝕形成的克其克庫孜巴依河流經(jīng)礦區(qū)東北部，為研究區(qū)內(nèi)唯一常年性河流。根據(jù)前期調(diào)研，勘查一區(qū)內(nèi)發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害類型為崩塌，可劃分為土質(zhì)崩塌和巖質(zhì)崩塌，其中土質(zhì)崩塌包括漂石層崩塌和碎石層崩塌，而勘查二區(qū)內(nèi)發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害類型為土質(zhì)崩塌(塌岸)。因此，本文在以往研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害條件，主要對土質(zhì)崩塌災(zāi)害的發(fā)育特征和穩(wěn)定性進行分析和評價[1-4]，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)工程提供科學的理論基礎(chǔ)。

圖1 BT09漂石層潛在崩塌

1 土質(zhì)崩塌發(fā)育特征

研究區(qū)內(nèi)土質(zhì)崩塌災(zāi)害共發(fā)育有4處，均為潛在崩塌災(zāi)害點，編號分別為：BT01、BT05、BT08和BT09。下面對BT09巖質(zhì)潛在崩塌的發(fā)育特征進行分析。

BT09漂石層潛在崩塌分布于Ⅲ號危巖帶，K0+040至K0+140段山體第一斜坡帶的坡頂，為自然土質(zhì)斜坡。整體呈南北向分布于道路北側(cè)約90 m的山坡上，坡度59°，坡向97°，邊坡長約130 m，寬在6～30 m之間，如圖1所示。通過物探和實測地質(zhì)剖面得知其厚度在5～15 m之間，平均厚度10 m，結(jié)合三維掃描結(jié)果可知體積約19 500 m3，如圖2所示。根據(jù)調(diào)查訪問，2010年一次發(fā)生崩塌規(guī)模體積約1 200 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。

圖2 BT09三維掃描影像

BT09漂石塊度(長×寬×高)多為0.3×0.25×0.2～0.8×0.5×0.6 m，最大可達1.2×1.0×0.8 m。潛在崩塌體明顯凸露，漂石單體體積大小不一，且有部分漂石單體凸出坡體外，前緣臨空，搖搖欲墜，處于崩落的臨界狀態(tài)，在雨水沖刷、地震和人類工程活動的影響下即可誘發(fā)漂石崩塌滾落，對坡腳下的道路、過往的行人和車輛構(gòu)成很大威脅。

根據(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， BT09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BT09漂石層崩塌類型屬滑移式崩塌。

以上僅對BT09土質(zhì)潛在崩塌的發(fā)育特征進行了詳細描述，其他3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

2 土質(zhì)崩塌形成條件

2.1 氣象、水文條件

研究區(qū)漂石層崩塌主要發(fā)生在融雪和降雨季節(jié)。大氣降水對崩塌的影響主要體現(xiàn)在對坡面的沖刷作用，使坡面漂石底部被掏蝕，破壞了漂石的平衡穩(wěn)定狀態(tài)，從而形成崩塌。另外，大氣降水入滲土體后凍脹作用可造成漂石層結(jié)構(gòu)松散，為崩塌發(fā)生創(chuàng)造物質(zhì)條件。

2.2 地形地貌條件

地形地貌條件對崩塌災(zāi)害的形成起著非常重要的作用。研究區(qū)在地貌上屬中山區(qū)河谷地貌，受河流切割作用的影響，形成了頂部巖面平緩前緣陡傾的下伏基巖起伏形態(tài)。漂石層覆蓋其上前緣臨空，成為區(qū)內(nèi)崩塌形成的重要條件。此外，漂石分布于修路人工切坡而形成的陡立邊坡上，前緣臨空，危險性邊坡坡頂與坡腳高差8～15 m，最高危巖體與道路路面高差可達90 m，坡向97°～140，坡度55°～59°。

2.3 地層巖性條件

研究區(qū)邊坡上部覆蓋厚度5～15 m的第四系中更新統(tǒng)冰水沉積漂石，直接覆蓋在侏羅系砂巖、頁巖地層之上，構(gòu)成了崩塌的物質(zhì)來源，是崩塌發(fā)生與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.4 地震作用

地震是地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)因素之一，其誘發(fā)作用表現(xiàn)為兩個方面：一是觸發(fā)效應(yīng)，地震作用使接近臨界穩(wěn)定狀態(tài)的漂石瞬間失穩(wěn)發(fā)生崩塌；二是累積效應(yīng)，地震作用使邊坡漂石層結(jié)構(gòu)松動，為降水沖刷創(chuàng)造條件，促使斜坡發(fā)生累進性失穩(wěn)破壞。

2.5 地質(zhì)構(gòu)造條件

地質(zhì)構(gòu)造及新構(gòu)造運動在區(qū)域上控制著地貌形態(tài)，并為崩塌的發(fā)生提供了地形地貌基礎(chǔ)，同時地層不整合接觸構(gòu)造面控制了崩塌的空間位置，基座階地的形成是新構(gòu)造運動的體現(xiàn)。近期的構(gòu)造運動在勘查區(qū)內(nèi)的總體特征是：以間歇性升降運動為主的差異性塊斷升降運動，對研究區(qū)內(nèi)崩塌災(zāi)害的形成有一定的影響。

2.6 人類工程活動

研究區(qū)內(nèi)人類工程活動強烈，近年來隨著經(jīng)濟的發(fā)展、煤礦建設(shè)力度的增大和托木爾峰旅游景區(qū)的進一步開發(fā)，使得在研究區(qū)內(nèi)活動的人數(shù)不斷增加，加上過往人群對地質(zhì)災(zāi)害及其危害認識不足，從而使得地質(zhì)災(zāi)害造成財產(chǎn)損失及人員傷亡的可能性增大。

3 土質(zhì)崩塌穩(wěn)定性分析

3.1 穩(wěn)定性計算模型

3.1.1 漂石層崩塌穩(wěn)定性計算模型

根據(jù)漂石失穩(wěn)破壞的可能模式，判定勘查一區(qū)漂石以滑移式崩塌為主，主要為BT01和BT09崩塌隱患?；剖奖浪捎谩痘路乐喂こ炭辈橐?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)為：

式中：Fs為滑動面上的抗滑力；Fr為滑動面上的滑動力。

3.1.2 碎石層崩塌穩(wěn)定性計算模型

根據(jù)勘查結(jié)果，碎石層斜坡巖性為碎石，結(jié)構(gòu)松散，整體坡體結(jié)構(gòu)視為單層結(jié)構(gòu)，主要為BT05和BT08崩塌隱患。斜坡穩(wěn)定性評價利用理正巖土計算5.6版邊坡穩(wěn)定分析軟件采用瑞典條法自動搜索潛在最不利結(jié)構(gòu)面，然后采用瑞典條分法計算不同工況的穩(wěn)定系數(shù)和推力，采用簡化畢肖普法進行校核，計算不同工況的穩(wěn)定系數(shù)和推力。根據(jù)現(xiàn)場測量與調(diào)查成果，選取典型剖面建立模型。

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006)，穩(wěn)定系數(shù)計算公式為：

式中：Kf為穩(wěn)定性系數(shù)；Wi為第i條塊的重量(kN/m)；Ci為第i個條塊內(nèi)聚力(kPa)；φi為第i個條塊內(nèi)摩擦角(°)；αi為第i條塊滑面傾角(°)；A為地震加速度(g)。

3.3 計算參數(shù)取值

根據(jù)地勘結(jié)果，本文對漂石層崩塌和碎石層崩塌的穩(wěn)定性進行評價，其穩(wěn)定性計算的基本參數(shù)取值分別見表2所示。

表2 滑移式危巖體計算模型參數(shù)表

3.4 計算結(jié)果分析

以表2中計算參數(shù)的選取，本文對漂石層崩塌和碎石層崩塌的穩(wěn)定性進行評價，其穩(wěn)定性的計算結(jié)果見表3和4所示。

表3 漂石層崩塌穩(wěn)定性計算結(jié)果表

表4 碎石層崩塌穩(wěn)定性計算結(jié)果表

從表3和4中可以看出，漂石層崩塌隱患點BT01在工況Ⅰ條件下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，而在工況Ⅱ和工況Ⅲ條件下處于不穩(wěn)定狀態(tài)；漂石層崩塌隱患點BT09在三種工況條件下均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要及時采取治理措施。碎石層崩塌隱患點BT05在工況Ⅰ條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)，而在工況Ⅱ條件下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；碎石層崩塌隱患點BT08在兩種工況條件下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)語

(1)研究區(qū)土質(zhì)崩塌災(zāi)害隱患點目前共發(fā)育有4處。其中，BT01和BT09屬于漂石層崩塌隱患點，而BT05和BT08屬于碎石層崩塌隱患點；在崩塌規(guī)模方面，4處崩塌災(zāi)害隱患點均為中小型；在崩塌破壞模式方面，4處崩塌災(zāi)害隱患點均為滑移式破壞。

(2)地質(zhì)災(zāi)害的形成機制包括內(nèi)因和外因兩個方面，它們相互聯(lián)系、相互補充，并由各種因素綜合確定的。其中內(nèi)因方面的因素包括地質(zhì)構(gòu)造因素、地層巖性因素、地形地貌因素等，外因方面的因素包括地震、持續(xù)強降雨、融雪入滲、水流沖刷作用和人類工程活動等。通過對條件說明研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件是比較脆弱，在持續(xù)強降雨、融雪、地震和人為破壞影響下，為崩塌災(zāi)害的發(fā)育提供了有利條件。

(3)在對研究區(qū)土質(zhì)崩塌發(fā)育特征和形成條件分析的基礎(chǔ)上，建立了漂石層崩塌和碎石層崩塌的穩(wěn)定性計算模型，研究結(jié)果表明：碎石層崩塌隱患點BT05在工況Ⅰ條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)，而在工況Ⅱ條件下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；碎石層崩塌隱患點BT08在兩種工況條件下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。漂石層崩塌隱患點BT01在工況Ⅰ條件下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，而在工況Ⅱ和工況Ⅲ條件下處于不穩(wěn)定狀態(tài)；漂石層崩塌隱患點BT09在三種工況條件下均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要及時采取治理措施。

[1]王延貴，匡尚富.河岸臨界崩塌高度的研究[J].水利學報.2007, 38(10):1158-1165.

[2]張管宏.交河故城崖體穩(wěn)定性及崩塌機理研究[D].蘭州大學.2007.

[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].20000.

2016-08-14

王化兵(1986-)，男，四川羅江人，工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)工作。

P642.4

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1004-1184(2017)01-0151-02