礦山工程勘查中滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率評(píng)估分析

陳 濤

（江西省勘察設(shè)計(jì)研究院，江西 南昌 330200）

礦山地質(zhì)勘查是地質(zhì)找礦工作的前提條件，但在近年來反饋的工程勘查作業(yè)信息發(fā)現(xiàn)，礦山地質(zhì)滑坡現(xiàn)象較為嚴(yán)重。此種災(zāi)害是地質(zhì)災(zāi)害的常見類型，一旦礦區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，便會(huì)對勘查作業(yè)的可持續(xù)實(shí)施造成極大的影響，甚至?xí)深A(yù)到勘查作業(yè)隊(duì)伍的人身安全，對礦區(qū)工作單位造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[1]。并且，相比其他類型的地質(zhì)災(zāi)害，滑坡災(zāi)害具有較強(qiáng)的發(fā)展性，災(zāi)害會(huì)持續(xù)影響或干預(yù)到相關(guān)工作的持續(xù)實(shí)施。然而，有關(guān)工作的實(shí)施受到現(xiàn)有認(rèn)知的影響，導(dǎo)致相關(guān)工作實(shí)施存在難度。而出現(xiàn)此種問題的原因主要是依賴現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用，大部分地質(zhì)勘查作業(yè)單位在執(zhí)行礦山勘查工程時(shí)，采用相同的技術(shù)，而這些技術(shù)得到的地質(zhì)信息幾乎一致，無法在實(shí)際作業(yè)中起到互補(bǔ)的作用。總體而言，我國現(xiàn)有的地質(zhì)災(zāi)害綜合分析方法無論是基于理論層面分析，或是基于實(shí)踐層面操作，均缺少一個(gè)系統(tǒng)化的過程。因此，本文將以地質(zhì)滑坡災(zāi)害為例，對此種類型災(zāi)害的發(fā)展概率進(jìn)行評(píng)估分析，綜合評(píng)估分析得到的結(jié)果，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象發(fā)生的有效規(guī)律，從而避免由于災(zāi)害響應(yīng)不及時(shí)導(dǎo)致的安全事故，降低礦山工程勘查地質(zhì)作業(yè)中的經(jīng)濟(jì)方面損失。

1 礦山工程勘查中滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率評(píng)估分析

1.1 提取滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率的影響因素

為了實(shí)現(xiàn)對滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率的有效預(yù)測與評(píng)估，需要在開展相關(guān)研究前，提取滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率的影響因素，并以此作為促進(jìn)或抑制滑坡災(zāi)害發(fā)展的主要因素，對其發(fā)展趨勢與變化情況進(jìn)行綜合評(píng)估。

綜合礦山工程勘查反饋的數(shù)據(jù)可知，大部分礦區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化較復(fù)雜，且存在一定規(guī)律。當(dāng)?shù)刭|(zhì)遷移過程中，礦區(qū)內(nèi)原有的地質(zhì)裂縫將呈現(xiàn)一種放射狀變化趨勢。為了掌握相關(guān)因素是否會(huì)對滑坡災(zāi)害的發(fā)展造成影響，技術(shù)人員獲取了地質(zhì)樣本，并采用巖性綜合統(tǒng)計(jì)的方式進(jìn)行了滑坡遷移的分析[2]。綜合分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)內(nèi)斜坡位置發(fā)生滑坡災(zāi)害發(fā)展的幾率更高，尤其一些以碳酸鹽為主要構(gòu)成物質(zhì)的斜坡結(jié)構(gòu)，發(fā)生滑坡災(zāi)害發(fā)展的幾率幾乎為80.0%以上，但大部分滑坡均發(fā)生在軟松土質(zhì)層，此種土質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生更大幾率的滑坡災(zāi)害。

除此之外，礦區(qū)突發(fā)性降雨、地震等擾動(dòng)性行為，也會(huì)在某種程度上加劇滑坡災(zāi)害的發(fā)展。根據(jù)大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，在南方地區(qū)，雨季大多集中在5月～10月，且該地區(qū)的地質(zhì)滑坡次數(shù)與規(guī)模也隨之增加。當(dāng)度過該地區(qū)的集中降雨月份后，對應(yīng)的滑坡災(zāi)害發(fā)展情況也存在一定程度上的緩解。同時(shí)，人類礦區(qū)勘查作業(yè)活動(dòng)、對植被的無規(guī)律砍伐、礦山工程活動(dòng)等不規(guī)范行為，會(huì)在不同程度上對滑坡的坡腳造成影響，較為常見的影響是坡腳受到侵蝕、坡腳被損壞等。當(dāng)坡腳原有結(jié)構(gòu)遭到破壞后，地質(zhì)層結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，一旦在此過程中發(fā)生滑坡災(zāi)害，對應(yīng)的災(zāi)害影響范圍將出現(xiàn)擴(kuò)大化效應(yīng)。例如，當(dāng)邊坡結(jié)構(gòu)由于造山運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)地質(zhì)遷移現(xiàn)象時(shí)，一些裸露在外部區(qū)域的結(jié)構(gòu)將受到光照、風(fēng)浪沖刷等因素的影響，發(fā)生表層風(fēng)化。與此同時(shí)，自然界的邊坡結(jié)構(gòu)在遷移與前期變遷中將形成不同程度的斜坡，此種斜坡可以表現(xiàn)為巖土層斜坡、河流溝谷斜坡，但無論任何一種斜坡，與上層結(jié)構(gòu)相連時(shí)都存在一定的縫隙，而此種縫隙便是造成地質(zhì)滑坡災(zāi)害的主要原因。

綜合上述分析，對影響滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率的因素進(jìn)行總結(jié)，包括礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)、區(qū)域降雨、人為活動(dòng)。

1.2 設(shè)置滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率評(píng)估指標(biāo)

在掌握影響滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率的相關(guān)因素后，本章采用設(shè)置災(zāi)害發(fā)展規(guī)律評(píng)估指標(biāo)的方式，進(jìn)行災(zāi)害發(fā)展能力與坡體結(jié)構(gòu)易損性的進(jìn)一步分析。此次研究結(jié)合專家意見與礦山工程地質(zhì)勘查所得數(shù)據(jù)，將發(fā)展幾率劃分為五個(gè)等級(jí)，記為Y={Y1；Y2；Y3；Y4；Y5}，按照權(quán)重平均值計(jì)算方法，對數(shù)據(jù)集Y進(jìn)行賦值。相關(guān)內(nèi)容如下表1所示。

表1 滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率等級(jí)描述與賦值

在完成對滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率等級(jí)的描述與賦值后，根據(jù)1.1提取的災(zāi)害發(fā)展幾率影響因素，進(jìn)行滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率評(píng)估指標(biāo)體系的構(gòu)建[3]。如下表2所示。

表2 滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率評(píng)估指標(biāo)體系

綜合上述表1與表2中內(nèi)容，完成對滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率評(píng)估指標(biāo)體系的構(gòu)建，可在評(píng)估災(zāi)害發(fā)展幾率時(shí)，將表2中指標(biāo)作為決策依據(jù)，進(jìn)行發(fā)展能力的綜合評(píng)價(jià)。

1.3 設(shè)定滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率與邊坡應(yīng)力評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

完成對評(píng)價(jià)指標(biāo)的設(shè)計(jì)后，需要從多個(gè)方面，進(jìn)行滑坡災(zāi)害發(fā)生幾率評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的分析。在此過程中，需要全面考慮坡體結(jié)構(gòu)的發(fā)育現(xiàn)狀，根據(jù)地方自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)水平等多個(gè)影響因素的綜合作用，提出基于區(qū)域結(jié)構(gòu)地形地勢、氣候植被為指標(biāo)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。在此過程中，將上述表1中的內(nèi)容作為參照，根據(jù)其賦值進(jìn)行等級(jí)的具體量化。等級(jí)量化內(nèi)容如下表3所示。

表3 滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率等級(jí)量化

通過上述表格中內(nèi)容的分析，可以初步掌握發(fā)展幾率評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)與不同參數(shù)在計(jì)算中的界限值，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行勘查邊坡結(jié)構(gòu)的土層結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，在此過程中應(yīng)明確邊坡發(fā)生災(zāi)害的主要原因時(shí)巖體與巖層應(yīng)力分布不均勻，或巖體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在垂直應(yīng)力的作用下，發(fā)生側(cè)向水平作用力，當(dāng)結(jié)構(gòu)水平作用力相等時(shí)，兩個(gè)參數(shù)可以通過壓力求取壓力系數(shù)的方式計(jì)算得出。計(jì)算中，需要先由地質(zhì)勘察人員進(jìn)行邊坡巖體最大埋深數(shù)值的獲取，掌握邊坡結(jié)構(gòu)上層覆巖容重的平均值，按照累計(jì)相乘的方式，即可得到此時(shí)的應(yīng)力值，提取應(yīng)力值參數(shù)，將地質(zhì)結(jié)構(gòu)剪切應(yīng)力在與地面呈45.0°夾角時(shí)的應(yīng)力值作為最大應(yīng)力，以此種方式，完成對本章內(nèi)容的研究。

1.4 評(píng)估結(jié)果量化計(jì)算

參照上文所構(gòu)建的滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率評(píng)估指標(biāo)體系，進(jìn)行發(fā)展率的計(jì)算，計(jì)算公式如下：

公式（1）中：k表示為滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率；n表示為滑坡災(zāi)害規(guī)模，對應(yīng)n=1.0時(shí)，規(guī)模為小型，n=2.0時(shí)，規(guī)模為中型，n=3.0時(shí)，規(guī)模為大型；i表示為誘發(fā)滑坡災(zāi)害發(fā)展的外界環(huán)境因素；N表示為由于滑坡災(zāi)害發(fā)展造成的經(jīng)濟(jì)損失；D表示為由于滑坡災(zāi)害發(fā)展造成的人員損傷。通過上述公式的計(jì)算，可以初步掌握滑坡災(zāi)害發(fā)展的概率，在此基礎(chǔ)上，需要根據(jù)坡體結(jié)構(gòu)與選定條件，進(jìn)行滑坡災(zāi)害發(fā)展位移量的計(jì)算，確定最大位移與最小位移，掌握滑坡的發(fā)展范圍。計(jì)算公式如下：

公式（2）、（3）中 ：Lmax與Lmin分別對應(yīng)滑坡災(zāi)害發(fā)展位移量中的最大位移與最小位移；H表示為滑坡初始化高速；l表示為平均位移長度；V表示為滑坡災(zāi)害體積量；b表示為森斜·寬公式。通過上述公式的計(jì)算，可以得出滑坡災(zāi)害的礦山工程中對應(yīng)的規(guī)模，當(dāng)完成對滑坡發(fā)展位移量的計(jì)算后，提取誘導(dǎo)此次事故的因素，按照公式進(jìn)行滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率等級(jí)計(jì)算，對應(yīng)等級(jí)將結(jié)果量化為具體數(shù)值。根據(jù)得到的最終結(jié)果，提出抑制滑坡災(zāi)害發(fā)展的措施，例如，對應(yīng)的發(fā)展幾率等級(jí)為Y1時(shí)，無需采取措施；對于等級(jí)為Y2時(shí)，需要根據(jù)其發(fā)展趨勢，進(jìn)行地質(zhì)勘查工作的響應(yīng)；對于等級(jí)為Y5時(shí)，需要組織礦山工程周邊居住群眾的撤離，并向地方政府請求支援，降低由于發(fā)展造成的經(jīng)濟(jì)損失。按照本文論述的方式，完成對發(fā)展幾率的評(píng)估，實(shí)現(xiàn)對本文方法的設(shè)計(jì)。

2 實(shí)例應(yīng)用分析

完成對本文評(píng)估方法的設(shè)計(jì)后，為了驗(yàn)證該方法在實(shí)際應(yīng)用中的合理性和評(píng)估結(jié)果可靠性，選擇以某礦山工程勘查項(xiàng)目作為依托，將本文上述提出的評(píng)估方法應(yīng)用到該項(xiàng)目當(dāng)中，并針對其滑坡災(zāi)害發(fā)生的幾率進(jìn)行評(píng)估預(yù)測。已知該礦山工程所在區(qū)域的線路里程為K36+1200～K37+0000段，屬于規(guī)模較大的堆積層老滑坡。該滑坡結(jié)構(gòu)的縱向長度為1200m，最寬處長度為365m，堆積層的最厚處長度為43m，滑體約273.5萬m3，整體呈現(xiàn)出階梯狀的傾斜坡地貌結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)中礦山工程所在區(qū)域滑坡結(jié)構(gòu)示意圖

為了驗(yàn)證本文評(píng)估結(jié)果的可靠性，選擇將通過本文評(píng)估得出的滑坡災(zāi)害存在進(jìn)一步發(fā)展的幾率為90%及以上的滑坡區(qū)域各個(gè)參數(shù)信息作為研究對象。并對比評(píng)估區(qū)域內(nèi)實(shí)際出現(xiàn)進(jìn)一步發(fā)展的滑坡災(zāi)害位置的相應(yīng)參數(shù)，以此驗(yàn)證評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性，得到如表4所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表4 評(píng)估結(jié)果與實(shí)際發(fā)展滑坡災(zāi)害位置參數(shù)對比

首先，在實(shí)驗(yàn)過程中，本文評(píng)估得到的發(fā)展幾率超過90%的滑坡區(qū)域，已確定出現(xiàn)了滑坡結(jié)構(gòu)進(jìn)一步發(fā)展的情況。其次，從表4中得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，評(píng)估結(jié)果得出的數(shù)據(jù)與該區(qū)域范圍內(nèi)滑坡災(zāi)害進(jìn)一步發(fā)展的實(shí)際位置的傾斜角度和長度等參數(shù)差值均未超過1.00，因此評(píng)估結(jié)果具有更高的現(xiàn)實(shí)意義。通過上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明，本文提出發(fā)展幾率評(píng)估方法能夠?qū)崿F(xiàn)對滑坡災(zāi)害是否會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步發(fā)展的準(zhǔn)確預(yù)測，并且能夠針對其具體發(fā)展的傾斜角度和長度等位置參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。

完成上述實(shí)驗(yàn)后，根據(jù)技術(shù)人員與現(xiàn)場勘查人員反饋的結(jié)果數(shù)據(jù)，計(jì)算得出一個(gè)針對此邊坡的滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果，計(jì)算公式如下（4）所示：

公式（4）中：P(AB)表示為此邊坡滑坡災(zāi)害的發(fā)展幾率；P(BA)表示為對邊坡穩(wěn)定性造成影響因素的發(fā)生概率；P(A)表示為極端天氣發(fā)生概率。將地質(zhì)采樣結(jié)果代入計(jì)算公式，通過計(jì)算得出該邊坡對應(yīng)的5個(gè)測點(diǎn)發(fā)生滑坡災(zāi)害的幾率分別為54.23%、65.32%、43.17%、15.26%、56.98%。將基于SBAS-InSAR技術(shù)的評(píng)估方法作為傳統(tǒng)方法，使用本文評(píng)價(jià)方法與傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法，對五個(gè)測點(diǎn)發(fā)生滑坡災(zāi)害的幾率進(jìn)行計(jì)算與評(píng)估，將上述計(jì)算得到的結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果，將得到的結(jié)果作為參照結(jié)果，分析計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果的差值，將其作為評(píng)價(jià)本文評(píng)價(jià)方法準(zhǔn)確性的依據(jù)。將計(jì)算結(jié)果整理成表格，如下表5所示：

表5 測點(diǎn)發(fā)生滑坡災(zāi)害的幾率計(jì)算結(jié)果

從上述表5所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出，使用本文方法進(jìn)行測點(diǎn)滑坡災(zāi)害的幾率的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值的差值十分接近，基本可控制在0.05%范圍內(nèi)，而使用基于SBAS-InSAR技術(shù)的傳統(tǒng)方法進(jìn)行測點(diǎn)滑坡災(zāi)害的幾率的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值的差值較大，最大的差值可以達(dá)到8.58%。因此，可以得出此次實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)論：本文設(shè)計(jì)的方法在實(shí)際應(yīng)用中，可以提高評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性，確保評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果保持一致。為此，可在后續(xù)的研究中，將本文提出的評(píng)估方法應(yīng)用到實(shí)際礦山工程項(xiàng)目當(dāng)中，可為勘察工作提供更高精度的評(píng)估數(shù)據(jù)條件。

3 結(jié)語

本文從提取滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率的影響因素、設(shè)置滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率評(píng)估指標(biāo)、設(shè)定滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率與邊坡應(yīng)力評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)估結(jié)果量化計(jì)算四個(gè)方面，對滑坡災(zāi)害發(fā)展幾率評(píng)估方法展開了設(shè)計(jì)研究，在完成對方法的設(shè)計(jì)后，本文上述提出的評(píng)估方法應(yīng)用到該項(xiàng)目當(dāng)中，并針對其滑坡災(zāi)害發(fā)生的幾率進(jìn)行評(píng)估預(yù)測。經(jīng)過實(shí)例應(yīng)用后證明，提出發(fā)展幾率評(píng)估方法能夠?qū)崿F(xiàn)對滑坡災(zāi)害是否會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步發(fā)展的準(zhǔn)確預(yù)測，并且能夠針對其具體發(fā)展的傾斜角度和長度等位置參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。但要正式將設(shè)計(jì)的方法投入市場使用，保證礦山工程在作業(yè)中的安全性，應(yīng)當(dāng)由地方政府主導(dǎo)工作，進(jìn)行相關(guān)工作的細(xì)化研究，定期調(diào)派技術(shù)人員到現(xiàn)場進(jìn)行地質(zhì)勘探，掌握邊坡可能出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象的影響因素，及時(shí)采取措施進(jìn)行危害的治理與風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避，提高評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性，并通過此種方式，間接的提升礦山工程作業(yè)水平與作業(yè)效率。此次研究受到時(shí)間與實(shí)驗(yàn)條件的影響，未能從更多的方面進(jìn)行方法可行性校驗(yàn)，且得到的最終實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，可能存在一定的偶然性與隨機(jī)性，因此，在后期的研究中，還需要加大的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的投入，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)步驟，設(shè)計(jì)更加真實(shí)的對比實(shí)驗(yàn)。