新疆伊犁地區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害形成條件及因素

劉揚(yáng)揚(yáng)，阿肯江·托呼提

（新疆大學(xué)建筑工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046）

新疆伊犁地區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型多種多樣。隨著新疆路網(wǎng)的不斷發(fā)展擴(kuò)大，大量高速公路將穿越重要礦山開(kāi)采區(qū)。隨著近年來(lái)新疆的天氣、地震逐漸增加以及人類(lèi)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)引發(fā)礦山地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，它嚴(yán)重影響了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定。

黃土在新疆伊犁地區(qū)分布廣泛、組成復(fù)雜，與其他地區(qū)相比，其地質(zhì)特征及水敏感性不同[1,2]，該地區(qū)的特征顯著。此外，伊犁地區(qū)冬季漫長(zhǎng)、積雪較厚以及晝夜溫差大等獨(dú)特的氣候條件，促使融雪誘發(fā)型地質(zhì)災(zāi)害的廣泛分布，此種類(lèi)型的地質(zhì)災(zāi)害的破壞嚴(yán)重，通常會(huì)導(dǎo)致次生災(zāi)害，從而會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失。

由于融雪的滲流潛蝕作用,及在重力和外力共同作用下，礦山地質(zhì)災(zāi)害較容易發(fā)生。因此，對(duì)融雪誘發(fā)型礦山地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)理研究要加強(qiáng)，提出合理有效的防災(zāi)方案和措施。

1 研究區(qū)基本地質(zhì)環(huán)境條件

橫跨新源縣與尼勒克縣，北部的S315線(xiàn)沿喀什河谷地，呈近東西向展布，南部的G218線(xiàn)沿鞏乃斯河谷地，呈近東西向展布，中部線(xiàn)橫貫阿吾拉勒山，呈近南北向隆起，形成“兩谷夾一山”的獨(dú)特地貌景觀[3]。

圖1 研究區(qū)域的地形地貌

研究區(qū)遠(yuǎn)離海洋，位于亞歐大陸地帶的中心，形成典型的大陸性氣候。一年四季當(dāng)中，冬夏兩季較長(zhǎng)，春秋兩季較短，光熱資源豐富，日照充足。春季升溫迅速，夏季多雨溫和，秋季降溫較快，冬季較長(zhǎng)較暖。降雪開(kāi)始，從9～10月份，一直持續(xù)到翌年4月結(jié)束，平原區(qū)積雪深度最大為67cm、山區(qū)積雪深度最大超過(guò)1m。

2 伊犁地區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的基本特征

伊犁地區(qū)新源縣種蜂場(chǎng)-則克臺(tái)鎮(zhèn)S316線(xiàn)路K21處發(fā)生一起嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，道路被掩埋并毀壞了數(shù)十米。在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生以后礦體緣位移大，而中、前部的位移相對(duì)較小，表明礦體長(zhǎng)期處于變形和壓力狀態(tài)。

2.1 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概況

2019年5月1日，在新源縣則克臺(tái)鎮(zhèn)S316線(xiàn)的K21處發(fā)生了中等規(guī)模的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害，黃土滑坡發(fā)育的基本物質(zhì)條件是具有大量特殊組構(gòu)的厚層黃土。該區(qū)域的地形坡度約為40°至70°，高差從幾十米到數(shù)百米不等，為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了良好的臨空條件[4]。在春季，研究區(qū)的積雪融水量大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，融水沿著坡道的孔隙和裂縫從斜坡面大量滲漏，增加了礦體的含水量，并改變了原有土體結(jié)構(gòu)的自重及性質(zhì)，土體的抗剪強(qiáng)度急劇減小，加劇地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率。

2.2 易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害礦體的基本特征

當(dāng)節(jié)理裂縫擴(kuò)展、貫通時(shí)，在礦體坡腳處，會(huì)出現(xiàn)雪水線(xiàn)狀滲出點(diǎn)。冬季，發(fā)生凍結(jié)時(shí)改變坡體內(nèi)水動(dòng)力條件，會(huì)阻礙雪水排出，將進(jìn)一步擴(kuò)大坡體內(nèi)飽水區(qū)和土體軟化范圍，在含水量差異較大層面，易形成礦體軟弱滑動(dòng)面[5]。

礦體體出現(xiàn)數(shù)條裂縫及錯(cuò)臺(tái)，順坡向向下延伸的倒U形，似馬蹄狀，張拉裂縫由于蠕動(dòng)變形，形成錯(cuò)臺(tái)，最大主裂縫邊界形態(tài)呈圈椅狀，后壁較陡、變形下錯(cuò)明顯，形成具有代表性的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型[6]。

3 融雪誘發(fā)型礦山地質(zhì)災(zāi)害的形成因素

融雪誘發(fā)型地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象可以解釋為斜坡后緣張裂、局部蠕動(dòng)變形和整體滑移剪出三個(gè)階段，簡(jiǎn)單概括為：張裂-蠕動(dòng)-滑移破壞模式。其形成和發(fā)展除受到黃土基本性質(zhì)影響外，還受到地形地貌、地層巖性、融雪作用、地震作用以及礦山開(kāi)采活動(dòng)等外界的因素控制。

3.1 巖土體的性質(zhì)

巖土體的基本性質(zhì)與礦體滑動(dòng)有著較為密切的關(guān)系，總體來(lái)看，含水率、天然密度、孔隙比及飽和度均較偏大，是研究區(qū)積雪融化、滲流潛蝕所致，屬于粉質(zhì)黏土。在較低含水率的情況下，力學(xué)性質(zhì)較強(qiáng)；隨著含水率的增加，力學(xué)性質(zhì)呈逐漸減弱趨勢(shì)，但是當(dāng)含水率接近飽和時(shí)，抗剪強(qiáng)度急劇下降[7]。

3.2 礦山地質(zhì)災(zāi)害形成的控制因素

3.2.1 地形地貌

研究區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造為黃土滑坡發(fā)育創(chuàng)造高陡地勢(shì)條件，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，形成了中低山峽谷地形，地形陡峻、地勢(shì)起伏大，為地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了陡峭地形地貌條件。

3.2.2 地層巖性

地層特性對(duì)決定礦體變形起著重要因素，地質(zhì)結(jié)構(gòu)由不同地層特性和結(jié)構(gòu)構(gòu)造組合形成，決定了巖土體強(qiáng)度及穩(wěn)定性程度。易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害礦體在積雪融水長(zhǎng)期浸潤(rùn)和滲流潛蝕作用下極易由落水孔形成落水洞，數(shù)個(gè)落水洞張裂、擴(kuò)展、貫通形成地裂縫。

3.3 積雪融水作用下誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害因素

3.3.1積雪融水作用

融水沿著疏松多孔黃土連續(xù)入滲潛蝕土體，這種滲透潛蝕作用常常一直延續(xù)到積雪完全溶解，在融水長(zhǎng)期浸濕潛蝕下，逐漸演變成落水洞、地裂縫，沿著地裂縫滲入到黃土和基巖接觸面，進(jìn)而形成軟弱滑動(dòng)面，促使地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生[8]。

3.3.2 地震作用

研究區(qū)的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)較強(qiáng)，地震動(dòng)峰值加速度為0.20g，相對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特性周期為0.45s。強(qiáng)烈頻繁的地震，促使地裂縫擴(kuò)展、貫通。

3.3.3 人類(lèi)活動(dòng)

人類(lèi)活動(dòng)對(duì)礦體穩(wěn)定性造成影響的表現(xiàn)方式主要為當(dāng)?shù)啬撩穹拍?。冬季，大量牲畜尋找裸露草?chǎng)覓食，沿斜坡踩踏，積雪融水匯流形成聚集帶，加劇沿路及附近積雪入滲潛蝕，逐漸形成落水洞、地裂縫[9，10]。

4 結(jié)論

（1）經(jīng)區(qū)域資料、工程地質(zhì)填圖及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物勘探工作綜合確定，分別從地形地貌、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、變形破壞等特征，對(duì)該研究區(qū)內(nèi)的礦山地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行描述，從而確定出礦山易發(fā)地質(zhì)災(zāi)害屬于典型的推移式滑坡，并且概括出張裂-蠕動(dòng)-滑移型的破壞過(guò)程。

（2）礦山地質(zhì)災(zāi)害成因機(jī)制受到自身的內(nèi)部因素和外部的影響因素控制，前者主要包括地形地貌和地層巖性?xún)蓚€(gè)主要因素，后者主要包括積雪融水作用、地震作用和人類(lèi)活動(dòng)等影響因素，外部因素為礦體發(fā)生滑動(dòng)起著激勵(lì)作用。其中在積雪融水滲流潛蝕和降雨滲透潛蝕的耦合作用下，改變了黃土水動(dòng)力條件和物理力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而加劇了礦體變形和滑動(dòng)破壞。