王化兵

(新疆地礦局第一水文工程地質大隊，新疆 烏魯木齊 830091)

農一師電力公司煤礦土質崩塌發(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大隊，新疆 烏魯木齊 830091)

崩塌是農一師電力公司煤礦的主要地質災害。根據危巖體失穩(wěn)破壞的模式，研究區(qū)主要發(fā)育為滑移式破壞。農一師電力公司煤礦內土質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，可以構成3種荷載組合。建立土質崩塌破壞的穩(wěn)定性計算模型，并對其穩(wěn)定性進行計算，為崩塌災害的防治工程設計提供參數。

崩塌；發(fā)育特征；形成條件；穩(wěn)定性；農一師煤礦

農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，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)內道路為通往礦區(qū)的簡易路，公路北側為不穩(wěn)定斜坡，坡度較陡，行走艱難；勘查二區(qū)位于礦區(qū)內，區(qū)內有一水泥路，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礦區(qū)東北部，為研究區(qū)內唯一常年性河流。根據前期調研，勘查一區(qū)內發(fā)育的地質災害類型為崩塌，可劃分為土質崩塌和巖質崩塌，其中土質崩塌包括漂石層崩塌和碎石層崩塌，而勘查二區(qū)內發(fā)育的地質災害類型為土質崩塌(塌岸)。因此，本文在以往研究成果的基礎上，結合研究區(qū)地質災害條件，主要對土質崩塌災害的發(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計參數，同時也為該地區(qū)類似防災減災工程提供科學的理論基礎。

圖1 BT09漂石層潛在崩塌

1 土質崩塌發(fā)育特征

研究區(qū)內土質崩塌災害共發(fā)育有4處，均為潛在崩塌災害點，編號分別為：BT01、BT05、BT08和BT09。下面對BT09巖質潛在崩塌的發(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，為自然土質斜坡。整體呈南北向分布于道路北側約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剖面得知其厚度在5～15 m之間，平均厚度10 m，結合三維掃描結果可知體積約19 500 m3，如圖2所示。根據調查訪問，2010年一次發(fā)生崩塌規(guī)模體積約1 200 m3，現場調查時未發(fā)現崩塌堆積物，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成很大威脅。

根據《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006)關于崩塌規(guī)模級別劃分標準， BT09崩塌規(guī)模等級屬中型。根據其中對崩塌分類及特征劃分依據，判定BT09漂石層崩塌類型屬滑移式崩塌。

以上僅對BT09土質潛在崩塌的發(fā)育特征進行了詳細描述，其他3處崩塌地質災害點的發(fā)育特征具體如表1所述。

表1 巖質崩塌災害發(fā)育特征與破壞模式

2 土質崩塌形成條件

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構松散，為崩塌發(fā)生創(chuàng)造物質條件。

2.2 地形地貌條件

地形地貌條件對崩塌災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，構成了崩塌的物質來源，是崩塌發(fā)生與發(fā)展的物質基礎。

2.4 地震作用

地震是地質災害的誘發(fā)因素之一，其誘發(fā)作用表現為兩個方面：一是觸發(fā)效應，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，地震作用使邊坡漂石層結構松動，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 地質構造條件

地質構造及新構造運動在區(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，同時地層不整合接觸構造面控制了崩塌的空間位置，基座階地的形成是新構造運動的體現。近期的構造運動在勘查區(qū)內的總體特征是：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)內崩塌災害的形成有一定的影響。

2.6 人類工程活動

研究區(qū)內人類工程活動強烈，近年來隨著經濟的發(fā)展、煤礦建設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)內活動的人數不斷增加，加上過往人群對地質災害及其危害認識不足，從而使得地質災害造成財產損失及人員傷亡的可能性增大。

3 土質崩塌穩(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

根據勘查結果，碎石層斜坡巖性為碎石，結構松散，整體坡體結構視為單層結構，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構面，然后采用瑞典條分法計算不同工況的穩(wěn)定系數和推力，采用簡化畢肖普法進行校核，計算不同工況的穩(wěn)定系數和推力。根據現場測量與調查成果，選取典型剖面建立模型。

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

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

3.3 計算參數取值

根據地勘結果，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取值分別見表2所示。

表2 滑移式危巖體計算模型參數表

3.4 計算結果分析

以表2中計算參數的選取，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)定性的計算結果見表3和4所示。

表3 漂石層崩塌穩(wěn)定性計算結果表

表4 碎石層崩塌穩(wěn)定性計算結果表

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 結語

(1)研究區(qū)土質崩塌災害隱患點目前共發(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處崩塌災害隱患點均為中小型；在崩塌破壞模式方面，4處崩塌災害隱患點均為滑移式破壞。

(2)地質災害的形成機制包括內因和外因兩個方面，它們相互聯系、相互補充，并由各種因素綜合確定的。其中內因方面的因素包括地質構造因素、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)內地質環(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，為崩塌災害的發(fā)育提供了有利條件。

(3)在對研究區(qū)土質崩塌發(fā)育特征和形成條件分析的基礎上，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。

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[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]中國地質調查局.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、工程地質和環(huán)境地質工作。

P642.4

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1004-1184(2017)01-0151-02