露天礦邊坡形變影響因素研究

王文軍+李靜濤

摘 要：本文深入研究了影響礦區邊坡形變的內部因素和誘發因素，并以平朔安家嶺露天礦北幫邊坡為例，結合地層巖性、邊坡坡度、坡向、地表切割度、地形起伏度以及氣象因素等，進行了形變影響因素格網化數據統計，從研究區域形變各主控因素之間的關系和聯系、數據特點以及可視化角度對邊坡形變因素進行了研究及總結。

關鍵詞：礦山邊坡形變監測；地基干涉雷達；影響因素

中圖分類號：TD824 文獻標志碼：A

礦區邊坡形變影響因素研究一直是廣大研究學者著重研究的重要熱點課題。本文通過對研究區域進行危險性評價來分析致災可能，主要的判斷依據包括主控因素（地質構造、地層巖性、地形地貌、地表覆蓋等），同時也要結合一些誘發因素（降雨、人類工程活動），深入研究各影響因素的特征和特點，為地面災害的預防預測提供新的思路和方法。

1 邊坡形變影響因素分析

在對內部因素規律的研究中，巖層巖性決定了巖石的軟硬程度及成因，從整體邊坡的構成上決定了邊坡的穩定性。地形地貌因素作為最基本的自然地理要素，也一直受到研究者的重視。依據反映地表信息的空間結構層面，可將主要的地形因素劃分為微觀因子和宏觀因子。微觀因子包括坡度和坡向等，它們所描述的是地面具體點位的地形信息特征；宏觀因子包括地形起伏度和地表切割深度等，它們所描述的是一定區域的地形特征。選取分析的影響因素主要包括地質影響因素和地形地貌影響因素。其中，地質影響因素選取了地層巖性分布信息；地形地貌因素主要包括：坡度、坡向、地形起伏度以及地表切割度等因素。降雨量、人類工程活動等誘發因素是邊坡發生形變乃至發生地質災害的誘因，也是短期發生地質災害的主要影響因素。

2 內部因素分析

2.1 地層巖性

根據該研究礦區提供的地層綜合柱狀圖等地質資料，獲取安家嶺北端幫地層巖性、累深以及地層屬性等信息，結合研究礦區地層綜合柱狀圖、地基雷達監測數據以及相關地質資料，確定了安家嶺露天礦區北端幫巖體的累深、高程以及對應的巖性類別，見表1。安家嶺北幫邊坡按照格網劃分的研究區域巖性分布統計數據，如圖1所示。

2.2 地形因素

2.2.1 坡度

地形地貌是影響斜坡穩定性主控因素之一，其中坡度是描述地形地貌的一個重要參數?；屡c坡度間存在密不可分的聯系，坡度是滑坡，尤其是淺層堆積物滑坡發生的一個重要內在條件。從目前研究情況來看，對滑坡與坡度間關系認識得不是很明確，普遍認為隨著坡度的增加，越容易發生滑坡，但事實情況并非如此，大量的統計已表明易發生滑坡的坡度約在20°～50°。根據安家嶺礦北幫DEM數據，分析獲取該研究區域邊坡的最大坡度為62.2742°。按照格網對研究區域的坡度進行了統計分析研究，將獲取的坡度數據分為4級，按照格網劃分的研究區域坡度數據如圖2所示。

2.2.2 坡向

坡向定義為坡面法線在水平面上的投影的方向，坡向對于邊坡生態有著較大的作用。邊坡的方位對日照時數和太陽輻射強度有影響。利用ArcGIS把坡向分為9種坡向，劃分的詳細范圍見表2。按照格網劃分的研究區域坡向數據如圖3所示。

2.3 地表切割度

地表切割度是指地面某點的領域范圍的平均高程與該領域范圍內的最小高程的差值?？捎靡韵鹿奖硎荆?/p>

D=Hmean-Hmin （1）

式（1）中，D是指地面每一點的地表切割度，Hmean指一個固定分析窗口內的平均高程，Hmin指一個固定分析窗口內的最低高程。地表切割度是反映地表受外力作用或其他影響，使地面形態發生的垂直變化，如溝壑、坑穴、陡崖、滑坡等微地貌形態，該指標反映了地表受外界影響發生變化后的破碎程度，破碎程度對邊坡的穩定性有一定的影響。圖4為安家嶺露天礦北幫邊坡按照格網劃分的研究區域地表切割度數據。

2.4 地形起伏度

地形起伏度是指在一個特定的區域內，最高點海拔高度與最低點海拔高度的差值，其數值對邊坡的穩定性有一定的影響。按照實際礦山情況，把北幫邊坡地形起伏度劃分為<3.0，3.0-6.0，6.0-9.0，9.0-12.0，12.0-14.9。最終獲取了按照格網劃分的研究區域地形起伏度數據，如圖5所示，從圖中可以看出，礦山邊坡實際環境中易于發生滑坡等地面災害的邊坡坡體區域的地形起伏度明顯高于露天礦坑和平盤區域。

2.5 地形高程

高程因素也是影響滑坡災害發生的一個重要因素。隨著邊坡高程的增加，坡體應力值會隨之增加；隨著邊坡高程的增加，不同高程范圍溫度不同，導致植被覆蓋不同，人類開采活動種類和強度也不同；隨著邊坡高程的增加，滑坡發生崩塌滑坡等地質災害的勢能也不同。因此，本文也將高程作為一個影響邊坡穩定性的因素，并對研究區域的高程信息按照數據格網進行了統計，并按照格網劃分的研究區域高程數據，如圖6所示。

3 誘發因素分析

誘發條件是在基礎地質環境條件的基礎上，導致邊坡失穩的誘發因素，主要包括使邊坡應力條件改變和導致巖土強度改變的因素，主要包括降雨、侵蝕、風化、地下水水位變動、地震、水庫水位漲落、人類工程活動、土地利用變化等自然和人為的相對動態變化因素，其中有些屬于突發性因素，有些屬于緩變性因素。根據誘發條件的動力源差異將誘發條件劃分為4個類別：氣象、水的作用、人類工程活動和地質災害，其中，降雨和人類工程活動是相對普遍的誘發因素。

3.1 降雨因素

露天礦礦區邊坡地面災害大量發生在雨后、雨季和解凍時期，水是影響邊坡穩定性的重要因素。安家嶺露天礦屬典型的溫帶半干旱大陸性季風氣候區，冬春干旱少雨、寒冷、多風，夏秋降水集中、溫涼少風。區內年平均降雨量為428.2mm～449.0mm，最高年降水757.4mm，最低年降水195.6mm，降水集中分布在7、8、9三個月，占全年總降水量的75%。這種降雨的集中性對邊坡穩定卻是很不利的。

在氣象因素中，降雨影響因素能夠顯著的影響礦山邊坡形變程度。從降雨造成的地表徑流角度考慮，一方面，地表徑流是沖刷礦山邊坡的主要外力因素。地表雨水沖刷侵蝕著邊坡坡面和坡腳，并且形成地表徑流。另一方面，雨水滲透將會增加孔隙水壓力，使得土壤的黏結力和阻尼力降低。因此，降雨能夠導致礦山邊坡滑坡的發生。圖7為降雨對邊坡滑坡影響機理。

3.2 人類工程活動因素

如礦山工程切割邊坡下部強度低的沿層面、弱層，邊坡下部超挖，邊坡內有地下開采活動等都會影響邊坡的穩定性。當邊坡下部有地下開采活動時，會破壞邊坡巖體的完整性，引起邊坡的沉陷、冒落、滑動等，其影像程度應綜合地下開采的位置、規模、開采時間、邊坡地質條件等進行具體分析。

結語

由于露天礦邊坡高、巖體多變、地質構造及水文條件復雜、服務年限不同、礦山工程活動多樣，因而其穩定性影響因素非常復雜。礦區邊坡形變影響因素的研究，使我們更加了解影響邊坡發生形變的各種內部和外部因素，掌握邊坡的穩定性，依據邊坡穩定性以及邊坡影響因素，對露天礦邊坡進行滑坡危險性等級劃分，能夠降低災害發生概率以及災害的破壞程度，防止災害性滑坡發生，為露天礦安全生產提供了理論依據。

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