四川地區礦山地質災害的敏感性因子影響研究—通江縣彭家河滑坡為例

周新偉

（四川二八二核地質工程有限公司，四川 德陽 618000)

1 引言

通過確定對地質災害引發敏感因子來采取監測和工程措施，所采取監測和工程治理措施針對性更強，為經濟、合理的治理地質災害提供一定參考。

目前分析礦體發生不穩定性敏感因素的方法很多，其中包括倪恒采用正交設計方法分析滑坡敏感性[1-3]，夏元友采用人工神經網絡分析不同影響因子對災害的貢獻值，柴波采用分布函數的分析方法對各影響因子的定量評價來確定各因素對礦體穩定性的影響程度[4]。并隨著科技的發展大數據開始逐步引入[5]。本文主要結合通江縣彭家河地區礦山地質災害的具體特征，采用敏感分析系數法，分析發生災害各影響因子對滑坡穩定性的影響程度，為災害的工程治理提供參考依據。

2 敏感系數計算原理

影響礦體穩定性的因素主要包括粘聚力、內摩擦角等，其穩定系數可視為多元函數。

K=f（X1,X2,X3,……，Xn）

上式能夠明確地質災害的發生是受多種因素的影響，但不能表明各個因素對災害的影響程度，采用敏感性分析的方式可以定量確定各因素對災害發生的貢獻值。

敏感性分析主要是從多個不確定性因素中逐一找出對評價指標有重要影響的因子，并分析、測算其對評價指標的敏感性程度[6，7]。

SAF=△A/A/△F/F

△A/A：評價指標的變動比率；

△F/F：不確定因素的變化率。

結合實例進行敏感性分析的可采用如下步驟；首先應確定敏感性的分析指標，采用折線法對礦體的穩定性進行計算，確定敏感性分析指標的目標值。

然后選取不確定因素，結合工程實例和工程背景，選取影響作用較大的因素，并計算不確定因素變化時對分析指標的影響程度。

在進行單個因素的敏感性分析中，應保證其他的影響因子不變，依次類推，逐步變動其他影響因素，最后確定敏感性因素大小，采取更具有針對性的工程治理措施，以提高治理方案的有效性。

3 工程地質條件

根據對四川地區礦山地質災害易發生區域野外勘查，該礦體滑落縱坡長60m-100m，橫向寬度80m～150m，相對高差38m，坡度約20°，面積1.1×104m2，平均厚度約8m，體積約8.8×104m3，屬小型牽引式土質滑坡，滑帶位于基覆界面土石交界處。

勘查區內主要出露白堊系下統白龍組（K1b）和第四系地層（Q），第四系地層主要為崩坡積物、災害發生后的堆積物，沖洪積物，人工雜填土。

區內地層巖性特征由新至老描述如下：

3.1 第四系松散堆積層 （Q）

第四系全新統Q4

（1）滑坡堆積物（Q4del），主要分布于斜坡中下部，為塊石土，棕紅色，可塑，濕潤，干強度高，切面光滑，韌性好，含10%～60%的砂巖塊碎石，粒徑5cm～25cm，棱角狀。

（2）第四系人工雜填土（Q4ml），主要分布于斜坡下部，棕紅色，可塑，濕潤，切面光滑，韌性好，含40%～70%的砂巖塊碎石，棱角狀。

（3）崩坡積物（Q4col），主要分布于斜坡上，為塊石，灰色，粒徑1m～5m，棱角狀。

3.2 白堊系下統白龍組 （K1b）

（1）砂巖：灰褐色，中風化-微風化，厚層狀結構，產狀15°∠8°，主要成分為粉砂，含少量粘土礦物及泥質膠結物，巖芯較完整，呈短柱狀，節理裂隙發育。

（2）粉砂質泥巖：棕紅色，中風化-微風化，厚層狀結構，產狀15°∠8°，主要成分為粘土礦物及少量砂質膠結物，巖芯較完整，多呈長柱狀。

4 計算模型原理

4.1 計算模型的確定

本次研究根據斜坡特性采用折線法作為穩定性計算模型，采用條塊法對礦區地質災害易發土體進行逐一分割。從災害易發區域礦體的結構分析，構成潛在滑面的巖土體具有工程性質存在明顯差異的特征[8]。

采用折線法計算礦體穩定性，不確定性因素選取粘聚力、內摩擦角和土體重度等，地震作用采用定值，加速度取0.15，研究區域條塊劃分如下：

圖1 滑坡推力計算模型

表1 滑坡穩定性計算初始值

4.2 計算方法的確定

運用折線法進行礦山邊坡穩定性計算，穩定性計算公式如下：

式中：

式中：

ψj—第i塊的剩余下滑力傳遞至第i+1塊時的傳遞系數（j=i），

Wi—第i條塊的重量（KN/m）；

Ci—第i條塊內聚力（KPa）；

Φi—第i條塊內摩擦角（°）；

Li—第i條塊滑面長度（m）；

αi—第i條塊滑面傾角（°）；

βi—第i條塊地下水線與滑面的夾角（°）；

A—地震加速度（重力加速度g）；

Kj—穩定系數

5 地質災害發生因素敏感性分析

5.1 礦體粘聚力敏感性分析

圖2 粘聚力與穩定系數關系圖

對礦區邊坡土體粘聚力通過鉆孔取樣進行室內試驗并結合數據的反演來確定，粘聚力8.7kPa，然后采用折線法計算礦體的穩定性系數1.1327，依次計算粘聚力變化在5.7kPa～20.7kPa范圍間礦體的穩定系數。計算結果顯示，穩定系數1.0547-1.44485，粘聚力變化對應的礦體穩定性敏感系數SAF=0.02601。根據粘聚力變化與對應的敏感系數變化規律顯示，在自然工況下，隨著土體粘聚力的增大，礦體易發生災害的穩定性隨著線性增大。對暴雨工況，礦震工況和暴雨與礦震耦合工況下，均呈現線性增大，SAF=0.02525，SAF=0.02414，SAF=0.02344，其敏感性逐步下降。

5.2 礦山邊坡土體內摩擦角敏感性分析

對邊坡土體粘聚力通過鉆孔取樣進行室內試驗并結合數據的反演來確定，內摩擦角為15.7kPa，然后采用折線法計算礦體的穩定性系數1.1327，依次計算粘聚力變化在12.7kPa～27.7kPa范圍間的穩定系數，礦體的穩定系數0.95034-1.94542。根據敏感性計算公式，內摩擦角變化對應的礦體穩定性敏感系數SAF=0.06080-0.06772。粘聚力變化與對應的敏感系數變化規律顯示，隨著內摩擦角的增大，礦山邊坡的穩定性呈現上凹正相關增大。對暴雨工況，礦震工況和暴雨與礦震耦合工況下，變化規律一致，SAF=0.05959-0.06570，SAF=0.05595-0.06225，SAF=0.05486-0.06041，其敏感性逐步下降。

圖3 內摩擦角與穩定系數關系圖

5.3 礦區土體容重敏感性分析

圖4 容重與穩定系數關系圖

對土體容重通過鉆孔取樣進行室內試驗并結合數據的反演來確定，容重20.7KN/M3，飽和容重21.7KN/M3，然后采用折線法計算礦體的穩定性系數1.1327，依次計算容重變化在17.7kPa～27.7kPa范圍間邊坡土體穩定系數。計算結果顯示，礦體的穩定性變化1.17108-1.07554，根據敏感性計算公式，容重變化對應的礦體穩定性敏感系數SAF=0.00817-0.01278，根據容重變化與對應的敏感系數變化規律顯示，隨著容重的增大，礦體的穩定性隨著逐步減小。對暴雨工況，礦震工況和暴雨與礦震耦合工況下，均呈現下凹負相關減小，SAF=0.00678-0.01049，SAF=0.00758-0.01187，SAF=0.00629-0.00974，其敏感性逐步下降。

6 結論

通過對四川地區礦山易發生地質災害邊坡土體的重度、粘聚力、內摩擦角等方面的敏感性分析，得出影響該礦體穩定性的主要因子，為采取有效的工程治理措施提供參考依據，結論如下：

（1）根據對彭家河地質災害的敏感性分析，按照敏感度的大小進行排列，影響彭家河礦體穩定性的因素依次為內摩擦角、粘聚力、土體容重。對比發現，土體容重對碎石土的穩定性影響較小。

（2）根據內摩擦角的敏感性分析，敏感系數從0.06080逐漸到0.06772，對碎石土類滑落的穩定性影響隨著內摩擦角的增大敏感系數逐漸增大。

（3）礦山邊坡土體容重對滑坡穩定性的影響隨著容重增大而呈現下降趨勢，敏感系數絕對值SAF=0.00678下降到0.01049，碎石土滑落的穩定性系數呈微向下凹的拋物線型減小。

（4）計算結果表明：在自然工況、暴雨工況、礦震工況和暴雨+地震耦合作用下，同等條件其敏感系數逐步下降。

（5）礦山邊坡土體內摩擦角對碎石穩定性的影響敏感性最大，在采取工程措施中，應積極提高滑面內摩擦角，其次考慮提高滑帶土粘聚力的工程措施。

該研究思路可為我國西南地區礦山地質災害治理工作提供一定的參考，為采用針對性的治理措施提供依據；地質災害的影響因素很多，包括礦震力、降雨、巖性、地下水變化等，其他因素變化對礦體敏感性因子影響有待于進一步分析研究。