四川地區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)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(zhì)工程有限公司，四川 德陽 618000)

1 引言

通過確定對地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)敏感因子來采取監(jiān)測和工程措施，所采取監(jiān)測和工程治理措施針對性更強，為經(jīng)濟、合理的治理地質(zhì)災(zāi)害提供一定參考。

目前分析礦體發(fā)生不穩(wěn)定性敏感因素的方法很多，其中包括倪恒采用正交設(shè)計方法分析滑坡敏感性[1-3]，夏元友采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析不同影響因子對災(zāi)害的貢獻值，柴波采用分布函數(shù)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(wěn)定性的影響程度[4]。并隨著科技的發(fā)展大數(shù)據(jù)開始逐步引入[5]。本文主要結(jié)合通江縣彭家河地區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害的具體特征，采用敏感分析系數(shù)法，分析發(fā)生災(zāi)害各影響因子對滑坡穩(wěn)定性的影響程度，為災(zāi)害的工程治理提供參考依據(jù)。

2 敏感系數(shù)計算原理

影響礦體穩(wěn)定性的因素主要包括粘聚力、內(nèi)摩擦角等，其穩(wěn)定系數(shù)可視為多元函數(shù)。

K=f（X1,X2,X3,……，Xn）

上式能夠明確地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生是受多種因素的影響，但不能表明各個因素對災(zāi)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(zāi)害發(fā)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(jié)合實例進行敏感性分析的可采用如下步驟；首先應(yīng)確定敏感性的分析指標，采用折線法對礦體的穩(wěn)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(jié)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(yīng)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(zhì)條件

根據(jù)對四川地區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)生區(qū)域野外勘查，該礦體滑落縱坡長60m-100m，橫向?qū)挾?0m～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(zhì)滑坡，滑帶位于基覆界面土石交界處。

勘查區(qū)內(nèi)主要出露白堊系下統(tǒng)白龍組（K1b）和第四系地層（Q），第四系地層主要為崩坡積物、災(zāi)害發(fā)生后的堆積物，沖洪積物，人工雜填土。

區(qū)內(nèi)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(tǒng)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(tǒng)白龍組 （K1b）

（1）砂巖：灰褐色，中風化-微風化，厚層狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)狀15°∠8°，主要成分為粉砂，含少量粘土礦物及泥質(zhì)膠結(jié)物，巖芯較完整，呈短柱狀，節(jié)理裂隙發(fā)育。

（2）粉砂質(zhì)泥巖：棕紅色，中風化-微風化，厚層狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)狀15°∠8°，主要成分為粘土礦物及少量砂質(zhì)膠結(jié)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(jù)斜坡特性采用折線法作為穩(wěn)定性計算模型，采用條塊法對礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)土體進行逐一分割。從災(zāi)害易發(fā)區(qū)域礦體的結(jié)構(gòu)分析，構(gòu)成潛在滑面的巖土體具有工程性質(zhì)存在明顯差異的特征[8]。

采用折線法計算礦體穩(wěn)定性，不確定性因素選取粘聚力、內(nèi)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(qū)域條塊劃分如下：

圖1 滑坡推力計算模型

表1 滑坡穩(wěn)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(wěn)定性計算，穩(wěn)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(shù)（j=i），

Wi—第i條塊的重量（KN/m）；

Ci—第i條塊內(nèi)聚力（KPa）；

Φi—第i條塊內(nèi)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(wěn)定系數(shù)

5 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)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(wěn)定系數(shù)關(guān)系圖

對礦區(qū)邊坡土體粘聚力通過鉆孔取樣進行室內(nèi)試驗并結(jié)合數(shù)據(jù)的反演來確定，粘聚力8.7kPa，然后采用折線法計算礦體的穩(wěn)定性系數(shù)1.1327，依次計算粘聚力變化在5.7kPa～20.7kPa范圍間礦體的穩(wěn)定系數(shù)。計算結(jié)果顯示，穩(wěn)定系數(shù)1.0547-1.44485，粘聚力變化對應(yīng)的礦體穩(wěn)定性敏感系數(shù)SAF=0.02601。根據(jù)粘聚力變化與對應(yīng)的敏感系數(shù)變化規(guī)律顯示，在自然工況下，隨著土體粘聚力的增大，礦體易發(fā)生災(zāi)害的穩(wěn)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(xiàn)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(nèi)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(nèi)試驗并結(jié)合數(shù)據(jù)的反演來確定，內(nèi)摩擦角為15.7kPa，然后采用折線法計算礦體的穩(wěn)定性系數(shù)1.1327，依次計算粘聚力變化在12.7kPa～27.7kPa范圍間的穩(wěn)定系數(shù)，礦體的穩(wěn)定系數(shù)0.95034-1.94542。根據(jù)敏感性計算公式，內(nèi)摩擦角變化對應(yīng)的礦體穩(wěn)定性敏感系數(shù)SAF=0.06080-0.06772。粘聚力變化與對應(yīng)的敏感系數(shù)變化規(guī)律顯示，隨著內(nèi)摩擦角的增大，礦山邊坡的穩(wěn)定性呈現(xiàn)上凹正相關(guān)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(guī)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(nèi)摩擦角與穩(wěn)定系數(shù)關(guān)系圖

5.3 礦區(qū)土體容重敏感性分析

圖4 容重與穩(wěn)定系數(shù)關(guān)系圖

對土體容重通過鉆孔取樣進行室內(nèi)試驗并結(jié)合數(shù)據(jù)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(wěn)定性系數(shù)1.1327，依次計算容重變化在17.7kPa～27.7kPa范圍間邊坡土體穩(wěn)定系數(shù)。計算結(jié)果顯示，礦體的穩(wěn)定性變化1.17108-1.07554，根據(jù)敏感性計算公式，容重變化對應(yīng)的礦體穩(wěn)定性敏感系數(shù)SAF=0.00817-0.01278，根據(jù)容重變化與對應(yīng)的敏感系數(shù)變化規(guī)律顯示，隨著容重的增大，礦體的穩(wěn)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(xiàn)下凹負相關(guān)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(jié)論

通過對四川地區(qū)礦山易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害邊坡土體的重度、粘聚力、內(nèi)摩擦角等方面的敏感性分析，得出影響該礦體穩(wěn)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(jù)，結(jié)論如下：

（1）根據(jù)對彭家河地質(zhì)災(zāi)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(wěn)定性的因素依次為內(nèi)摩擦角、粘聚力、土體容重。對比發(fā)現(xiàn)，土體容重對碎石土的穩(wěn)定性影響較小。

（2）根據(jù)內(nèi)摩擦角的敏感性分析，敏感系數(shù)從0.06080逐漸到0.06772，對碎石土類滑落的穩(wěn)定性影響隨著內(nèi)摩擦角的增大敏感系數(shù)逐漸增大。

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

（4）計算結(jié)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(shù)逐步下降。

（5）礦山邊坡土體內(nèi)摩擦角對碎石穩(wěn)定性的影響敏感性最大，在采取工程措施中，應(yīng)積極提高滑面內(nèi)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(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)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(jù)；地質(zhì)災(zāi)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。