礦山工程勘查中滑坡災害發展幾率評估分析

杜衛衛

（甘肅省地質礦產勘查開發局第四地質礦產勘查院，甘肅 酒泉 735000）

礦山工程是指以礦產資源為基礎，從事資源開采和操作的工程技術人員。先要找出施工場地，確定具體的礦點，然后再進行采掘作業，確保施工人員的安全[1]。礦山工程勘查具有建設項目分散，各功能區對地質環境要求不同，破壞程度不同等特點，針對這些特點開展礦井地質災害發展幾率評估，對于指導礦井防治地質災害具有重要的現實意義。在多種地質災害中滑坡是在重力作用下，引起巖土整體順坡滑落的災害，也是中國最常見的災害之一。

作為世界上滑坡災害最為嚴重的國家之一，中國滑坡災害具有突發性強、發生頻繁、分布廣泛等特點，對人民生命財產安全構成了嚴重威脅[2]。數據顯示，2013～2021年間全國平均每年因滑坡而死亡的人數超過800人，造成的財產損失高達1.3億元。由于滑坡災害是伴隨地球運動而發生的自然現象，因此這種災害的可防御性降低。為了最大程度的降低在礦山工程勘查工作中，滑坡災害造成的人員與經濟傷亡，為此對滑坡災害進行概率計算與評估。

到目前為止，滑坡災害風險評估研究已經進行了30多年，最有效地減少滑坡造成的人員傷亡和經濟損失的途徑。未發生滑坡的山體對象，對于處于失穩狀態的邊坡的滑坡災害發展幾率評估研究較少。綜合來看，傳統的滑坡災害概率評估方法存在明顯的應用性能不佳的問題，為此以礦山工程勘查為研究背景，實現對滑坡災害發展幾率評估方法的優化設計。

1 滑坡災害發展幾率評估方法設計

1.1 確定滑坡災害發展幾率評估標準

在考慮滑坡發育特點和自然、經濟、環境等綜合因素下，將滑坡災害發展幾率劃分為5個等級，分別為高概率、中高概率、中概率、較低概率和低概率，具體的劃分標準如表1所示。

表1 滑坡災害發展幾率評估標準

1.2 分析礦山工程勘查邊坡應力

邊坡巖體的破壞主要取決于巖體內部的應力分布情況和巖體強度[3]。巖體在垂直應力 zσ的作用下產生側向水平應力 xσ和 yσ且兩者相等[4]。兩者用泊松比或者側壓力系λ數求得：

式中H為巖體埋深，γ表示的是上覆巖層和巖體的平均容重。剪切應力的最大方向與地平面成45°夾角，則得到以下應力值：

公式2中maxσ 和minσ 分別為主應力的最大值和最小值。

1.3 影響滑坡災害發展的因素

邊坡穩定性受內部因素和外部因素兩種因素的影響。內部因素主要是土體內部結構，外部因素主要是坡面的邊界條件，水的作用，人為作用等。顯微分析表明，抗滑性能主要來源于巖體的內力[5]。在巖石結構形態上，與塊狀和層狀結構相比，碎裂結構穩定性較差，滑坡發生的機率較大，除上述內因外，還需具備形成滑坡的最基本邊界條件，主要是在土體滑移過程中，土體在沒有滑移空間的情況下，是不能滑移的。舉例來說，由于地質構造中的造山運動，以及后期日光、風浪沖刷所造成的風化，自然界各種不同坡度的斜坡，包括各種巖土坡度，河流溝谷兩側的斜坡。以上邊坡前面均有空隙。對邊坡穩定性的影響大致可分為三個方面：降水、地表水和地下水。降水量的影響主要表現在雨水的大量滲透，使邊坡土石層飽和，從而增加了滑動體的重量，同時由于水的滲透引起軟化作用，降低邊坡土層強度。如果假定某一極端降雨指數為 A，滑坡事件為 B，則在極端降雨條件下，滑坡發生的概率為條件，即為：

式中 P(A)為極值降雨事件的發生概率，P( BA)為對滑坡體

下施加一定的降雨條件，根據降雨入滲機理，計算或模擬坡體內滲流場、孔隙水壓力場的變化，進而計算出滑坡的失穩概率。

1.4 設置滑坡災害發展幾率評估指標

在分析滑坡災害發展影響因素的基礎上，設定災害發展概率評價指標。其中，降雨量指標、邊坡建筑物強度指標、土體結構指標是重點[6]。在滑動滑移過程中，建筑物影響強度指標分為最大沖擊力和最大滑動滑移深度指標，其中最大深度代表滑坡災害發生時的空間尺度，該指標的計算公式如下：其中分別表示失穩狀態下建筑物對邊坡的沖擊力強度和運動深度強度。另外土體結構安全系數指標的求解公式為：

公式5中T為滑坡的滑動面長度，f和 iτ分別為非飽和土體和滑裂面土體上的剪應力。同理可以得出其他評估指標的量化結果。

1.5 實現滑坡災害發展幾率評估

通過多個影響因素指標的分析與量化，可以得出滑坡在失穩狀態下的災害發展概率以及評估指標的具體取值[7]。利用加權統計原理分別得出各個評估指標的權重，并最終得出滑坡災害發展概率的綜合評估結果，如下：

其中 iI和 iω分別為評估指標取值和權重值。將公式6得出的綜合評估結果與表1中設置的災害發展幾率評估標準進行比對和匹配，便可以確定目標滑坡災害進一步發展的評估結果。

2 對比實驗分析

由于滑坡災害的發生與發展不受人為控制，為了降低實驗對實際環境的影響，此次實驗利用GIS技術建立空間模型，并在該模型下進行仿真實驗。通過研究區域的選擇、數據的采集等步驟，利用軟件程序實現對災害發展幾率的控制。另外由于在實際的地質災害防控工作中，設計的評估方法僅起到參考的作用，因此實驗分別對比應用評估方法前后，滑坡災害實際產生的影響。

選取了某礦山工程勘查區域作為實驗的研究區域，該區域處于112°13′～114°14′E和24°54′～26°50′N，勘查面積2.1萬km2。礦山工程勘查區域年降雨量1350mm～1700mm，主要以山地為主，山地地勢由東南向西北，海拔80m～2035m。受地質地形條件、氣候條件和人類采礦等活動影響，該區已成為中國滑坡災害嚴重的地區之一。將收集的區域數據輸入到仿真軟件中，并得出滑坡災害發展幾率的分析結果，如圖1所示。

圖1 滑坡災害發展幾率分布圖

為了形成實驗對比，設置傳統的滑坡災害發展幾率評估方法和文獻[6]中提出的基于證據權法的滑坡災害易發性評價方法作為實驗的兩個對比方法。根據圖1中發展概率的設置，得出相應的評估量化結果，并以此作為驗證評估精度的標準數據。通過三個評估方法的運行，得出最終的量化評估結果，如表2所示。

表2 滑坡災害發展幾率評估結果

從表2中的數據可以看出，三種評估方法的平均評估誤差分別為0.054、0.028和0.008，由此可見設計評估方法的評估誤差更小，即評估精度更高。將三種評估方法應用到滑坡災害的防御工作中，并根據發展幾率評估結果采取相應的防御措施，分別從人員傷亡和物質經濟損失兩個方面，得出評估方法應用性能的量化測試結果，如表3所示。

表3 評估方法應用性能測試結果

從表3中可以直觀的看出，通過與兩個對比方法的比較，應用設計評估方法的人員傷亡人數更少，且經濟損失更低，即設計評估方法的應用性能更優。

3 結語

為了保證礦山工程勘查工作的安全性，間接的提升礦山工程的開采工作效率，針對失穩狀態下的滑坡進行發展幾率評估，并根據評估結果做出勘查決策和應對措施。受到時間和數據的限制，實驗選擇的研究區域較為單一，且實驗數據較少，因此得出的實驗結果存在一定的片面性，需要在今后的研究工作中進一步補充。