復雜地質(zhì)災害發(fā)育特征及其規(guī)律研究

焦海波

霍州煤電集團河津薛虎溝煤業(yè)有限責任公司 山西 霍州 031400

1 引言

地質(zhì)災害是由于人或自然因素造成的與地質(zhì)相關災害，常見的地質(zhì)災害有滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫、沉降等，地質(zhì)災害發(fā)生時常常會伴隨著人類的活動，所以嚴重威脅著我國人民的生命及財產(chǎn)安全。據(jù)研究表明，由于我國地域面積較為遼闊，所以我國是地質(zhì)災害受損最為嚴重的國家之一。在我國地質(zhì)災害的特點可分為種類多，危害大，分布廣，活動頻繁等特點，所以地質(zhì)災害一旦發(fā)生將會造成嚴重的后果，直接影響人民的生活[1-2]。本文以呂梁山地區(qū)為研究背景，對該地的地質(zhì)災害形成機制及發(fā)生的規(guī)律進行必要分析，為保障人民正常生活提供一定的保障。

2 地質(zhì)災害分析

研究區(qū)域地質(zhì)位于黃河以東呂梁山西側(cè)，屬黃河中游黃土高原地帶，受三川河河谷的控制，地勢總體上由東南向西北漸次降低。東北緣和西南部分別有東南～西北向的三川河支流切過，因而形成東北、西南低，中間高的地勢。大溝谷谷底一般寬十幾米，最寬100m左右。地面高程除大溝谷低于950m外，一般在950～1100m之間，最高點在東南部，標高1174m；最低點在西南部溝谷中，標高885m，最大高差289m。地貌類型屬梁狀黃土丘陵，地形復雜，地面切割劇烈，溝谷縱橫，新生界黃土廣為覆蓋，黃土丘陵綿延起伏，常見有黃土陡崖、黃土峭壁，垂直節(jié)理發(fā)育。沖溝多呈“V”字型，溝谷兩側(cè)及谷底基巖零星裸露。年平均降水量472.3mm，歷年降水量最大值632mm，歷年降水量最小值為37.44mm；由于受地形的影響，三川河地區(qū)全年風向頻率最大的主導風向為東北東風，其次為西南西風。黃河沿岸地區(qū)又以北風為主導風向。全境風向變化帶有明顯的季節(jié)性，春季多東風，夏季多南風，秋季多西風，冬季多北風。

經(jīng)過調(diào)查，可知主要的地質(zhì)災害分為如下四種，分別為不穩(wěn)定斜坡、崩塌、滑坡、水毀。其中滑坡是最為常見的地質(zhì)災害，其根據(jù)滑坡物質(zhì)的組成可以分為覆蓋層滑坡、基巖滑坡兩種，根據(jù)巖層及滑坡面間的關系可分為順層滑坡、切層滑坡以及同土滑坡。根據(jù)滑坡的運動形式可將其分為推移式滑坡和牽引式滑坡；根據(jù)滑坡體的厚度又可將其分為淺、中、深層滑坡三種，按照其穩(wěn)定程度可分為穩(wěn)定性好、較好和差三種，根據(jù)分類依據(jù)將礦區(qū)發(fā)生的23次滑坡進行分類統(tǒng)計。滑坡均是小型滑坡，根據(jù)物質(zhì)組成得出滑坡均為土質(zhì)滑坡，主要由含碎塊的石粉質(zhì)黏土，在滑移面方面為組合接觸面。根據(jù)觀察滑坡一般為圓弧或者直線狀，長短不一，部分側(cè)邊界存在少量的剪切變形。滑坡危險性較大，發(fā)生滑坡直接威脅到管道沿線人民財產(chǎn)安全。發(fā)生滑坡最重要的原因為自然和人為兩種，降雨是最重要的自然因素，而人為則是由于堆土及管道建設開挖造成。

對不穩(wěn)定斜坡進行統(tǒng)計，不穩(wěn)定斜坡按照規(guī)模可以分為小型不穩(wěn)定斜坡（10萬m3以下）、中型穩(wěn)定斜坡（10到100萬m3）、大型不穩(wěn)定斜坡（大于100萬m3）。按照穩(wěn)定程度分類同樣分為穩(wěn)定性好、較好及不穩(wěn)定。按照斜坡厚度可分為深層不穩(wěn)定斜坡（25m以上）、中層不穩(wěn)定斜坡（10-25m）和淺層不穩(wěn)定斜坡（小于10m），同樣的可以按照斜坡物質(zhì)可分為基巖不穩(wěn)定斜坡和土質(zhì)不穩(wěn)定斜坡。該區(qū)域內(nèi)共發(fā)生不穩(wěn)定斜坡54次，發(fā)生的不穩(wěn)定斜坡均為小型不穩(wěn)定斜坡，厚度一般小于 10m，為淺層不穩(wěn)定斜坡，同時平面呈現(xiàn)為半圓形、舌形、圈椅形、長扇形等狀態(tài)。不穩(wěn)定斜坡按照物質(zhì)由粉質(zhì)黏土為主，碎石土、塊石土次之，為土質(zhì)不穩(wěn)定斜坡，大多未形成貫通的滑移結(jié)構(gòu)面，研究區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定斜坡為后緣拉裂縫發(fā)育，局部下錯變形，坡向與坡體裂隙呈現(xiàn)垂直關系，多為微弧狀，長短不一，側(cè)緣變形不明顯，側(cè)邊界存在少量的剪切變形。不穩(wěn)定斜坡的成災規(guī)模較小，較為分散性，管理難度較小，但考慮到如果不穩(wěn)定斜坡進一步發(fā)育，此時就好演變?yōu)榛挛：Γ糠植环€(wěn)定斜坡也存在影響管道沿線附屬設施、人員的安全，所以需要盡早的處理。

崩塌災害也是地質(zhì)災害最為嚴重的一種，崩塌災害按照物質(zhì)組成分為土質(zhì)和巖質(zhì)崩塌兩種，按照地層與地形關系可分為：崩積土、沉積土、表土層和基巖崩塌，而按照規(guī)模分為小、中、大型崩塌，同樣根據(jù)穩(wěn)定性分為：穩(wěn)定性好、較好、不穩(wěn)定崩塌，按照機理分可傾倒式崩塌、墜落式崩塌、滑移式崩塌。

對研究區(qū)域內(nèi)的坍塌進行分析研究，發(fā)現(xiàn)崩塌發(fā)生部位多為斜坡大于50 ゜的臨空地帶，在重量及強降雨軟化雙重作用下，崩塌發(fā)生。同時在一般陡崖地段，由于多組裂縫發(fā)育使得遇到強降雨時，此時的裂隙進一步發(fā)育，裂縫狀態(tài)變得又長又寬，直接誘發(fā)崩塌。崩塌產(chǎn)生的巖體塊度與巖體成分有關，大小分布不均勻，大小混雜，但整體呈現(xiàn)出崩塌距離越遠，此時崩塌產(chǎn)生的塊徑越小，而崩塌距離越近產(chǎn)生的塊體塊徑反而越大，同時從坡腳向上的過程塊度變小。研究區(qū)內(nèi)根據(jù)崩塌模式分為滑移式、墜落式和傾倒式崩塌三種，在所有發(fā)生崩塌問題的區(qū)域，近水平段最易發(fā)生滑移式崩塌，研究區(qū)內(nèi)崩塌大多為小型崩塌，具有危險性明顯的特點，一旦崩塌，危險程度也較大。

3 滑坡機理研究

考慮到滑坡是研究區(qū)域內(nèi)最常見的地質(zhì)災害，對其進行過程分析，利用PFC2D軟件進行滑坡的過程分析，首先對模型進行建立，賦予顆粒模型的參數(shù)，使用傳遞系數(shù)法生成邊界墻體（wall）和顆粒（ball）模型。將滑坡原始形態(tài)按比例縮小 100 倍。并在坐標：A（5.1，0.9），B（4.0，1.3），C（2.6，1.6），D（1.2，1.9）設置觀測點，實時觀測滑坡體的運動及破壞情況，模型示意圖如1所示。

圖1 模型示意圖

對監(jiān)測點的位移變形情況進行分析，分別建立監(jiān)測點A、B、C、D四點的位移曲線如圖2所示。

圖2 監(jiān)測點位移曲線

從圖2不統(tǒng)計監(jiān)測點位移曲線可以看出，監(jiān)測點C、D只進行了小程度的位移，兩者的位移分別為 0.0012m，和6.5×10-6m。而相對的A和B監(jiān)測點的相對位移量較大，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，A 點和B點的最大位移量分別為 0.54m、0.18m。同時從A 和 B 監(jiān)測點位移曲線斜率可以推測出，A、B 兩點的相對運動速度相差較大，表面滑坡前緣發(fā)生剪切破壞。綜合可知：在滑坡體初期，此時的滑坡呈現(xiàn)蠕動變形，考慮到巖體的前緣坡腳處存在陡坎，所以在一定條件下，前緣坡腳處率先發(fā)生剪切破壞，出現(xiàn)局部的剪切帶，隨著時間的不斷推移，此時的剪切帶不斷擴大，同時呈現(xiàn)出向上的牽引趨勢，使得坡體前緣向著坡腳進行下滑運動，表現(xiàn)為牽引式漸進破壞，整體變形與實際滑坡變形幾乎相似。

4 結(jié)束語

本文首先通過對研究區(qū)域過往發(fā)生的地質(zhì)災害進行統(tǒng)計分析，分別對物質(zhì)組成、目前穩(wěn)定性、地質(zhì)災害規(guī)模等方面對研究區(qū)內(nèi)的滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡等地質(zhì)災害進行了分類，后又通過PFC2D軟件進行滑坡的過程分析，得出了滑坡地質(zhì)災害的機理，為后續(xù)滑坡地質(zhì)災害的控制提供一定的參考。