復雜地質災害發育特征及其規律研究

焦海波

霍州煤電集團河津薛虎溝煤業有限責任公司 山西 霍州 031400

1 引言

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

2 地質災害分析

研究區域地質位于黃河以東呂梁山西側，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，垂直節理發育。沖溝多呈“V”字型，溝谷兩側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。黃河沿岸地區又以北風為主導風向。全境風向變化帶有明顯的季節性，春季多東風，夏季多南風，秋季多西風，冬季多北風。

經過調查，可知主要的地質災害分為如下四種，分別為不穩定斜坡、崩塌、滑坡、水毀。其中滑坡是最為常見的地質災害，其根據滑坡物質的組成可以分為覆蓋層滑坡、基巖滑坡兩種，根據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；根據滑坡體的厚度又可將其分為淺、中、深層滑坡三種，按照其穩定程度可分為穩定性好、較好和差三種，根據分類依據將礦區發生的23次滑坡進行分類統計?；戮切⌒突?，根據物質組成得出滑坡均為土質滑坡，主要由含碎塊的石粉質黏土，在滑移面方面為組合接觸面。根據觀察滑坡一般為圓弧或者直線狀，長短不一，部分側邊界存在少量的剪切變形?；挛ｋU性較大，發生滑坡直接威脅到管道沿線人民財產安全。發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。

對不穩定斜坡進行統計，不穩定斜坡按照規?？梢苑譃樾⌒筒环€定斜坡（10萬m3以下）、中型穩定斜坡（10到100萬m3）、大型不穩定斜坡（大于100萬m3）。按照穩定程度分類同樣分為穩定性好、較好及不穩定。按照斜坡厚度可分為深層不穩定斜坡（25m以上）、中層不穩定斜坡（10-25m）和淺層不穩定斜坡（小于10m），同樣的可以按照斜坡物質可分為基巖不穩定斜坡和土質不穩定斜坡。該區域內共發生不穩定斜坡54次，發生的不穩定斜坡均為小型不穩定斜坡，厚度一般小于 10m，為淺層不穩定斜坡，同時平面呈現為半圓形、舌形、圈椅形、長扇形等狀態。不穩定斜坡按照物質由粉質黏土為主，碎石土、塊石土次之，為土質不穩定斜坡，大多未形成貫通的滑移結構面，研究區內不穩定斜坡為后緣拉裂縫發育，局部下錯變形，坡向與坡體裂隙呈現垂直關系，多為微弧狀，長短不一，側緣變形不明顯，側邊界存在少量的剪切變形。不穩定斜坡的成災規模較小，較為分散性，管理難度較小，但考慮到如果不穩定斜坡進一步發育，此時就好演變為滑坡危害，部分不穩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。

崩塌災害也是地質災害最為嚴重的一種，崩塌災害按照物質組成分為土質和巖質崩塌兩種，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，而按照規模分為小、中、大型崩塌，同樣根據穩定性分為：穩定性好、較好、不穩定崩塌，按照機理分可傾倒式崩塌、墜落式崩塌、滑移式崩塌。

對研究區域內的坍塌進行分析研究，發現崩塌發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，崩塌發生。同時在一般陡崖地段，由于多組裂縫發育使得遇到強降雨時，此時的裂隙進一步發育，裂縫狀態變得又長又寬，直接誘發崩塌。崩塌產生的巖體塊度與巖體成分有關，大小分布不均勻，大小混雜，但整體呈現出崩塌距離越遠，此時崩塌產生的塊徑越小，而崩塌距離越近產生的塊體塊徑反而越大，同時從坡腳向上的過程塊度變小。研究區內根據崩塌模式分為滑移式、墜落式和傾倒式崩塌三種，在所有發生崩塌問題的區域，近水平段最易發生滑移式崩塌，研究區內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域內最常見的地質災害，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，使用傳遞系數法生成邊界墻體（wall）和顆粒（ball）模型。將滑坡原始形態按比例縮小 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

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

圖2 監測點位移曲線

從圖2不統計監測點位移曲線可以看出，監測點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監測點的相對位移量較大，根據監測數據可知，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，表面滑坡前緣發生剪切破壞。綜合可知：在滑坡體初期，此時的滑坡呈現蠕動變形，考慮到巖體的前緣坡腳處存在陡坎，所以在一定條件下，前緣坡腳處率先發生剪切破壞，出現局部的剪切帶，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 結束語

本文首先通過對研究區域過往發生的地質災害進行統計分析，分別對物質組成、目前穩定性、地質災害規模等方面對研究區內的滑坡、崩塌、不穩定斜坡等地質災害進行了分類，后又通過PFC2D軟件進行滑坡的過程分析，得出了滑坡地質災害的機理，為后續滑坡地質災害的控制提供一定的參考。