滑坡监测预报在露天矿边坡稳定性上的应用

姜海波，舒继森，姬长生，李顺才

(1.中国矿业大学 矿业工程学院，江苏 徐州 221116；2. 徐州师范大学 机电工程学院，江苏 徐州 221116)

滑坡是指场地由于地层结构、河流冲刷、地下水活动、人工切坡中各种震动等因素的影响，致使部分或全部土体(或岩体)在重力作用下，沿着地层软弱面(或软弱带)整体向下滑动的不良地质现象。滑坡是仅次于地震灾害的第二大地质灾害。滑坡灾害与普通的灾害有所不同，它具有时间上的突发性、空间上的随机性，对于露天矿具有条件上的恶劣性和后果的严重性。对于滑坡的预报，必须具有快速、激动、准确和集成等特点。

滑坡的监测方法是一项集地质学、测量学、力学、数学、物理学、水文气象学为一体的综合性研究方法。从早期的经验式预报、位移-时间统计分析预报，到现今多采用的类比分析预报法、因果分析预报法和统计分析预报。虽然目前监测方法还有许多的不足，但不断的尝试使得滑坡预报的准确性和快速性均得到了较大地提升[1-5]。

1 露天矿存在的预报问题

由于工程地质条件的复杂、自然条件的变化，以及人类工程活动等因素的随机性和不可控性，对滑坡预报做出准确的预报，依然是一个十分艰难的课题[6]。主要原因有以下几点：①滑坡形成的因素众多，破坏方式、变形机理不同。形成因素的多样性，造成预报的不确定性。②对滑坡的认识不足，抱有侥幸心理和经验心理。同时，对于滑坡的预测也多以时间预报为主，对于空间的预报并没有建立可靠的监测机制。③对滑坡的监测不足，只有极少数的边坡采用长期监测，而多数的滑坡是在未有监测的部分发生。

2 一般滑坡监测预报系统的构成和工作方式

滑坡监测预报系统总体结构通常包括以下几个部分：数据采集、发射系统、通讯传输平台，数据资源存储平台、滑坡灾害信息管理、预警预报平台等。其中，数据采集、发射系统，以及相关的传感器用来安装到监测现场；其他的接收和分析系统用来在工作站进行实时监测数据的接收和分析处理，根据监测的结果进行稳定状态的判断。

监测的方式可以简单的分为“现象监测”和“本质监测”。“现象监测”是对滑坡出现前所具有的地表变化特征、地下水和周围动植物的异常，如位移、裂缝、水质变化等现象所进行的监测。可以采用全站仪、经纬仪、水准仪等常规仪器，或通过深部位移监测法、地音监测法等方式来进行监测。“本质监测”[4]是通过对滑坡所具有的“下滑力”和“抗滑力”之间的平衡状态进行监测，来预报滑坡的发生。

3 针对露天矿边坡采用的具体监测方法

对于单一的“现象监测”和“本质监测”，虽然各有自身的特点，但如果单一使用，并不能很好的对边坡的稳定性进行监测和预报。但简单的采用两种方法的总成，虽然对于监测系统而言，具有很好的准确性，但从经济效益上来说，产出比势必要增加很多，资金的投入将增加不少。

对于露天矿而言，边坡的稳定主要涉及两个方面，一个是采掘现场，另一个是排土场。两者边坡的构成不同，采掘现场的地质构造复杂，监测和预报的难度较大，同时有作业人员和设备的存在，预报的准确性要求很高。而排土场不同，其是由剥离的土层和岩石组成，构造简单，且无大量的人员和设备，预报的准确性要求较低。

针对两种不同边坡采用不同的监测体系和预报系统。对于排土场，可采用简单的“现象监测”，采用对地表特征监测来完成。在预报的时间和空间上，能够达到具有一定的提前量和准确度即可。

对于采掘现场，由于工作人员和设备的众多，对监测的强度、力度和准确性方面都具有较高的要求。对于空间的预测，可以采用多种方式进行预测，如稳定系数法、信息模型法以及神经网络法、模糊理论综合评判的方法；对于时间，可以采用斋藤法、非线性动力学模型和多参数预报、人工智能等多种方法；同时，结合“本质监测”预测方法对产生滑坡的“下滑力”和“抗滑力”之间的平衡状态机理进行分析，具体可以采用实地实验监测和模拟分析的方法。模拟分析是基于有限单元法理论之上的分析方法，其应用最早也应用最广。“本质监测”可以在对边坡进行模拟分析的基础上找到危险段和危险界面，再进行实地监测。这样的方法可以大幅度提高监测的准确性，同时减小监测的工作量。

4 结 论

对于滑坡的准确预测是一个世界性的难题。本文针对在露天矿中边坡的稳定性问题，给出了进行监测预报的方法。按照露天矿中边坡种类的不同，可以分别采取不同监测方法和预报措施。对于作业人员和设备较少的排土场边坡，可以采用技术含量和难度不高的“现象监测”方法；但对于采场中的边坡，由于涉及到人员和设备的安全，则需要采用多种监测方法共同进行监测预报的模式，特别是将传统的监测方法和“本质监测”预报方法结合，利用数值模型进行模拟来提高预报的准确性和针对性。

[1] 文海家，张永兴，柳源.滑坡预报国内外研究动态及发展趋势[J].中国地质灾害与防治学报.2004(1):1-4，16.

[2] 张志龙.滑坡监测预报方法研究现状[J].江苏国土资源，2002(11):24-27.

[3] 王功海，白润才，曹兰柱.元宝山露天煤矿排土场边坡稳定性FLAC模拟[J].露天采矿技术,2007(6):27-30.

[4] 何满潮.滑坡地质灾害远程监测预报系统及其工程应用[J].岩石力学与工程学报,2009,28(6):1081-1091.

[5] 李荣伟，侯恩科，刘天林.基于三维数值模拟的露天煤矿复合边坡稳定性分析[J].煤田地质与勘探,2008,36(2):45-51.

[6] 张永兴，胡居义.文海家滑坡预测预报研究现状述评[J].地下空间,2003,23(2):200-222.