农一师电力公司煤矿土质崩塌发育特征及稳定性评价

王化兵

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)

农一师电力公司煤矿土质崩塌发育特征及稳定性评价

王化兵

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)

崩塌是农一师电力公司煤矿的主要地质灾害。根据危岩体失稳破坏的模式，研究区主要发育为滑移式破坏。农一师电力公司煤矿内土质崩塌破坏的主要荷载有危岩体自重、暴雨状态的裂隙水压力和地震力，可以构成3种荷载组合。建立土质崩塌破坏的稳定性计算模型，并对其稳定性进行计算，为崩塌灾害的防治工程设计提供参数。

崩塌；发育特征；形成条件；稳定性；农一师煤矿

农一师电力公司煤矿区位于温宿县城东北克其克库孜巴依河中游西侧，距314国道65 km，距阿克苏市115 km，距温宿县110 km。其中勘查一区位于矿区东部约1.5 km处，区内道路为通往矿区的简易路，公路北侧为不稳定斜坡，坡度较陡，行走艰难；勘查二区位于矿区内，区内有一水泥路，交通便利。

研究区属大陆型干旱气候区，年气温变化大，年平均气温在7.6℃～11.5℃之间；区内发育有一条由差异性风化和雨洪水冲蚀形成的克其克库孜巴依河流经矿区东北部，为研究区内唯一常年性河流。根据前期调研，勘查一区内发育的地质灾害类型为崩塌，可划分为土质崩塌和岩质崩塌，其中土质崩塌包括漂石层崩塌和碎石层崩塌，而勘查二区内发育的地质灾害类型为土质崩塌(塌岸)。因此，本文在以往研究成果的基础上，结合研究区地质灾害条件，主要对土质崩塌灾害的发育特征和稳定性进行分析和评价[1-4]，可以为防治工程提供设计参数，同时也为该地区类似防灾减灾工程提供科学的理论基础。

图1 BT09漂石层潜在崩塌

1 土质崩塌发育特征

研究区内土质崩塌灾害共发育有4处，均为潜在崩塌灾害点，编号分别为：BT01、BT05、BT08和BT09。下面对BT09岩质潜在崩塌的发育特征进行分析。

BT09漂石层潜在崩塌分布于Ⅲ号危岩带，K0+040至K0+140段山体第一斜坡带的坡顶，为自然土质斜坡。整体呈南北向分布于道路北侧约90 m的山坡上，坡度59°，坡向97°，边坡长约130 m，宽在6～30 m之间，如图1所示。通过物探和实测地质剖面得知其厚度在5～15 m之间，平均厚度10 m，结合三维扫描结果可知体积约19 500 m3，如图2所示。根据调查访问，2010年一次发生崩塌规模体积约1 200 m3，现场调查时未发现崩塌堆积物，崩塌堆积物可能已被修护路人员清理。

图2 BT09三维扫描影像

BT09漂石块度(长×宽×高)多为0.3×0.25×0.2～0.8×0.5×0.6 m，最大可达1.2×1.0×0.8 m。潜在崩塌体明显凸露，漂石单体体积大小不一，且有部分漂石单体凸出坡体外，前缘临空，摇摇欲坠，处于崩落的临界状态，在雨水冲刷、地震和人类工程活动的影响下即可诱发漂石崩塌滚落，对坡脚下的道路、过往的行人和车辆构成很大威胁。

根据《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218-2006)关于崩塌规模级别划分标准， BT09崩塌规模等级属中型。根据其中对崩塌分类及特征划分依据，判定BT09漂石层崩塌类型属滑移式崩塌。

以上仅对BT09土质潜在崩塌的发育特征进行了详细描述，其他3处崩塌地质灾害点的发育特征具体如表1所述。

表1 岩质崩塌灾害发育特征与破坏模式

2 土质崩塌形成条件

2.1 气象、水文条件

研究区漂石层崩塌主要发生在融雪和降雨季节。大气降水对崩塌的影响主要体现在对坡面的冲刷作用，使坡面漂石底部被掏蚀，破坏了漂石的平衡稳定状态，从而形成崩塌。另外，大气降水入渗土体后冻胀作用可造成漂石层结构松散，为崩塌发生创造物质条件。

2.2 地形地貌条件

地形地貌条件对崩塌灾害的形成起着非常重要的作用。研究区在地貌上属中山区河谷地貌，受河流切割作用的影响，形成了顶部岩面平缓前缘陡倾的下伏基岩起伏形态。漂石层覆盖其上前缘临空，成为区内崩塌形成的重要条件。此外，漂石分布于修路人工切坡而形成的陡立边坡上，前缘临空，危险性边坡坡顶与坡脚高差8～15 m，最高危岩体与道路路面高差可达90 m，坡向97°～140，坡度55°～59°。

2.3 地层岩性条件

研究区边坡上部覆盖厚度5～15 m的第四系中更新统冰水沉积漂石，直接覆盖在侏罗系砂岩、页岩地层之上，构成了崩塌的物质来源，是崩塌发生与发展的物质基础。

2.4 地震作用

地震是地质灾害的诱发因素之一，其诱发作用表现为两个方面：一是触发效应，地震作用使接近临界稳定状态的漂石瞬间失稳发生崩塌；二是累积效应，地震作用使边坡漂石层结构松动，为降水冲刷创造条件，促使斜坡发生累进性失稳破坏。

2.5 地质构造条件

地质构造及新构造运动在区域上控制着地貌形态，并为崩塌的发生提供了地形地貌基础，同时地层不整合接触构造面控制了崩塌的空间位置，基座阶地的形成是新构造运动的体现。近期的构造运动在勘查区内的总体特征是：以间歇性升降运动为主的差异性块断升降运动，对研究区内崩塌灾害的形成有一定的影响。

2.6 人类工程活动

研究区内人类工程活动强烈，近年来随着经济的发展、煤矿建设力度的增大和托木尔峰旅游景区的进一步开发，使得在研究区内活动的人数不断增加，加上过往人群对地质灾害及其危害认识不足，从而使得地质灾害造成财产损失及人员伤亡的可能性增大。

3 土质崩塌稳定性分析

3.1 稳定性计算模型

3.1.1 漂石层崩塌稳定性计算模型

根据漂石失稳破坏的可能模式，判定勘查一区漂石以滑移式崩塌为主，主要为BT01和BT09崩塌隐患。滑移式崩塌采用《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218-2006)中滑移式崩塌计算模型进行验算[5]。其滑移式计算稳定性系数为：

式中：Fs为滑动面上的抗滑力；Fr为滑动面上的滑动力。

3.1.2 碎石层崩塌稳定性计算模型

根据勘查结果，碎石层斜坡岩性为碎石，结构松散，整体坡体结构视为单层结构，主要为BT05和BT08崩塌隐患。斜坡稳定性评价利用理正岩土计算5.6版边坡稳定分析软件采用瑞典条法自动搜索潜在最不利结构面，然后采用瑞典条分法计算不同工况的稳定系数和推力，采用简化毕肖普法进行校核，计算不同工况的稳定系数和推力。根据现场测量与调查成果，选取典型剖面建立模型。

根据《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T0218-2006)，稳定系数计算公式为：

式中：Kf为稳定性系数；Wi为第i条块的重量(kN/m)；Ci为第i个条块内聚力(kPa)；φi为第i个条块内摩擦角(°)；αi为第i条块滑面倾角(°)；A为地震加速度(g)。

3.3 计算参数取值

根据地勘结果，本文对漂石层崩塌和碎石层崩塌的稳定性进行评价，其稳定性计算的基本参数取值分别见表2所示。

表2 滑移式危岩体计算模型参数表

3.4 计算结果分析

以表2中计算参数的选取，本文对漂石层崩塌和碎石层崩塌的稳定性进行评价，其稳定性的计算结果见表3和4所示。

表3 漂石层崩塌稳定性计算结果表

表4 碎石层崩塌稳定性计算结果表

从表3和4中可以看出，漂石层崩塌隐患点BT01在工况Ⅰ条件下处于欠稳定状态，而在工况Ⅱ和工况Ⅲ条件下处于不稳定状态；漂石层崩塌隐患点BT09在三种工况条件下均处于不稳定状态，需要及时采取治理措施。碎石层崩塌隐患点BT05在工况Ⅰ条件下处于稳定状态，而在工况Ⅱ条件下处于欠稳定状态；碎石层崩塌隐患点BT08在两种工况条件下均处于稳定状态。

4 结语

(1)研究区土质崩塌灾害隐患点目前共发育有4处。其中，BT01和BT09属于漂石层崩塌隐患点，而BT05和BT08属于碎石层崩塌隐患点；在崩塌规模方面，4处崩塌灾害隐患点均为中小型；在崩塌破坏模式方面，4处崩塌灾害隐患点均为滑移式破坏。

(2)地质灾害的形成机制包括内因和外因两个方面，它们相互联系、相互补充，并由各种因素综合确定的。其中内因方面的因素包括地质构造因素、地层岩性因素、地形地貌因素等，外因方面的因素包括地震、持续强降雨、融雪入渗、水流冲刷作用和人类工程活动等。通过对条件说明研究区内地质环境条件是比较脆弱，在持续强降雨、融雪、地震和人为破坏影响下，为崩塌灾害的发育提供了有利条件。

(3)在对研究区土质崩塌发育特征和形成条件分析的基础上，建立了漂石层崩塌和碎石层崩塌的稳定性计算模型，研究结果表明：碎石层崩塌隐患点BT05在工况Ⅰ条件下处于稳定状态，而在工况Ⅱ条件下处于欠稳定状态；碎石层崩塌隐患点BT08在两种工况条件下均处于稳定状态。漂石层崩塌隐患点BT01在工况Ⅰ条件下处于欠稳定状态，而在工况Ⅱ和工况Ⅲ条件下处于不稳定状态；漂石层崩塌隐患点BT09在三种工况条件下均处于不稳定状态，需要及时采取治理措施。

[1]王延贵，匡尚富.河岸临界崩塌高度的研究[J].水利学报.2007, 38(10):1158-1165.

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[3]王克铭.贵州省黔西南某小型水库库岸边坡稳定性研究分析[J].地下水.2013,35(2):91-92.

[4]张旭光, 张永军, 张黎. 兰州市西固区河口镇八盘村崩塌稳定性分析[J].地下水.2015,37(5):210-213.

[5]中国地质调查局.滑坡防治工程勘查规范(DZ/T0218-2006)[S].20000.

2016-08-14

王化兵(1986-)，男，四川罗江人，工程师，主要从事水文地质、工程地质和环境地质工作。

P642.4

B

1004-1184(2017)01-0151-02