复杂地质灾害发育特征及其规律研究

焦海波

霍州煤电集团河津薛虎沟煤业有限责任公司 山西 霍州 031400

1 引言

地质灾害是由于人或自然因素造成的与地质相关灾害，常见的地质灾害有滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝、沉降等，地质灾害发生时常常会伴随着人类的活动，所以严重威胁着我国人民的生命及财产安全。据研究表明，由于我国地域面积较为辽阔，所以我国是地质灾害受损最为严重的国家之一。在我国地质灾害的特点可分为种类多，危害大，分布广，活动频繁等特点，所以地质灾害一旦发生将会造成严重的后果，直接影响人民的生活[1-2]。本文以吕梁山地区为研究背景，对该地的地质灾害形成机制及发生的规律进行必要分析，为保障人民正常生活提供一定的保障。

2 地质灾害分析

研究区域地质位于黄河以东吕梁山西侧，属黄河中游黄土高原地带，受三川河河谷的控制，地势总体上由东南向西北渐次降低。东北缘和西南部分别有东南～西北向的三川河支流切过，因而形成东北、西南低，中间高的地势。大沟谷谷底一般宽十几米，最宽100m左右。地面高程除大沟谷低于950m外，一般在950～1100m之间，最高点在东南部，标高1174m；最低点在西南部沟谷中，标高885m，最大高差289m。地貌类型属梁状黄土丘陵，地形复杂，地面切割剧烈，沟谷纵横，新生界黄土广为覆盖，黄土丘陵绵延起伏，常见有黄土陡崖、黄土峭壁，垂直节理发育。冲沟多呈“V”字型，沟谷两侧及谷底基岩零星裸露。年平均降水量472.3mm，历年降水量最大值632mm，历年降水量最小值为37.44mm；由于受地形的影响，三川河地区全年风向频率最大的主导风向为东北东风，其次为西南西风。黄河沿岸地区又以北风为主导风向。全境风向变化带有明显的季节性，春季多东风，夏季多南风，秋季多西风，冬季多北风。

经过调查，可知主要的地质灾害分为如下四种，分别为不稳定斜坡、崩塌、滑坡、水毁。其中滑坡是最为常见的地质灾害，其根据滑坡物质的组成可以分为覆盖层滑坡、基岩滑坡两种，根据岩层及滑坡面间的关系可分为顺层滑坡、切层滑坡以及同土滑坡。根据滑坡的运动形式可将其分为推移式滑坡和牵引式滑坡；根据滑坡体的厚度又可将其分为浅、中、深层滑坡三种，按照其稳定程度可分为稳定性好、较好和差三种，根据分类依据将矿区发生的23次滑坡进行分类统计。滑坡均是小型滑坡，根据物质组成得出滑坡均为土质滑坡，主要由含碎块的石粉质黏土，在滑移面方面为组合接触面。根据观察滑坡一般为圆弧或者直线状，长短不一，部分侧边界存在少量的剪切变形。滑坡危险性较大，发生滑坡直接威胁到管道沿线人民财产安全。发生滑坡最重要的原因为自然和人为两种，降雨是最重要的自然因素，而人为则是由于堆土及管道建设开挖造成。

对不稳定斜坡进行统计，不稳定斜坡按照规模可以分为小型不稳定斜坡（10万m3以下）、中型稳定斜坡（10到100万m3）、大型不稳定斜坡（大于100万m3）。按照稳定程度分类同样分为稳定性好、较好及不稳定。按照斜坡厚度可分为深层不稳定斜坡（25m以上）、中层不稳定斜坡（10-25m）和浅层不稳定斜坡（小于10m），同样的可以按照斜坡物质可分为基岩不稳定斜坡和土质不稳定斜坡。该区域内共发生不稳定斜坡54次，发生的不稳定斜坡均为小型不稳定斜坡，厚度一般小于 10m，为浅层不稳定斜坡，同时平面呈现为半圆形、舌形、圈椅形、长扇形等状态。不稳定斜坡按照物质由粉质黏土为主，碎石土、块石土次之，为土质不稳定斜坡，大多未形成贯通的滑移结构面，研究区内不稳定斜坡为后缘拉裂缝发育，局部下错变形，坡向与坡体裂隙呈现垂直关系，多为微弧状，长短不一，侧缘变形不明显，侧边界存在少量的剪切变形。不稳定斜坡的成灾规模较小，较为分散性，管理难度较小，但考虑到如果不稳定斜坡进一步发育，此时就好演变为滑坡危害，部分不稳定斜坡也存在影响管道沿线附属设施、人员的安全，所以需要尽早的处理。

崩塌灾害也是地质灾害最为严重的一种，崩塌灾害按照物质组成分为土质和岩质崩塌两种，按照地层与地形关系可分为：崩积土、沉积土、表土层和基岩崩塌，而按照规模分为小、中、大型崩塌，同样根据稳定性分为：稳定性好、较好、不稳定崩塌，按照机理分可倾倒式崩塌、坠落式崩塌、滑移式崩塌。

对研究区域内的坍塌进行分析研究，发现崩塌发生部位多为斜坡大于50 ゜的临空地带，在重量及强降雨软化双重作用下，崩塌发生。同时在一般陡崖地段，由于多组裂缝发育使得遇到强降雨时，此时的裂隙进一步发育，裂缝状态变得又长又宽，直接诱发崩塌。崩塌产生的岩体块度与岩体成分有关，大小分布不均匀，大小混杂，但整体呈现出崩塌距离越远，此时崩塌产生的块径越小，而崩塌距离越近产生的块体块径反而越大，同时从坡脚向上的过程块度变小。研究区内根据崩塌模式分为滑移式、坠落式和倾倒式崩塌三种，在所有发生崩塌问题的区域，近水平段最易发生滑移式崩塌，研究区内崩塌大多为小型崩塌，具有危险性明显的特点，一旦崩塌，危险程度也较大。

3 滑坡机理研究

考虑到滑坡是研究区域内最常见的地质灾害，对其进行过程分析，利用PFC2D软件进行滑坡的过程分析，首先对模型进行建立，赋予颗粒模型的参数，使用传递系数法生成边界墙体（wall）和颗粒（ball）模型。将滑坡原始形态按比例缩小 100 倍。并在坐标：A（5.1，0.9），B（4.0，1.3），C（2.6，1.6），D（1.2，1.9）设置观测点，实时观测滑坡体的运动及破坏情况，模型示意图如1所示。

图1 模型示意图

对监测点的位移变形情况进行分析，分别建立监测点A、B、C、D四点的位移曲线如图2所示。

图2 监测点位移曲线

从图2不统计监测点位移曲线可以看出，监测点C、D只进行了小程度的位移，两者的位移分别为 0.0012m，和6.5×10-6m。而相对的A和B监测点的相对位移量较大，根据监测数据可知，A 点和B点的最大位移量分别为 0.54m、0.18m。同时从A 和 B 监测点位移曲线斜率可以推测出，A、B 两点的相对运动速度相差较大，表面滑坡前缘发生剪切破坏。综合可知：在滑坡体初期，此时的滑坡呈现蠕动变形，考虑到岩体的前缘坡脚处存在陡坎，所以在一定条件下，前缘坡脚处率先发生剪切破坏，出现局部的剪切带，随着时间的不断推移，此时的剪切带不断扩大，同时呈现出向上的牵引趋势，使得坡体前缘向着坡脚进行下滑运动，表现为牵引式渐进破坏，整体变形与实际滑坡变形几乎相似。

4 结束语

本文首先通过对研究区域过往发生的地质灾害进行统计分析，分别对物质组成、目前稳定性、地质灾害规模等方面对研究区内的滑坡、崩塌、不稳定斜坡等地质灾害进行了分类，后又通过PFC2D软件进行滑坡的过程分析，得出了滑坡地质灾害的机理，为后续滑坡地质灾害的控制提供一定的参考。