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        農(nóng)一師電力公司煤礦土質(zhì)崩塌發(fā)育特征及穩(wěn)定性評價(jià)

        2017-03-08 05:11:00王化兵
        地下水 2017年1期
        關(guān)鍵詞:石層土質(zhì)隱患

        王化兵

        (新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì),新疆 烏魯木齊 830091)

        農(nóng)一師電力公司煤礦土質(zhì)崩塌發(fā)育特征及穩(wěn)定性評價(jià)

        王化兵

        (新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì),新疆 烏魯木齊 830091)

        崩塌是農(nóng)一師電力公司煤礦的主要地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)危巖體失穩(wěn)破壞的模式,研究區(qū)主要發(fā)育為滑移式破壞。農(nóng)一師電力公司煤礦內(nèi)土質(zhì)崩塌破壞的主要荷載有危巖體自重、暴雨?duì)顟B(tài)的裂隙水壓力和地震力,可以構(gòu)成3種荷載組合。建立土質(zhì)崩塌破壞的穩(wěn)定性計(jì)算模型,并對其穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算,為崩塌災(zāi)害的防治工程設(shè)計(jì)提供參數(shù)。

        崩塌;發(fā)育特征;形成條件;穩(wěn)定性;農(nóng)一師煤礦

        農(nóng)一師電力公司煤礦區(qū)位于溫宿縣城東北克其克庫孜巴依河中游西側(cè),距314國道65 km,距阿克蘇市115 km,距溫宿縣110 km。其中勘查一區(qū)位于礦區(qū)東部約1.5 km處,區(qū)內(nèi)道路為通往礦區(qū)的簡易路,公路北側(cè)為不穩(wěn)定斜坡,坡度較陡,行走艱難;勘查二區(qū)位于礦區(qū)內(nèi),區(qū)內(nèi)有一水泥路,交通便利。

        研究區(qū)屬大陸型干旱氣候區(qū),年氣溫變化大,年平均氣溫在7.6℃~11.5℃之間;區(qū)內(nèi)發(fā)育有一條由差異性風(fēng)化和雨洪水沖蝕形成的克其克庫孜巴依河流經(jīng)礦區(qū)東北部,為研究區(qū)內(nèi)唯一常年性河流。根據(jù)前期調(diào)研,勘查一區(qū)內(nèi)發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害類型為崩塌,可劃分為土質(zhì)崩塌和巖質(zhì)崩塌,其中土質(zhì)崩塌包括漂石層崩塌和碎石層崩塌,而勘查二區(qū)內(nèi)發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害類型為土質(zhì)崩塌(塌岸)。因此,本文在以往研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害條件,主要對土質(zhì)崩塌災(zāi)害的發(fā)育特征和穩(wěn)定性進(jìn)行分析和評價(jià)[1-4],可以為防治工程提供設(shè)計(jì)參數(shù),同時(shí)也為該地區(qū)類似防災(zāi)減災(zāi)工程提供科學(xué)的理論基礎(chǔ)。

        圖1 BT09漂石層潛在崩塌

        1 土質(zhì)崩塌發(fā)育特征

        研究區(qū)內(nèi)土質(zhì)崩塌災(zāi)害共發(fā)育有4處,均為潛在崩塌災(zāi)害點(diǎn),編號分別為:BT01、BT05、BT08和BT09。下面對BT09巖質(zhì)潛在崩塌的發(fā)育特征進(jìn)行分析。

        BT09漂石層潛在崩塌分布于Ⅲ號危巖帶,K0+040至K0+140段山體第一斜坡帶的坡頂,為自然土質(zhì)斜坡。整體呈南北向分布于道路北側(cè)約90 m的山坡上,坡度59°,坡向97°,邊坡長約130 m,寬在6~30 m之間,如圖1所示。通過物探和實(shí)測地質(zhì)剖面得知其厚度在5~15 m之間,平均厚度10 m,結(jié)合三維掃描結(jié)果可知體積約19 500 m3,如圖2所示。根據(jù)調(diào)查訪問,2010年一次發(fā)生崩塌規(guī)模體積約1 200 m3,現(xiàn)場調(diào)查時(shí)未發(fā)現(xiàn)崩塌堆積物,崩塌堆積物可能已被修護(hù)路人員清理。

        圖2 BT09三維掃描影像

        BT09漂石塊度(長×寬×高)多為0.3×0.25×0.2~0.8×0.5×0.6 m,最大可達(dá)1.2×1.0×0.8 m。潛在崩塌體明顯凸露,漂石單體體積大小不一,且有部分漂石單體凸出坡體外,前緣臨空,搖搖欲墜,處于崩落的臨界狀態(tài),在雨水沖刷、地震和人類工程活動的影響下即可誘發(fā)漂石崩塌滾落,對坡腳下的道路、過往的行人和車輛構(gòu)成很大威脅。

        根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006)關(guān)于崩塌規(guī)模級別劃分標(biāo)準(zhǔn), BT09崩塌規(guī)模等級屬中型。根據(jù)其中對崩塌分類及特征劃分依據(jù),判定BT09漂石層崩塌類型屬滑移式崩塌。

        以上僅對BT09土質(zhì)潛在崩塌的發(fā)育特征進(jìn)行了詳細(xì)描述,其他3處崩塌地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的發(fā)育特征具體如表1所述。

        表1 巖質(zhì)崩塌災(zāi)害發(fā)育特征與破壞模式

        2 土質(zhì)崩塌形成條件

        2.1 氣象、水文條件

        研究區(qū)漂石層崩塌主要發(fā)生在融雪和降雨季節(jié)。大氣降水對崩塌的影響主要體現(xiàn)在對坡面的沖刷作用,使坡面漂石底部被掏蝕,破壞了漂石的平衡穩(wěn)定狀態(tài),從而形成崩塌。另外,大氣降水入滲土體后凍脹作用可造成漂石層結(jié)構(gòu)松散,為崩塌發(fā)生創(chuàng)造物質(zhì)條件。

        2.2 地形地貌條件

        地形地貌條件對崩塌災(zāi)害的形成起著非常重要的作用。研究區(qū)在地貌上屬中山區(qū)河谷地貌,受河流切割作用的影響,形成了頂部巖面平緩前緣陡傾的下伏基巖起伏形態(tài)。漂石層覆蓋其上前緣臨空,成為區(qū)內(nèi)崩塌形成的重要條件。此外,漂石分布于修路人工切坡而形成的陡立邊坡上,前緣臨空,危險(xiǎn)性邊坡坡頂與坡腳高差8~15 m,最高危巖體與道路路面高差可達(dá)90 m,坡向97°~140,坡度55°~59°。

        2.3 地層巖性條件

        研究區(qū)邊坡上部覆蓋厚度5~15 m的第四系中更新統(tǒng)冰水沉積漂石,直接覆蓋在侏羅系砂巖、頁巖地層之上,構(gòu)成了崩塌的物質(zhì)來源,是崩塌發(fā)生與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。

        2.4 地震作用

        地震是地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)因素之一,其誘發(fā)作用表現(xiàn)為兩個(gè)方面:一是觸發(fā)效應(yīng),地震作用使接近臨界穩(wěn)定狀態(tài)的漂石瞬間失穩(wěn)發(fā)生崩塌;二是累積效應(yīng),地震作用使邊坡漂石層結(jié)構(gòu)松動,為降水沖刷創(chuàng)造條件,促使斜坡發(fā)生累進(jìn)性失穩(wěn)破壞。

        2.5 地質(zhì)構(gòu)造條件

        地質(zhì)構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動在區(qū)域上控制著地貌形態(tài),并為崩塌的發(fā)生提供了地形地貌基礎(chǔ),同時(shí)地層不整合接觸構(gòu)造面控制了崩塌的空間位置,基座階地的形成是新構(gòu)造運(yùn)動的體現(xiàn)。近期的構(gòu)造運(yùn)動在勘查區(qū)內(nèi)的總體特征是:以間歇性升降運(yùn)動為主的差異性塊斷升降運(yùn)動,對研究區(qū)內(nèi)崩塌災(zāi)害的形成有一定的影響。

        2.6 人類工程活動

        研究區(qū)內(nèi)人類工程活動強(qiáng)烈,近年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、煤礦建設(shè)力度的增大和托木爾峰旅游景區(qū)的進(jìn)一步開發(fā),使得在研究區(qū)內(nèi)活動的人數(shù)不斷增加,加上過往人群對地質(zhì)災(zāi)害及其危害認(rèn)識不足,從而使得地質(zhì)災(zāi)害造成財(cái)產(chǎn)損失及人員傷亡的可能性增大。

        3 土質(zhì)崩塌穩(wěn)定性分析

        3.1 穩(wěn)定性計(jì)算模型

        3.1.1 漂石層崩塌穩(wěn)定性計(jì)算模型

        根據(jù)漂石失穩(wěn)破壞的可能模式,判定勘查一區(qū)漂石以滑移式崩塌為主,主要為BT01和BT09崩塌隱患?;剖奖浪捎谩痘路乐喂こ炭辈橐?guī)范》(DZ/T0218-2006)中滑移式崩塌計(jì)算模型進(jìn)行驗(yàn)算[5]。其滑移式計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)為:

        式中:Fs為滑動面上的抗滑力;Fr為滑動面上的滑動力。

        3.1.2 碎石層崩塌穩(wěn)定性計(jì)算模型

        根據(jù)勘查結(jié)果,碎石層斜坡巖性為碎石,結(jié)構(gòu)松散,整體坡體結(jié)構(gòu)視為單層結(jié)構(gòu),主要為BT05和BT08崩塌隱患。斜坡穩(wěn)定性評價(jià)利用理正巖土計(jì)算5.6版邊坡穩(wěn)定分析軟件采用瑞典條法自動搜索潛在最不利結(jié)構(gòu)面,然后采用瑞典條分法計(jì)算不同工況的穩(wěn)定系數(shù)和推力,采用簡化畢肖普法進(jìn)行校核,計(jì)算不同工況的穩(wěn)定系數(shù)和推力。根據(jù)現(xiàn)場測量與調(diào)查成果,選取典型剖面建立模型。

        根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006),穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式為:

        式中:Kf為穩(wěn)定性系數(shù);Wi為第i條塊的重量(kN/m);Ci為第i個(gè)條塊內(nèi)聚力(kPa);φi為第i個(gè)條塊內(nèi)摩擦角(°);αi為第i條塊滑面傾角(°);A為地震加速度(g)。

        3.3 計(jì)算參數(shù)取值

        根據(jù)地勘結(jié)果,本文對漂石層崩塌和碎石層崩塌的穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià),其穩(wěn)定性計(jì)算的基本參數(shù)取值分別見表2所示。

        表2 滑移式危巖體計(jì)算模型參數(shù)表

        3.4 計(jì)算結(jié)果分析

        以表2中計(jì)算參數(shù)的選取,本文對漂石層崩塌和碎石層崩塌的穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià),其穩(wěn)定性的計(jì)算結(jié)果見表3和4所示。

        表3 漂石層崩塌穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

        表4 碎石層崩塌穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

        從表3和4中可以看出,漂石層崩塌隱患點(diǎn)BT01在工況Ⅰ條件下處于欠穩(wěn)定狀態(tài),而在工況Ⅱ和工況Ⅲ條件下處于不穩(wěn)定狀態(tài);漂石層崩塌隱患點(diǎn)BT09在三種工況條件下均處于不穩(wěn)定狀態(tài),需要及時(shí)采取治理措施。碎石層崩塌隱患點(diǎn)BT05在工況Ⅰ條件下處于穩(wěn)定狀態(tài),而在工況Ⅱ條件下處于欠穩(wěn)定狀態(tài);碎石層崩塌隱患點(diǎn)BT08在兩種工況條件下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

        4 結(jié)語

        (1)研究區(qū)土質(zhì)崩塌災(zāi)害隱患點(diǎn)目前共發(fā)育有4處。其中,BT01和BT09屬于漂石層崩塌隱患點(diǎn),而BT05和BT08屬于碎石層崩塌隱患點(diǎn);在崩塌規(guī)模方面,4處崩塌災(zāi)害隱患點(diǎn)均為中小型;在崩塌破壞模式方面,4處崩塌災(zāi)害隱患點(diǎn)均為滑移式破壞。

        (2)地質(zhì)災(zāi)害的形成機(jī)制包括內(nèi)因和外因兩個(gè)方面,它們相互聯(lián)系、相互補(bǔ)充,并由各種因素綜合確定的。其中內(nèi)因方面的因素包括地質(zhì)構(gòu)造因素、地層巖性因素、地形地貌因素等,外因方面的因素包括地震、持續(xù)強(qiáng)降雨、融雪入滲、水流沖刷作用和人類工程活動等。通過對條件說明研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件是比較脆弱,在持續(xù)強(qiáng)降雨、融雪、地震和人為破壞影響下,為崩塌災(zāi)害的發(fā)育提供了有利條件。

        (3)在對研究區(qū)土質(zhì)崩塌發(fā)育特征和形成條件分析的基礎(chǔ)上,建立了漂石層崩塌和碎石層崩塌的穩(wěn)定性計(jì)算模型,研究結(jié)果表明:碎石層崩塌隱患點(diǎn)BT05在工況Ⅰ條件下處于穩(wěn)定狀態(tài),而在工況Ⅱ條件下處于欠穩(wěn)定狀態(tài);碎石層崩塌隱患點(diǎn)BT08在兩種工況條件下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。漂石層崩塌隱患點(diǎn)BT01在工況Ⅰ條件下處于欠穩(wěn)定狀態(tài),而在工況Ⅱ和工況Ⅲ條件下處于不穩(wěn)定狀態(tài);漂石層崩塌隱患點(diǎn)BT09在三種工況條件下均處于不穩(wěn)定狀態(tài),需要及時(shí)采取治理措施。

        [1]王延貴,匡尚富.河岸臨界崩塌高度的研究[J].水利學(xué)報(bào).2007, 38(10):1158-1165.

        [2]張管宏.交河故城崖體穩(wěn)定性及崩塌機(jī)理研究[D].蘭州大學(xué).2007.

        [3]王克銘.貴州省黔西南某小型水庫庫岸邊坡穩(wěn)定性研究分析[J].地下水.2013,35(2):91-92.

        [4]張旭光, 張永軍, 張黎. 蘭州市西固區(qū)河口鎮(zhèn)八盤村崩塌穩(wěn)定性分析[J].地下水.2015,37(5):210-213.

        [5]中國地質(zhì)調(diào)查局.滑坡防治工程勘查規(guī)范(DZ/T0218-2006)[S].20000.

        2016-08-14

        王化兵(1986-),男,四川羅江人,工程師,主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)工作。

        P642.4

        B

        1004-1184(2017)01-0151-02

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