周新偉

（四川二八二核地質(zhì)工程有限公司，四川 德陽 618000)

1 引言

通過確定對(duì)地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)敏感因子來采取監(jiān)測(cè)和工程措施，所采取監(jiān)測(cè)和工程治理措施針對(duì)性更強(qiáng)，為經(jīng)濟(jì)、合理的治理地質(zhì)災(zāi)害提供一定參考。

目前分析礦體發(fā)生不穩(wěn)定性敏感因素的方法很多，其中包括倪恒采用正交設(shè)計(jì)方法分析滑坡敏感性[1-3]，夏元友采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析不同影響因子對(duì)災(zāi)害的貢獻(xiàn)值，柴波采用分布函數(shù)的分析方法對(duì)各影響因子的定量評(píng)價(jià)來確定各因素對(duì)礦體穩(wěn)定性的影響程度[4]。并隨著科技的發(fā)展大數(shù)據(jù)開始逐步引入[5]。本文主要結(jié)合通江縣彭家河地區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害的具體特征，采用敏感分析系數(shù)法，分析發(fā)生災(zāi)害各影響因子對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響程度，為災(zāi)害的工程治理提供參考依據(jù)。

2 敏感系數(shù)計(jì)算原理

影響礦體穩(wěn)定性的因素主要包括粘聚力、內(nèi)摩擦角等，其穩(wěn)定系數(shù)可視為多元函數(shù)。

K=f（X1,X2,X3,……，Xn）

上式能夠明確地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生是受多種因素的影響，但不能表明各個(gè)因素對(duì)災(zāi)害的影響程度，采用敏感性分析的方式可以定量確定各因素對(duì)災(zāi)害發(fā)生的貢獻(xiàn)值。

敏感性分析主要是從多個(gè)不確定性因素中逐一找出對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)有重要影響的因子，并分析、測(cè)算其對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的敏感性程度[6，7]。

SAF=△A/A/△F/F

△A/A：評(píng)價(jià)指標(biāo)的變動(dòng)比率；

△F/F：不確定因素的變化率。

結(jié)合實(shí)例進(jìn)行敏感性分析的可采用如下步驟；首先應(yīng)確定敏感性的分析指標(biāo)，采用折線法對(duì)礦體的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，確定敏感性分析指標(biāo)的目標(biāo)值。

然后選取不確定因素，結(jié)合工程實(shí)例和工程背景，選取影響作用較大的因素，并計(jì)算不確定因素變化時(shí)對(duì)分析指標(biāo)的影響程度。

在進(jìn)行單個(gè)因素的敏感性分析中，應(yīng)保證其他的影響因子不變，依次類推，逐步變動(dòng)其他影響因素，最后確定敏感性因素大小，采取更具有針對(duì)性的工程治理措施，以提高治理方案的有效性。

3 工程地質(zhì)條件

根據(jù)對(duì)四川地區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)生區(qū)域野外勘查，該礦體滑落縱坡長(zhǎng)60m-100m，橫向?qū)挾?0m～150m，相對(duì)高差38m，坡度約20°，面積1.1×104m2，平均厚度約8m，體積約8.8×104m3，屬小型牽引式土質(zhì)滑坡，滑帶位于基覆界面土石交界處。

勘查區(qū)內(nèi)主要出露白堊系下統(tǒng)白龍組（K1b）和第四系地層（Q），第四系地層主要為崩坡積物、災(zāi)害發(fā)生后的堆積物，沖洪積物，人工雜填土。

區(qū)內(nèi)地層巖性特征由新至老描述如下：

3.1 第四系松散堆積層 （Q）

第四系全新統(tǒng)Q4

（1）滑坡堆積物（Q4del），主要分布于斜坡中下部，為塊石土，棕紅色，可塑，濕潤(rùn)，干強(qiáng)度高，切面光滑，韌性好，含10%～60%的砂巖塊碎石，粒徑5cm～25cm，棱角狀。

（2）第四系人工雜填土（Q4ml），主要分布于斜坡下部，棕紅色，可塑，濕潤(rùn)，切面光滑，韌性好，含40%～70%的砂巖塊碎石，棱角狀。

（3）崩坡積物（Q4col），主要分布于斜坡上，為塊石，灰色，粒徑1m～5m，棱角狀。

3.2 白堊系下統(tǒng)白龍組 （K1b）

（1）砂巖：灰褐色，中風(fēng)化-微風(fēng)化，厚層狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)狀15°∠8°，主要成分為粉砂，含少量粘土礦物及泥質(zhì)膠結(jié)物，巖芯較完整，呈短柱狀，節(jié)理裂隙發(fā)育。

（2）粉砂質(zhì)泥巖：棕紅色，中風(fēng)化-微風(fēng)化，厚層狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)狀15°∠8°，主要成分為粘土礦物及少量砂質(zhì)膠結(jié)物，巖芯較完整，多呈長(zhǎng)柱狀。

4 計(jì)算模型原理

4.1 計(jì)算模型的確定

本次研究根據(jù)斜坡特性采用折線法作為穩(wěn)定性計(jì)算模型，采用條塊法對(duì)礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)土體進(jìn)行逐一分割。從災(zāi)害易發(fā)區(qū)域礦體的結(jié)構(gòu)分析，構(gòu)成潛在滑面的巖土體具有工程性質(zhì)存在明顯差異的特征[8]。

采用折線法計(jì)算礦體穩(wěn)定性，不確定性因素選取粘聚力、內(nèi)摩擦角和土體重度等，地震作用采用定值，加速度取0.15，研究區(qū)域條塊劃分如下：

圖1 滑坡推力計(jì)算模型

表1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算初始值

4.2 計(jì)算方法的確定

運(yùn)用折線法進(jìn)行礦山邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，穩(wěn)定性計(jì)算公式如下：

式中：

式中：

ψj—第i塊的剩余下滑力傳遞至第i+1塊時(shí)的傳遞系數(shù)（j=i），

Wi—第i條塊的重量（KN/m）；

Ci—第i條塊內(nèi)聚力（KPa）；

Φi—第i條塊內(nèi)摩擦角（°）；

Li—第i條塊滑面長(zhǎng)度（m）；

αi—第i條塊滑面傾角（°）；

βi—第i條塊地下水線與滑面的夾角（°）；

A—地震加速度（重力加速度g）；

Kj—穩(wěn)定系數(shù)

5 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生因素敏感性分析

5.1 礦體粘聚力敏感性分析

圖2 粘聚力與穩(wěn)定系數(shù)關(guān)系圖

對(duì)礦區(qū)邊坡土體粘聚力通過鉆孔取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)并結(jié)合數(shù)據(jù)的反演來確定，粘聚力8.7kPa，然后采用折線法計(jì)算礦體的穩(wěn)定性系數(shù)1.1327，依次計(jì)算粘聚力變化在5.7kPa～20.7kPa范圍間礦體的穩(wěn)定系數(shù)。計(jì)算結(jié)果顯示，穩(wěn)定系數(shù)1.0547-1.44485，粘聚力變化對(duì)應(yīng)的礦體穩(wěn)定性敏感系數(shù)SAF=0.02601。根據(jù)粘聚力變化與對(duì)應(yīng)的敏感系數(shù)變化規(guī)律顯示，在自然工況下，隨著土體粘聚力的增大，礦體易發(fā)生災(zāi)害的穩(wěn)定性隨著線性增大。對(duì)暴雨工況，礦震工況和暴雨與礦震耦合工況下，均呈現(xiàn)線性增大，SAF=0.02525，SAF=0.02414，SAF=0.02344，其敏感性逐步下降。

5.2 礦山邊坡土體內(nèi)摩擦角敏感性分析

對(duì)邊坡土體粘聚力通過鉆孔取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)并結(jié)合數(shù)據(jù)的反演來確定，內(nèi)摩擦角為15.7kPa，然后采用折線法計(jì)算礦體的穩(wěn)定性系數(shù)1.1327，依次計(jì)算粘聚力變化在12.7kPa～27.7kPa范圍間的穩(wěn)定系數(shù)，礦體的穩(wěn)定系數(shù)0.95034-1.94542。根據(jù)敏感性計(jì)算公式，內(nèi)摩擦角變化對(duì)應(yīng)的礦體穩(wěn)定性敏感系數(shù)SAF=0.06080-0.06772。粘聚力變化與對(duì)應(yīng)的敏感系數(shù)變化規(guī)律顯示，隨著內(nèi)摩擦角的增大，礦山邊坡的穩(wěn)定性呈現(xiàn)上凹正相關(guān)增大。對(duì)暴雨工況，礦震工況和暴雨與礦震耦合工況下，變化規(guī)律一致，SAF=0.05959-0.06570，SAF=0.05595-0.06225，SAF=0.05486-0.06041，其敏感性逐步下降。

圖3 內(nèi)摩擦角與穩(wěn)定系數(shù)關(guān)系圖

5.3 礦區(qū)土體容重敏感性分析

圖4 容重與穩(wěn)定系數(shù)關(guān)系圖

對(duì)土體容重通過鉆孔取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)并結(jié)合數(shù)據(jù)的反演來確定，容重20.7KN/M3，飽和容重21.7KN/M3，然后采用折線法計(jì)算礦體的穩(wěn)定性系數(shù)1.1327，依次計(jì)算容重變化在17.7kPa～27.7kPa范圍間邊坡土體穩(wěn)定系數(shù)。計(jì)算結(jié)果顯示，礦體的穩(wěn)定性變化1.17108-1.07554，根據(jù)敏感性計(jì)算公式，容重變化對(duì)應(yīng)的礦體穩(wěn)定性敏感系數(shù)SAF=0.00817-0.01278，根據(jù)容重變化與對(duì)應(yīng)的敏感系數(shù)變化規(guī)律顯示，隨著容重的增大，礦體的穩(wěn)定性隨著逐步減小。對(duì)暴雨工況，礦震工況和暴雨與礦震耦合工況下，均呈現(xiàn)下凹負(fù)相關(guān)減小，SAF=0.00678-0.01049，SAF=0.00758-0.01187，SAF=0.00629-0.00974，其敏感性逐步下降。

6 結(jié)論

通過對(duì)四川地區(qū)礦山易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害邊坡土體的重度、粘聚力、內(nèi)摩擦角等方面的敏感性分析，得出影響該礦體穩(wěn)定性的主要因子，為采取有效的工程治理措施提供參考依據(jù)，結(jié)論如下：

（1）根據(jù)對(duì)彭家河地質(zhì)災(zāi)害的敏感性分析，按照敏感度的大小進(jìn)行排列，影響彭家河礦體穩(wěn)定性的因素依次為內(nèi)摩擦角、粘聚力、土體容重。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，土體容重對(duì)碎石土的穩(wěn)定性影響較小。

（2）根據(jù)內(nèi)摩擦角的敏感性分析，敏感系數(shù)從0.06080逐漸到0.06772，對(duì)碎石土類滑落的穩(wěn)定性影響隨著內(nèi)摩擦角的增大敏感系數(shù)逐漸增大。

（3）礦山邊坡土體容重對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響隨著容重增大而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，敏感系數(shù)絕對(duì)值SAF=0.00678下降到0.01049，碎石土滑落的穩(wěn)定性系數(shù)呈微向下凹的拋物線型減小。

（4）計(jì)算結(jié)果表明：在自然工況、暴雨工況、礦震工況和暴雨+地震耦合作用下，同等條件其敏感系數(shù)逐步下降。

（5）礦山邊坡土體內(nèi)摩擦角對(duì)碎石穩(wěn)定性的影響敏感性最大，在采取工程措施中，應(yīng)積極提高滑面內(nèi)摩擦角，其次考慮提高滑帶土粘聚力的工程措施。

該研究思路可為我國(guó)西南地區(qū)礦山地質(zhì)災(zāi)害治理工作提供一定的參考，為采用針對(duì)性的治理措施提供依據(jù)；地質(zhì)災(zāi)害的影響因素很多，包括礦震力、降雨、巖性、地下水變化等，其他因素變化對(duì)礦體敏感性因子影響有待于進(jìn)一步分析研究。