杜衛(wèi)衛(wèi)

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉 735000）

地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的原因有很多，包括人類活動和內(nèi)部地質(zhì)力量的作用，導(dǎo)致區(qū)域表面發(fā)生變化的自然現(xiàn)象，其中滑坡地質(zhì)災(zāi)害較為嚴(yán)重。人類活動已成為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生最強大的誘因。人類造成的地質(zhì)災(zāi)害對全球環(huán)境的變化具有重大的影響。預(yù)防人為地質(zhì)災(zāi)害已成為目前環(huán)境監(jiān)控的關(guān)鍵一環(huán)。礦山滑坡的主要原因是陡峭山脊的巖石和土壤在重力作用下通過各種自然作用（例如地球物理作用，生物作用，人類活動和各種地形拼接等）滑落的過程[1]。我國由于地形原因很容易發(fā)生山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，一旦發(fā)生了類似滑坡的地質(zhì)災(zāi)害會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。

隨著資源過度地開發(fā)，礦山滑坡災(zāi)害發(fā)生的越來越頻繁。經(jīng)過研究表明，礦山滑坡地質(zhì)災(zāi)害能通過改變自然因素和人為因素來適當(dāng)?shù)膶㈩l率降低。如果礦區(qū)污染嚴(yán)重，而恰逢雨季降雨較多，則可能發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害[2]。還有一部分原因是有些人在不允許被開采的山脈上進行了開采，導(dǎo)致山脈被嚴(yán)重的破壞，從而影響了山脈的穩(wěn)定性，導(dǎo)致礦山滑坡災(zāi)害不斷發(fā)生。傳統(tǒng)的礦山滑坡數(shù)值模擬的精確度低，不能很好地解決現(xiàn)有的問題，面對這種情況，需要對礦山滑坡中的地質(zhì)特征數(shù)值模擬進行設(shè)計，使礦山滑坡地址數(shù)值模擬更精確。

1 礦山滑坡中的地質(zhì)特征數(shù)值模擬方法設(shè)計

1.1 選取礦山滑坡數(shù)值模擬模型

研究滑坡模型的相關(guān)巖石組成對數(shù)值模擬分析來說是一個關(guān)鍵步驟，這一步驟描述了外部荷載條件下巖石材料的應(yīng)變關(guān)系。由于巖石和土壤材料的力學(xué)性能和多樣性都存在很大差異，因此，需要采用Midas/GTS巖土施工模型，來滿足各種工程分析中的需求。

由表1可知，這些都是Midas/GTS模型中的模型特征，這些特征在研究礦山滑坡的數(shù)值模擬模型方面都非常重要，研究了本次的工程，對比表中的特征，決定選取莫爾一庫倫模型來進行本次數(shù)值模擬模型的建設(shè)[3]。

表1 Midas/GTS本構(gòu)模型

1.2 計算礦山滑坡數(shù)值模型參數(shù)

選取正確的模型材料和抗滑樁，每種材料至少都要選取三組，包括各種各樣的黃土組石。參考相關(guān)的數(shù)據(jù)來模擬現(xiàn)有狀態(tài)進行數(shù)值參數(shù)模型的計算，利用公式（1）：

其中φ代表樁身轉(zhuǎn)角，Δx代表穩(wěn)定安全系數(shù)，y0代表土的內(nèi)摩擦角，y代表樁計算截面距滑面長度該處樁前、后抗滑樁模擬側(cè)壓應(yīng)力如公式（2）所示：

其中BP代表樁的計算寬度，m代表地基穩(wěn)定性系數(shù)，M0代表樁旋轉(zhuǎn)中心距滑動面長度，Q0代表穩(wěn)定性系數(shù)，My為前、后抗滑樁模擬側(cè)壓應(yīng)力。

由公式（1）、（2）計算出礦山滑坡數(shù)值模擬模型參數(shù)如下表2所示。

表2 礦山滑坡數(shù)值模型參數(shù)

模型中的各個單元相互作用要提前注意，設(shè)置安全數(shù)值和參數(shù)進行預(yù)處理。

1.3 礦山滑坡數(shù)值模型范圍劃分

在建立二維模型的過程中，礦山橫截面模型的后邊緣延伸到發(fā)生滑坡的斜坡盆地，而前緣延伸到外礦井底部的平緩區(qū)域谷。滑坡范圍需要從表面的形狀和地形線確定。橫截面模型在X方向上的長度大約為400m，在Y方向上的高度大約為150m，并且模型的地板高度是在最高海拔處獲取的，然后除以垂直高度差，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和鉆探數(shù)據(jù)，在選取模型時可分別選取多種材料的防滑樁[4]。

為了更準(zhǔn)確地反映滑坡帶的工程地質(zhì)單位，需要將滑移帶視為薄弱帶。每個井眼具有不同的滑移帶厚度，對此進行了統(tǒng)一和簡化。對于1.0m的網(wǎng)格模型，由于其具有網(wǎng)格密集的特點，需要格外設(shè)計單位長度，并且還需要根據(jù)線性梯度對與滑動區(qū)域接觸的地質(zhì)邊界進行網(wǎng)格化。最后將防滑樁以接觸元件的形式加載到模型中。

1.4 礦山滑坡數(shù)值模擬邊界設(shè)定

所設(shè)置的邊界需要滿足左右垂直邊界在X方向上受約束，下部水平邊界在X和Y方向上受約束。所設(shè)計的傾斜表面是自由邊界，劃分礦山滑坡數(shù)值模型的范圍后，需要設(shè)置數(shù)值模擬邊界。

1.5 礦山滑坡中的地質(zhì)特征數(shù)值模擬

正常工況下礦山斷面的數(shù)值模擬結(jié)果如圖1所示。按照選定的辦法將系數(shù)折算出來，得出此次模擬整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

圖1 礦山斷面的數(shù)值模擬結(jié)果

對以上數(shù)值模擬結(jié)果，進行綜合分析，結(jié)果表明，在正常工作條件下，滑坡前緣不穩(wěn)定后，僅保留了主體滑動體，前緣變?yōu)楦叨盖偷那氨砻?，非常不利于穩(wěn)定性。其次，在滑動體中，發(fā)生得滑動非常不穩(wěn)定。與礦區(qū)之間的數(shù)值分析結(jié)果比較，可以看出，當(dāng)前緣不穩(wěn)定時，主滑動體只產(chǎn)生很小的滑動。如果在此時改變狀態(tài)，位移和變形將會大大增加，最大滑移量超過了六十厘米。通過比較，得知前輔助滑動體對后主滑動體具有非常大的防滑作用，盡管前輔助滑動體處于完全不變的位置，但在蠕變變形階段和正常工作條件下，滑動體的該部分存在都維持了主滑動體部分的穩(wěn)定性。

2 數(shù)值模擬應(yīng)用測試

在上述部分完成礦山滑坡中的地質(zhì)特征數(shù)值模擬的設(shè)計部分，應(yīng)用此方法展開測試，對比此方法與原有傳統(tǒng)方法的使用差異。

2.1 測試環(huán)境指標(biāo)

考慮前文所設(shè)計礦山滑坡數(shù)值模擬方案和礦山滑坡數(shù)值模擬結(jié)果，對滑坡體和抗滑樁進行安放后開挖。

開挖分兩級邊坡進行，抗滑樁設(shè)計時設(shè)樁處推力依據(jù)表3所示，將所有抗滑樁布設(shè)于滑體較薄的主滑體兩側(cè)。

表3 斷面主滑面下滑推力計算表

2.2 測試結(jié)果

為了驗證此次設(shè)計的礦山滑坡中的地質(zhì)特征數(shù)值模擬方法的精準(zhǔn)度，與傳統(tǒng)礦山滑坡中的地質(zhì)特征數(shù)值模擬方法進行了對比，從數(shù)值模擬的精準(zhǔn)度來進行對比，選取5個隨機地區(qū)，對地質(zhì)特征數(shù)值模擬的兩種方法進行對比，結(jié)果如表4所示。

表4 傳統(tǒng)方法與本方法地質(zhì)特征模擬數(shù)值對比

由表4的對比可知，所設(shè)計的地質(zhì)特征數(shù)值模擬方法在精確值方面優(yōu)于傳統(tǒng)的地質(zhì)特征數(shù)值模擬方法，具有一定的推廣意義。

3 結(jié)語

綜上所述。礦產(chǎn)行業(yè)在我國占有重要的位置，為了保證其穩(wěn)定發(fā)展，本文針對礦山滑坡中的地質(zhì)特征數(shù)值模擬進行了設(shè)計，進行了實驗演示，以確認(rèn)這次設(shè)計的方法的有效性。通過實驗比較，可以看出，此次設(shè)計的礦山滑坡地質(zhì)特征數(shù)值模擬方法比現(xiàn)有方法具有更準(zhǔn)確，更實用的應(yīng)用價值，希望這項研究有助于評估和管理淺層地質(zhì)災(zāi)害，促進采礦業(yè)，以及我國經(jīng)濟的發(fā)展。