农一师电力公司煤矿岩质崩塌发育特征及稳定性评价

许雷涛，何剑波

(1.新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091；2.甘肃省地矿局水文地质工程地质勘察院，甘肃 张掖 734000)



农一师电力公司煤矿岩质崩塌发育特征及稳定性评价

许雷涛1，何剑波2

(1.新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091；2.甘肃省地矿局水文地质工程地质勘察院，甘肃 张掖 734000)

崩塌是新疆农一师电力公司煤矿的主要地质灾害，是地层组合、地貌特征、水动力特性及地震等因素耦合的结果。根据危岩体失稳破坏的模式，可将危岩破坏模式分为滑移式破坏、倾倒式破坏和拉裂式破坏3类。农一师电力公司煤矿区内岩质崩塌破坏的主要荷载有危岩体自重、天然状态的裂隙水压力、暴雨状态的裂隙水压力和地震力，可以构成3种荷载组合。据此，运用极限平衡理论及岩体结构理论建立了岩质崩塌破坏的计算模型，并对3类变形破坏模式的稳定性进行了计算，为岩质崩塌灾害的治理提供了理论依据。

崩塌；发育特征；破坏模式；稳定性；农一师煤矿

崩塌是斜坡变形破坏的三种类型之一，具有发生突然、下落速度快以及形成倒石堆的特点，是地质条件、地理环境与人文社会环境综合作用的产物[1]。根据前期调研，农一师电力公司煤矿研究区内岩质潜在崩塌灾害规模均属中-小型，但是由于没有采取任何有效防治措施，加之研究区内过往人群较多，致使危险边坡发生崩塌后将直接威胁坡体下过往的居民生命财产、道路、河流及其他设施。因此，在以往研究成果的基础上，结合研究区岩质崩塌灾害的发育特征，对区内岩质崩塌灾害的稳定性进行评价[2-4]，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。

1　岩质崩塌发育特征

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。根据现场调查，研究区内发育的地质灾害类型为崩塌，具体可划分为土质崩塌和岩质崩塌，本文主要以研究区内岩质崩塌为研究对象，对其破坏模式和稳定性进行评价。该研究区内岩质崩塌灾害共发育有6处，其中，BT02、BT04、BT06、BT07和BT10为潜在崩塌灾害点，BT03为已发生崩塌灾害点。下面对BT10岩质潜在崩塌的发育特征进行分析。

BT10岩质潜在崩塌分布于K0+360至 K0+440段距山体坡脚约90m山体坡面上的Ⅳ号危岩带，为自然岩质斜坡，整体呈东西向分布，坡度73°，坡向229°，边坡长约77 m，坡宽在6～15 m，平均宽度10 m，相对坡高在17～27 m，平均高度22 m，如图1所示，结合三维扫描结果可知体积约16 940 m3，如图2所示。

BT10岩质潜在崩塌出露地层为侏罗系砂岩、砾岩，地层产状为70°∠27°，呈厚层状。据调查访问，2010年一次发生崩塌规模体积约240 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。依据《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， BT10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BT10岩质潜在崩塌类型属倾倒式崩塌。

图1　BT10岩质潜在崩塌图

图2　BT10三维扫描影像

BT10岩质潜在崩塌西部明显发育两组优势裂隙结构面：第一组裂隙产状为0°∠80°，是一组与边坡坡向相反的陡倾裂隙，间距0.3～0.9 m，裂缝宽为1～6 cm；第二组裂隙产状110°∠7°，是一组与边坡坡向近似垂直的缓倾角裂隙，间距0.4～1.5 m，裂缝宽一般为0.2～10 cm；第三组裂隙产状70°∠27°，是一组与边坡坡向相交的缓倾角裂隙，间距0.3～0.5 m，裂缝宽一般为1～3 cm。这三组裂隙裂隙面较粗糙，局部贯通，结合性差，以粉土、岩石碎屑物填充。

以上仅对BT10岩质潜在崩塌的发育特征进行了详细描述，其他5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

从表1中可以看出，从崩塌破坏方式分析，可将研究区岩质崩塌分为倾倒式、拉裂式、滑移式崩塌三种破坏模式，其中，BT02和BT10灾害点为倾倒式破坏，BT04、BT06和BT07灾害点为拉裂式破坏，BT03为滑移式破坏。

2　岩质崩塌稳定性计算

2.1荷载计算

1) 荷载类型

岩质崩塌体自重：指崩塌体的天然容重和体积的乘积；

孔隙水压力：主要指降雨或融雪产生的静水压力；

地震力：主要为水平地震力。

2) 荷载组合

滑移式破坏：天然状态、天然状态+降雨(融雪)、天然状态+地震。主要指岩质崩塌BT03。

倾倒式破坏：根据《工程地质手册》推荐的方法，考虑各种附加力的最不利组合，即静水压力+水平地震力。主要指岩质潜在崩塌BT02、BT10。

拉裂式破坏：由于《工程地质手册》中对于拉裂式崩塌计算模型没有涉及降雨、融雪、地震影响因素，因此只计算天然状态。主要指岩质潜在崩塌BT04、BT06和BT07。

2.2计算方法

1)滑移式崩塌破坏计算模型

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F为：

(1)

式中： Fs为滑动面上的抗滑力；Fr为滑动面上的滑动力。

2)拉裂式崩塌破坏计算模型

倾倒式破坏计算采用《岩土勘察设计手册》与《工程地质手册》(第四版)中推荐的计算模型进行分析。其崩塌体的抗倾覆稳定性系数K可按下式计算：

(2)

式中：f为静水压力(kN)；h0为水位高，暴雨时等于岩体高(m)；h为岩体高(m)；W为崩塌体重力(kN)；F为水平地震力(kN)。

3)滑移式崩塌

综合《工程地质手册》(第四版)与《岩土工程勘察手册》中对拉裂式危岩体的计算说明，得出本项目中危岩拉裂式破坏计算依据。

如危岩体断面上尚未出现裂隙，则稳定性按下式(3)计算：

(3)

如果危岩体断面处已存在裂缝，则稳定性按下式(4)计算：

(4)

以上两式中：l为岩体长度(m)；h为岩体厚度(m)；a为裂隙深度(m)；γ为岩体重度(kN/m3)；σ拉为岩石允许抗拉强度(kPa)。

3　岩质崩塌稳定性分析

3.1计算参数取值

根据地勘结果，本文运用《岩土勘察设计手册》与《工程地质手册》中推荐的计算模型对每个岩质崩塌灾害进行了计算，其稳定性计算的基本参数取值分别见表2、表3与表4所示。

表2　滑移式危岩体计算模型参数表

表3　倾倒式危岩体计算模型参数表

表4　拉裂式危岩体计算模型参数表

表5　崩塌危岩体稳定性计算结果表

3.2计算结果分析

以表2、表3和表4中计算参数的选取，本文运用《岩土勘察设计手册》与《工程地质手册》中推荐的计算模型对每个岩质崩塌灾害进行了计算，其稳定性的计算结果见表5所示。

从表5中崩塌危岩体稳定性计算结果可以看出，岩质潜在崩塌BT02、BT10处于欠稳定状态，各岩质崩塌在工况Ⅱ条件下，处于不稳定状态；工况Ⅲ条件下，处于不稳定状态，需要及时采取治理措施。

4　结语

(1) 农一师电力公司煤矿岩质崩塌目前共发育有6处，规模上属于中小型，其中，BT02、BT04、BT06、BT07和BT10为潜在崩塌灾害点，BT03为已发生崩塌灾害点。但是由于没有采取任何有效防治措施，加之研究区内过往人群较多，致使危险边坡发生崩塌后将直接威胁坡体下过往的居民生命财产、道路、河流及其他设施。

(2)崩塌的岩体结构与失稳方式具有相关性，从崩塌破坏方式角度分析，可将研究区岩质崩塌分为倾倒式、拉裂式、滑移式崩塌三种破坏模式，其中，BT02和BT10灾害点为倾倒式破坏，BT04、BT06和BT07灾害点为拉裂式破坏，BT03为滑移式破坏。

(3)通过建立岩质崩塌灾害破坏方式的计算模型，在选取计算参数的基础上对崩塌危岩体的稳定性进行了计算，结果表明：岩质潜在崩塌BT02、BT10处于欠稳定状态，各岩质崩塌在工况Ⅱ条件下，处于不稳定状态；工况Ⅲ条件下，处于不稳定状态，需要及时采取治理措施。

[1]潘懋,李铁峰. 灾害地质学[M]. 北京大学出版社.2012.

[2]滕宏泉, 张新宇. 黄土地区崩塌灾害变形特征及稳定性分析—以陕西永寿仪井镇王家庄黄土崩塌为例[J]. 地质灾害与环境保护.2015, 26(1):25-29.

[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].2006.

Study on the development characteristics and stability evaluation of the electric power company coal mine in First Agricultural Division

XU Lei-tao1，HE Jian-bo2

(1.No.1 Hydrologeology and Engineering Geology Team of Bureau of Geology Mineral Resources Exploration of Xinjiang, Rumqi 830091,China；2.Institute of Hydrogeology and Engineering Geology Bureau of Geology Mineral Resources Exploration of Gansu,Zhangye 734000,China)

It is the main geological hazard in the the electric power company coal mine.land fall is the result from disorder interaction of multi-factors such as geologic strata, geomorphologic characteristics, fissure water pressure and earthquake, etc. According to the modes of development of land fall, it is divided into three basic types in this paper: toppling,Sliding,and pull-splitting. The main loads to cause land fall in the reservoir are weight of unstable rock, fissure water in nature, fissure water in strong precipitation and earthquake force. There are three types of load combination. According to both unstable rock model and load combination the stability calculation method is developed through limit equilibrium theory and rock mass structure theory.

Land fall；Development characteristics；Stability evaluation；The First Agricultural Division coal

2016-03-21

许雷涛(1988-)，男，陕西咸阳人，助理工程师，主要从事水文地质、工程地质和环境地质方面的工作。

P642.21

A

1004-1184(2016)04-0243-03