露天矿边坡形变影响因素研究

王文军+李静涛

摘 要：本文深入研究了影响矿区边坡形变的内部因素和诱发因素，并以平朔安家岭露天矿北帮边坡为例，结合地层岩性、边坡坡度、坡向、地表切割度、地形起伏度以及气象因素等，进行了形变影响因素格网化数据统计，从研究区域形变各主控因素之间的关系和联系、数据特点以及可视化角度对边坡形变因素进行了研究及总结。

关键词：矿山边坡形变监测；地基干涉雷达；影响因素

中图分类号：TD824 文献标志码：A

矿区边坡形变影响因素研究一直是广大研究学者着重研究的重要热点课题。本文通过对研究区域进行危险性评价来分析致灾可能，主要的判断依据包括主控因素（地质构造、地层岩性、地形地貌、地表覆盖等），同时也要结合一些诱发因素（降雨、人类工程活动），深入研究各影响因素的特征和特点，为地面灾害的预防预测提供新的思路和方法。

1 边坡形变影响因素分析

在对内部因素规律的研究中，岩层岩性决定了岩石的软硬程度及成因，从整体边坡的构成上决定了边坡的稳定性。地形地貌因素作为最基本的自然地理要素，也一直受到研究者的重视。依据反映地表信息的空间结构层面，可将主要的地形因素划分为微观因子和宏观因子。微观因子包括坡度和坡向等，它们所描述的是地面具体点位的地形信息特征；宏观因子包括地形起伏度和地表切割深度等，它们所描述的是一定区域的地形特征。选取分析的影响因素主要包括地质影响因素和地形地貌影响因素。其中，地质影响因素选取了地层岩性分布信息；地形地貌因素主要包括：坡度、坡向、地形起伏度以及地表切割度等因素。降雨量、人类工程活动等诱发因素是边坡发生形变乃至发生地质灾害的诱因，也是短期发生地质灾害的主要影响因素。

2 内部因素分析

2.1 地层岩性

根据该研究矿区提供的地层综合柱状图等地质资料，获取安家岭北端帮地层岩性、累深以及地层属性等信息，结合研究矿区地层综合柱状图、地基雷达监测数据以及相关地质资料，确定了安家岭露天矿区北端帮岩体的累深、高程以及对应的岩性类别，见表1。安家岭北帮边坡按照格网划分的研究区域岩性分布统计数据，如图1所示。

2.2 地形因素

2.2.1 坡度

地形地貌是影响斜坡稳定性主控因素之一，其中坡度是描述地形地貌的一个重要参数。滑坡与坡度间存在密不可分的联系，坡度是滑坡，尤其是浅层堆积物滑坡发生的一个重要内在条件。从目前研究情况来看，对滑坡与坡度间关系认识得不是很明确，普遍认为随着坡度的增加，越容易发生滑坡，但事实情况并非如此，大量的统计已表明易发生滑坡的坡度约在20°～50°。根据安家岭矿北帮DEM数据，分析获取该研究区域边坡的最大坡度为62.2742°。按照格网对研究区域的坡度进行了统计分析研究，将获取的坡度数据分为4级，按照格网划分的研究区域坡度数据如图2所示。

2.2.2 坡向

坡向定义为坡面法线在水平面上的投影的方向，坡向对于边坡生态有着较大的作用。边坡的方位对日照时数和太阳辐射强度有影响。利用ArcGIS把坡向分为9种坡向，划分的详细范围见表2。按照格网划分的研究区域坡向数据如图3所示。

2.3 地表切割度

地表切割度是指地面某点的领域范围的平均高程与该领域范围内的最小高程的差值。可用以下公式表示：

D=Hmean-Hmin （1）

式（1）中，D是指地面每一点的地表切割度，Hmean指一个固定分析窗口内的平均高程，Hmin指一个固定分析窗口内的最低高程。地表切割度是反映地表受外力作用或其他影响，使地面形态发生的垂直变化，如沟壑、坑穴、陡崖、滑坡等微地貌形态，该指标反映了地表受外界影响发生变化后的破碎程度，破碎程度对边坡的稳定性有一定的影响。图4为安家岭露天矿北帮边坡按照格网划分的研究区域地表切割度数据。

2.4 地形起伏度

地形起伏度是指在一个特定的区域内，最高点海拔高度与最低点海拔高度的差值，其数值对边坡的稳定性有一定的影响。按照实际矿山情况，把北帮边坡地形起伏度划分为<3.0，3.0-6.0，6.0-9.0，9.0-12.0，12.0-14.9。最终获取了按照格网划分的研究区域地形起伏度數据，如图5所示，从图中可以看出，矿山边坡实际环境中易于发生滑坡等地面灾害的边坡坡体区域的地形起伏度明显高于露天矿坑和平盘区域。

2.5 地形高程

高程因素也是影响滑坡灾害发生的一个重要因素。随着边坡高程的增加，坡体应力值会随之增加；随着边坡高程的增加，不同高程范围温度不同，导致植被覆盖不同，人类开采活动种类和强度也不同；随着边坡高程的增加，滑坡发生崩塌滑坡等地质灾害的势能也不同。因此，本文也将高程作为一个影响边坡稳定性的因素，并对研究区域的高程信息按照数据格网进行了统计，并按照格网划分的研究区域高程数据，如图6所示。

3 诱发因素分析

诱发条件是在基础地质环境条件的基础上，导致边坡失稳的诱发因素，主要包括使边坡应力条件改变和导致岩土强度改变的因素，主要包括降雨、侵蚀、风化、地下水水位变动、地震、水库水位涨落、人类工程活动、土地利用变化等自然和人为的相对动态变化因素，其中有些属于突发性因素，有些属于缓变性因素。根据诱发条件的动力源差异将诱发条件划分为4个类别：气象、水的作用、人类工程活动和地质灾害，其中，降雨和人类工程活动是相对普遍的诱发因素。

3.1 降雨因素

露天矿矿区边坡地面灾害大量发生在雨后、雨季和解冻时期，水是影响边坡稳定性的重要因素。安家岭露天矿属典型的温带半干旱大陆性季风气候区，冬春干旱少雨、寒冷、多风，夏秋降水集中、温凉少风。区内年平均降雨量为428.2mm～449.0mm，最高年降水757.4mm，最低年降水195.6mm，降水集中分布在7、8、9三个月，占全年总降水量的75%。这种降雨的集中性对边坡稳定却是很不利的。

在气象因素中，降雨影响因素能够显著的影响矿山边坡形变程度。从降雨造成的地表径流角度考虑，一方面，地表径流是冲刷矿山边坡的主要外力因素。地表雨水冲刷侵蚀着边坡坡面和坡脚，并且形成地表径流。另一方面，雨水渗透将会增加孔隙水压力，使得土壤的黏结力和阻尼力降低。因此，降雨能够导致矿山边坡滑坡的发生。图7为降雨对边坡滑坡影响机理。

3.2 人类工程活动因素

如矿山工程切割边坡下部强度低的沿层面、弱层，边坡下部超挖，边坡内有地下开采活动等都会影响边坡的稳定性。当边坡下部有地下开采活动时，会破坏边坡岩体的完整性，引起边坡的沉陷、冒落、滑动等，其影像程度应综合地下开采的位置、规模、开采时间、边坡地质条件等进行具体分析。

结语

由于露天矿边坡高、岩体多变、地质构造及水文条件复雜、服务年限不同、矿山工程活动多样，因而其稳定性影响因素非常复杂。矿区边坡形变影响因素的研究，使我们更加了解影响边坡发生形变的各种内部和外部因素，掌握边坡的稳定性，依据边坡稳定性以及边坡影响因素，对露天矿边坡进行滑坡危险性等级划分，能够降低灾害发生概率以及灾害的破坏程度，防止灾害性滑坡发生，为露天矿安全生产提供了理论依据。

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