四川地区矿山地质灾害的敏感性因子影响研究—通江县彭家河滑坡为例

周新伟

（四川二八二核地质工程有限公司，四川 德阳 618000)

1 引言

通过确定对地质灾害引发敏感因子来采取监测和工程措施，所采取监测和工程治理措施针对性更强，为经济、合理的治理地质灾害提供一定参考。

目前分析矿体发生不稳定性敏感因素的方法很多，其中包括倪恒采用正交设计方法分析滑坡敏感性[1-3]，夏元友采用人工神经网络分析不同影响因子对灾害的贡献值，柴波采用分布函数的分析方法对各影响因子的定量评价来确定各因素对矿体稳定性的影响程度[4]。并随着科技的发展大数据开始逐步引入[5]。本文主要结合通江县彭家河地区矿山地质灾害的具体特征，采用敏感分析系数法，分析发生灾害各影响因子对滑坡稳定性的影响程度，为灾害的工程治理提供参考依据。

2 敏感系数计算原理

影响矿体稳定性的因素主要包括粘聚力、内摩擦角等，其稳定系数可视为多元函数。

K=f（X1,X2,X3,……，Xn）

上式能够明确地质灾害的发生是受多种因素的影响，但不能表明各个因素对灾害的影响程度，采用敏感性分析的方式可以定量确定各因素对灾害发生的贡献值。

敏感性分析主要是从多个不确定性因素中逐一找出对评价指标有重要影响的因子，并分析、测算其对评价指标的敏感性程度[6，7]。

SAF=△A/A/△F/F

△A/A：评价指标的变动比率；

△F/F：不确定因素的变化率。

结合实例进行敏感性分析的可采用如下步骤；首先应确定敏感性的分析指标，采用折线法对矿体的稳定性进行计算，确定敏感性分析指标的目标值。

然后选取不确定因素，结合工程实例和工程背景，选取影响作用较大的因素，并计算不确定因素变化时对分析指标的影响程度。

在进行单个因素的敏感性分析中，应保证其他的影响因子不变，依次类推，逐步变动其他影响因素，最后确定敏感性因素大小，采取更具有针对性的工程治理措施，以提高治理方案的有效性。

3 工程地质条件

根据对四川地区矿山地质灾害易发生区域野外勘查，该矿体滑落纵坡长60m-100m，横向宽度80m～150m，相对高差38m，坡度约20°，面积1.1×104m2，平均厚度约8m，体积约8.8×104m3，属小型牵引式土质滑坡，滑带位于基覆界面土石交界处。

勘查区内主要出露白垩系下统白龙组（K1b）和第四系地层（Q），第四系地层主要为崩坡积物、灾害发生后的堆积物，冲洪积物，人工杂填土。

区内地层岩性特征由新至老描述如下：

3.1 第四系松散堆积层 （Q）

第四系全新统Q4

（1）滑坡堆积物（Q4del），主要分布于斜坡中下部，为块石土，棕红色，可塑，湿润，干强度高，切面光滑，韧性好，含10%～60%的砂岩块碎石，粒径5cm～25cm，棱角状。

（2）第四系人工杂填土（Q4ml），主要分布于斜坡下部，棕红色，可塑，湿润，切面光滑，韧性好，含40%～70%的砂岩块碎石，棱角状。

（3）崩坡积物（Q4col），主要分布于斜坡上，为块石，灰色，粒径1m～5m，棱角状。

3.2 白垩系下统白龙组 （K1b）

（1）砂岩：灰褐色，中风化-微风化，厚层状结构，产状15°∠8°，主要成分为粉砂，含少量粘土矿物及泥质胶结物，岩芯较完整，呈短柱状，节理裂隙发育。

（2）粉砂质泥岩：棕红色，中风化-微风化，厚层状结构，产状15°∠8°，主要成分为粘土矿物及少量砂质胶结物，岩芯较完整，多呈长柱状。

4 计算模型原理

4.1 计算模型的确定

本次研究根据斜坡特性采用折线法作为稳定性计算模型，采用条块法对矿区地质灾害易发土体进行逐一分割。从灾害易发区域矿体的结构分析，构成潜在滑面的岩土体具有工程性质存在明显差异的特征[8]。

采用折线法计算矿体稳定性，不确定性因素选取粘聚力、内摩擦角和土体重度等，地震作用采用定值，加速度取0.15，研究区域条块划分如下：

图1 滑坡推力计算模型

表1 滑坡稳定性计算初始值

4.2 计算方法的确定

运用折线法进行矿山边坡稳定性计算，稳定性计算公式如下：

式中：

式中：

ψj—第i块的剩余下滑力传递至第i+1块时的传递系数（j=i），

Wi—第i条块的重量（KN/m）；

Ci—第i条块内聚力（KPa）；

Φi—第i条块内摩擦角（°）；

Li—第i条块滑面长度（m）；

αi—第i条块滑面倾角（°）；

βi—第i条块地下水线与滑面的夹角（°）；

A—地震加速度（重力加速度g）；

Kj—稳定系数

5 地质灾害发生因素敏感性分析

5.1 矿体粘聚力敏感性分析

图2 粘聚力与稳定系数关系图

对矿区边坡土体粘聚力通过钻孔取样进行室内试验并结合数据的反演来确定，粘聚力8.7kPa，然后采用折线法计算矿体的稳定性系数1.1327，依次计算粘聚力变化在5.7kPa～20.7kPa范围间矿体的稳定系数。计算结果显示，稳定系数1.0547-1.44485，粘聚力变化对应的矿体稳定性敏感系数SAF=0.02601。根据粘聚力变化与对应的敏感系数变化规律显示，在自然工况下，随着土体粘聚力的增大，矿体易发生灾害的稳定性随着线性增大。对暴雨工况，矿震工况和暴雨与矿震耦合工况下，均呈现线性增大，SAF=0.02525，SAF=0.02414，SAF=0.02344，其敏感性逐步下降。

5.2 矿山边坡土体内摩擦角敏感性分析

对边坡土体粘聚力通过钻孔取样进行室内试验并结合数据的反演来确定，内摩擦角为15.7kPa，然后采用折线法计算矿体的稳定性系数1.1327，依次计算粘聚力变化在12.7kPa～27.7kPa范围间的稳定系数，矿体的稳定系数0.95034-1.94542。根据敏感性计算公式，内摩擦角变化对应的矿体稳定性敏感系数SAF=0.06080-0.06772。粘聚力变化与对应的敏感系数变化规律显示，随着内摩擦角的增大，矿山边坡的稳定性呈现上凹正相关增大。对暴雨工况，矿震工况和暴雨与矿震耦合工况下，变化规律一致，SAF=0.05959-0.06570，SAF=0.05595-0.06225，SAF=0.05486-0.06041，其敏感性逐步下降。

图3 内摩擦角与稳定系数关系图

5.3 矿区土体容重敏感性分析

图4 容重与稳定系数关系图

对土体容重通过钻孔取样进行室内试验并结合数据的反演来确定，容重20.7KN/M3，饱和容重21.7KN/M3，然后采用折线法计算矿体的稳定性系数1.1327，依次计算容重变化在17.7kPa～27.7kPa范围间边坡土体稳定系数。计算结果显示，矿体的稳定性变化1.17108-1.07554，根据敏感性计算公式，容重变化对应的矿体稳定性敏感系数SAF=0.00817-0.01278，根据容重变化与对应的敏感系数变化规律显示，随着容重的增大，矿体的稳定性随着逐步减小。对暴雨工况，矿震工况和暴雨与矿震耦合工况下，均呈现下凹负相关减小，SAF=0.00678-0.01049，SAF=0.00758-0.01187，SAF=0.00629-0.00974，其敏感性逐步下降。

6 结论

通过对四川地区矿山易发生地质灾害边坡土体的重度、粘聚力、内摩擦角等方面的敏感性分析，得出影响该矿体稳定性的主要因子，为采取有效的工程治理措施提供参考依据，结论如下：

（1）根据对彭家河地质灾害的敏感性分析，按照敏感度的大小进行排列，影响彭家河矿体稳定性的因素依次为内摩擦角、粘聚力、土体容重。对比发现，土体容重对碎石土的稳定性影响较小。

（2）根据内摩擦角的敏感性分析，敏感系数从0.06080逐渐到0.06772，对碎石土类滑落的稳定性影响随着内摩擦角的增大敏感系数逐渐增大。

（3）矿山边坡土体容重对滑坡稳定性的影响随着容重增大而呈现下降趋势，敏感系数绝对值SAF=0.00678下降到0.01049，碎石土滑落的稳定性系数呈微向下凹的抛物线型减小。

（4）计算结果表明：在自然工况、暴雨工况、矿震工况和暴雨+地震耦合作用下，同等条件其敏感系数逐步下降。

（5）矿山边坡土体内摩擦角对碎石稳定性的影响敏感性最大，在采取工程措施中，应积极提高滑面内摩擦角，其次考虑提高滑带土粘聚力的工程措施。

该研究思路可为我国西南地区矿山地质灾害治理工作提供一定的参考，为采用针对性的治理措施提供依据；地质灾害的影响因素很多，包括矿震力、降雨、岩性、地下水变化等，其他因素变化对矿体敏感性因子影响有待于进一步分析研究。