滑坡監測預報在露天礦邊坡穩定性上的應用

姜海波，舒繼森，姬長生，李順才

(1.中國礦業大學 礦業工程學院，江蘇 徐州 221116；2. 徐州師范大學 機電工程學院，江蘇 徐州 221116)

滑坡是指場地由于地層結構、河流沖刷、地下水活動、人工切坡中各種震動等因素的影響，致使部分或全部土體(或巖體)在重力作用下，沿著地層軟弱面(或軟弱帶)整體向下滑動的不良地質現象。滑坡是僅次于地震災害的第二大地質災害。滑坡災害與普通的災害有所不同，它具有時間上的突發性、空間上的隨機性，對于露天礦具有條件上的惡劣性和后果的嚴重性。對于滑坡的預報，必須具有快速、激動、準確和集成等特點。

滑坡的監測方法是一項集地質學、測量學、力學、數學、物理學、水文氣象學為一體的綜合性研究方法。從早期的經驗式預報、位移-時間統計分析預報，到現今多采用的類比分析預報法、因果分析預報法和統計分析預報。雖然目前監測方法還有許多的不足，但不斷的嘗試使得滑坡預報的準確性和快速性均得到了較大地提升[1-5]。

1 露天礦存在的預報問題

由于工程地質條件的復雜、自然條件的變化，以及人類工程活動等因素的隨機性和不可控性，對滑坡預報做出準確的預報，依然是一個十分艱難的課題[6]。主要原因有以下幾點：①滑坡形成的因素眾多，破壞方式、變形機理不同。形成因素的多樣性，造成預報的不確定性。②對滑坡的認識不足，抱有僥幸心理和經驗心理。同時，對于滑坡的預測也多以時間預報為主，對于空間的預報并沒有建立可靠的監測機制。③對滑坡的監測不足，只有極少數的邊坡采用長期監測，而多數的滑坡是在未有監測的部分發生。

2 一般滑坡監測預報系統的構成和工作方式

滑坡監測預報系統總體結構通常包括以下幾個部分：數據采集、發射系統、通訊傳輸平臺，數據資源存儲平臺、滑坡災害信息管理、預警預報平臺等。其中，數據采集、發射系統，以及相關的傳感器用來安裝到監測現場；其他的接收和分析系統用來在工作站進行實時監測數據的接收和分析處理，根據監測的結果進行穩定狀態的判斷。

監測的方式可以簡單的分為“現象監測”和“本質監測”。“現象監測”是對滑坡出現前所具有的地表變化特征、地下水和周圍動植物的異常，如位移、裂縫、水質變化等現象所進行的監測。可以采用全站儀、經緯儀、水準儀等常規儀器，或通過深部位移監測法、地音監測法等方式來進行監測。“本質監測”[4]是通過對滑坡所具有的“下滑力”和“抗滑力”之間的平衡狀態進行監測，來預報滑坡的發生。

3 針對露天礦邊坡采用的具體監測方法

對于單一的“現象監測”和“本質監測”，雖然各有自身的特點，但如果單一使用，并不能很好的對邊坡的穩定性進行監測和預報。但簡單的采用兩種方法的總成，雖然對于監測系統而言，具有很好的準確性，但從經濟效益上來說，產出比勢必要增加很多，資金的投入將增加不少。

對于露天礦而言，邊坡的穩定主要涉及兩個方面，一個是采掘現場，另一個是排土場。兩者邊坡的構成不同，采掘現場的地質構造復雜，監測和預報的難度較大，同時有作業人員和設備的存在，預報的準確性要求很高。而排土場不同，其是由剝離的土層和巖石組成，構造簡單，且無大量的人員和設備，預報的準確性要求較低。

針對兩種不同邊坡采用不同的監測體系和預報系統。對于排土場，可采用簡單的“現象監測”，采用對地表特征監測來完成。在預報的時間和空間上，能夠達到具有一定的提前量和準確度即可。

對于采掘現場，由于工作人員和設備的眾多，對監測的強度、力度和準確性方面都具有較高的要求。對于空間的預測，可以采用多種方式進行預測，如穩定系數法、信息模型法以及神經網絡法、模糊理論綜合評判的方法；對于時間，可以采用齋藤法、非線性動力學模型和多參數預報、人工智能等多種方法；同時，結合“本質監測”預測方法對產生滑坡的“下滑力”和“抗滑力”之間的平衡狀態機理進行分析，具體可以采用實地實驗監測和模擬分析的方法。模擬分析是基于有限單元法理論之上的分析方法，其應用最早也應用最廣。“本質監測”可以在對邊坡進行模擬分析的基礎上找到危險段和危險界面，再進行實地監測。這樣的方法可以大幅度提高監測的準確性，同時減小監測的工作量。

4 結 論

對于滑坡的準確預測是一個世界性的難題。本文針對在露天礦中邊坡的穩定性問題，給出了進行監測預報的方法。按照露天礦中邊坡種類的不同，可以分別采取不同監測方法和預報措施。對于作業人員和設備較少的排土場邊坡，可以采用技術含量和難度不高的“現象監測”方法；但對于采場中的邊坡，由于涉及到人員和設備的安全，則需要采用多種監測方法共同進行監測預報的模式，特別是將傳統的監測方法和“本質監測”預報方法結合，利用數值模型進行模擬來提高預報的準確性和針對性。

[1] 文海家，張永興，柳源.滑坡預報國內外研究動態及發展趨勢[J].中國地質災害與防治學報.2004(1):1-4，16.

[2] 張志龍.滑坡監測預報方法研究現狀[J].江蘇國土資源，2002(11):24-27.

[3] 王功海，白潤才，曹蘭柱.元寶山露天煤礦排土場邊坡穩定性FLAC模擬[J].露天采礦技術,2007(6):27-30.

[4] 何滿潮.滑坡地質災害遠程監測預報系統及其工程應用[J].巖石力學與工程學報,2009,28(6):1081-1091.

[5] 李榮偉，侯恩科，劉天林.基于三維數值模擬的露天煤礦復合邊坡穩定性分析[J].煤田地質與勘探,2008,36(2):45-51.

[6] 張永興，胡居義.文海家滑坡預測預報研究現狀述評[J].地下空間,2003,23(2):200-222.