滑坡監(jiān)測預(yù)報(bào)在露天礦邊坡穩(wěn)定性上的應(yīng)用

姜海波，舒繼森，姬長生，李順才

(1.中國礦業(yè)大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2. 徐州師范大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

滑坡是指場地由于地層結(jié)構(gòu)、河流沖刷、地下水活動(dòng)、人工切坡中各種震動(dòng)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(dòng)的不良地質(zhì)現(xiàn)象。滑坡是僅次于地震災(zāi)害的第二大地質(zhì)災(zāi)害。滑坡災(zāi)害與普通的災(zāi)害有所不同，它具有時(shí)間上的突發(fā)性、空間上的隨機(jī)性，對(duì)于露天礦具有條件上的惡劣性和后果的嚴(yán)重性。對(duì)于滑坡的預(yù)報(bào)，必須具有快速、激動(dòng)、準(zhǔn)確和集成等特點(diǎn)。

滑坡的監(jiān)測方法是一項(xiàng)集地質(zhì)學(xué)、測量學(xué)、力學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、水文氣象學(xué)為一體的綜合性研究方法。從早期的經(jīng)驗(yàn)式預(yù)報(bào)、位移-時(shí)間統(tǒng)計(jì)分析預(yù)報(bào)，到現(xiàn)今多采用的類比分析預(yù)報(bào)法、因果分析預(yù)報(bào)法和統(tǒng)計(jì)分析預(yù)報(bào)。雖然目前監(jiān)測方法還有許多的不足，但不斷的嘗試使得滑坡預(yù)報(bào)的準(zhǔn)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(yù)報(bào)問題

由于工程地質(zhì)條件的復(fù)雜、自然條件的變化，以及人類工程活動(dòng)等因素的隨機(jī)性和不可控性，對(duì)滑坡預(yù)報(bào)做出準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，依然是一個(gè)十分艱難的課題[6]。主要原因有以下幾點(diǎn)：①滑坡形成的因素眾多，破壞方式、變形機(jī)理不同。形成因素的多樣性，造成預(yù)報(bào)的不確定性。②對(duì)滑坡的認(rèn)識(shí)不足，抱有僥幸心理和經(jīng)驗(yàn)心理。同時(shí)，對(duì)于滑坡的預(yù)測也多以時(shí)間預(yù)報(bào)為主，對(duì)于空間的預(yù)報(bào)并沒有建立可靠的監(jiān)測機(jī)制。③對(duì)滑坡的監(jiān)測不足，只有極少數(shù)的邊坡采用長期監(jiān)測，而多數(shù)的滑坡是在未有監(jiān)測的部分發(fā)生。

2 一般滑坡監(jiān)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)的構(gòu)成和工作方式

滑坡監(jiān)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)通常包括以下幾個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集、發(fā)射系統(tǒng)、通訊傳輸平臺(tái)，數(shù)據(jù)資源存儲(chǔ)平臺(tái)、滑坡災(zāi)害信息管理、預(yù)警預(yù)報(bào)平臺(tái)等。其中，數(shù)據(jù)采集、發(fā)射系統(tǒng)，以及相關(guān)的傳感器用來安裝到監(jiān)測現(xiàn)場；其他的接收和分析系統(tǒng)用來在工作站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)的接收和分析處理，根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果進(jìn)行穩(wěn)定狀態(tài)的判斷。

監(jiān)測的方式可以簡單的分為“現(xiàn)象監(jiān)測”和“本質(zhì)監(jiān)測”。“現(xiàn)象監(jiān)測”是對(duì)滑坡出現(xiàn)前所具有的地表變化特征、地下水和周圍動(dòng)植物的異常，如位移、裂縫、水質(zhì)變化等現(xiàn)象所進(jìn)行的監(jiān)測。可以采用全站儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等常規(guī)儀器，或通過深部位移監(jiān)測法、地音監(jiān)測法等方式來進(jìn)行監(jiān)測。“本質(zhì)監(jiān)測”[4]是通過對(duì)滑坡所具有的“下滑力”和“抗滑力”之間的平衡狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，來預(yù)報(bào)滑坡的發(fā)生。

3 針對(duì)露天礦邊坡采用的具體監(jiān)測方法

對(duì)于單一的“現(xiàn)象監(jiān)測”和“本質(zhì)監(jiān)測”，雖然各有自身的特點(diǎn)，但如果單一使用，并不能很好的對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)報(bào)。但簡單的采用兩種方法的總成，雖然對(duì)于監(jiān)測系統(tǒng)而言，具有很好的準(zhǔn)確性，但從經(jīng)濟(jì)效益上來說，產(chǎn)出比勢必要增加很多，資金的投入將增加不少。

對(duì)于露天礦而言，邊坡的穩(wěn)定主要涉及兩個(gè)方面，一個(gè)是采掘現(xiàn)場，另一個(gè)是排土場。兩者邊坡的構(gòu)成不同，采掘現(xiàn)場的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，監(jiān)測和預(yù)報(bào)的難度較大，同時(shí)有作業(yè)人員和設(shè)備的存在，預(yù)報(bào)的準(zhǔn)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(gòu)造簡單，且無大量的人員和設(shè)備，預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性要求較低。

針對(duì)兩種不同邊坡采用不同的監(jiān)測體系和預(yù)報(bào)系統(tǒng)。對(duì)于排土場，可采用簡單的“現(xiàn)象監(jiān)測”，采用對(duì)地表特征監(jiān)測來完成。在預(yù)報(bào)的時(shí)間和空間上，能夠達(dá)到具有一定的提前量和準(zhǔn)確度即可。

對(duì)于采掘現(xiàn)場，由于工作人員和設(shè)備的眾多，對(duì)監(jiān)測的強(qiáng)度、力度和準(zhǔn)確性方面都具有較高的要求。對(duì)于空間的預(yù)測，可以采用多種方式進(jìn)行預(yù)測，如穩(wěn)定系數(shù)法、信息模型法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模糊理論綜合評(píng)判的方法；對(duì)于時(shí)間，可以采用齋藤法、非線性動(dòng)力學(xué)模型和多參數(shù)預(yù)報(bào)、人工智能等多種方法；同時(shí)，結(jié)合“本質(zhì)監(jiān)測”預(yù)測方法對(duì)產(chǎn)生滑坡的“下滑力”和“抗滑力”之間的平衡狀態(tài)機(jī)理進(jìn)行分析，具體可以采用實(shí)地實(shí)驗(yàn)監(jiān)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(yīng)用最早也應(yīng)用最廣。“本質(zhì)監(jiān)測”可以在對(duì)邊坡進(jìn)行模擬分析的基礎(chǔ)上找到危險(xiǎn)段和危險(xiǎn)界面，再進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測。這樣的方法可以大幅度提高監(jiān)測的準(zhǔn)確性，同時(shí)減小監(jiān)測的工作量。

4 結(jié) 論

對(duì)于滑坡的準(zhǔn)確預(yù)測是一個(gè)世界性的難題。本文針對(duì)在露天礦中邊坡的穩(wěn)定性問題，給出了進(jìn)行監(jiān)測預(yù)報(bào)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(jiān)測方法和預(yù)報(bào)措施。對(duì)于作業(yè)人員和設(shè)備較少的排土場邊坡，可以采用技術(shù)含量和難度不高的“現(xiàn)象監(jiān)測”方法；但對(duì)于采場中的邊坡，由于涉及到人員和設(shè)備的安全，則需要采用多種監(jiān)測方法共同進(jìn)行監(jiān)測預(yù)報(bào)的模式，特別是將傳統(tǒng)的監(jiān)測方法和“本質(zhì)監(jiān)測”預(yù)報(bào)方法結(jié)合，利用數(shù)值模型進(jìn)行模擬來提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和針對(duì)性。

[1] 文海家，張永興，柳源.滑坡預(yù)報(bào)國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào).2004(1):1-4，16.

[2] 張志龍.滑坡監(jiān)測預(yù)報(bào)方法研究現(xiàn)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(wěn)定性FLAC模擬[J].露天采礦技術(shù),2007(6):27-30.

[4] 何滿潮.滑坡地質(zhì)災(zāi)害遠(yuǎn)程監(jiān)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)及其工程應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2009,28(6):1081-1091.

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

[6] 張永興，胡居義.文海家滑坡預(yù)測預(yù)報(bào)研究現(xiàn)狀述評(píng)[J].地下空間,2003,23(2):200-222.