贵州省水城县尖山营不稳定斜坡致灾预测与风险评估研究

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尖山营不稳定斜坡位于贵州省六盘水市,属于中低山地貌,由于受构造侵蚀强烈,导致尖山营地形叠宕起伏,区域地形南西高北东低,出露岩层为飞仙关组砂岩及龙潭组砂岩,斜坡岩体结构面发育,斜坡结构为软硬互层。尖山营不稳定斜坡底部多年来煤层重复开采,一直处于整体变形中,但至今没有发生整体破坏。因此本文以贵州省水城县尖山营不稳定斜坡为研究对象,通过野外勘察、收集斜坡煤层开采资料等手段,查明了不稳定斜坡的坡体结构、变形机制以及斜坡稳定性影响因素、采空区分布情况及变形破坏情况,结合现场监测数据,对不稳定斜坡的稳定性现状进行定性分析,并应用FLAC3D有限元软件对斜坡稳定性进行定量分析,依据监测数据采用时间序列分析方法对斜坡进行致灾预测。通过数值模拟的方法,分析斜坡失稳路径及影响范围,对斜坡的危险性与易损性进行分析,并计算出斜坡的风险值,取得的主要成果如下:(1)通过对研究区详细调查,以及对相关资料的分析,查明了尖山营不稳定斜坡的基本特征及斜坡体内煤层采空区分布特征。研究区坡体总体呈倾向北西的“V”字形,在北东侧陡坎斜坡呈平缓反倾坡内的层状结构。坡体内采空区分布较广,使得斜坡变形十分明显,斜坡裂缝发育,坡体顶部有着大小不一的35条裂缝。在斜坡北侧于2020年9月15日发生局部滑坡,属于浅表层土质滑坡。(2)通过对不稳定斜坡稳定性影响因素的总结分析,分析了不稳定斜坡的变形机制。不稳定斜坡整体变形破坏变形机制为“冒落沉陷-拉裂-蠕滑”;2020年9月15日发生局部滑坡的变形破坏机制为“冒落沉陷-蠕滑-拉裂”。(3)采用现场监测与数值模拟相结合的方法,获得了尖山营不稳定斜坡的稳定性现状。根据不稳定斜坡的监测数据分析,截至2020年9月最大地表位移变化出现在不稳定斜坡的南侧GPS03监测点,达到2.084×10~3mm,变化最大的地裂缝出现在LF03监测点,达到7.593×10~2mm,得到不稳定斜坡位移变化主要受到煤层采动的影响,斜坡目前处于蠕滑状态中。(4)采用时间序列分析方法,对不稳定斜坡位移变化情况进行预测。利用MATLAB软件构建函数拟合了时间序列中的趋势项、周期项函数,进一步获得了合位移预测函数,对比合位移预测数据与实测数据,拟合优度R~2在0.9573~0.999之间,验证了预测函数的合理性。(5)采用单体滑坡风险评估方法,获得了不稳定斜坡的风险评估结果。通过离散元软件UDEC对斜坡失稳过程的模拟,预测不稳定斜坡以滑坡的形式破坏,得到斜坡在天然工况下最大滑移距离为3.15m,影响范围为4512.3m~2,在暴雨工况下最大滑移距离为6.36m,影响范围为9345.8m~2,在暴雨+地震工况下最大滑移距离为243.4m,影响范围为444969.2m~2;根据对影响范围内的承灾体价值统计,得到影响范围内建筑物总价值为3772.8万元,公路总价值为58.32万元,耕地林地总价值为114.29万元。综合尖山营不稳定斜坡危险性和易损性分析,得到人员伤亡的风险值为50人,处于滑坡灾害社会接受水平曲线中不可接受范围,得到财产损失风险值为2558.72万元,在经济损失风险等级划分中处于第5级。
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