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[关键词]地质灾害;类型;诱因;预防措施;贵州省
[中图分类号]P694
[文献标识码]A
[文章编号]1672—5158(2013)05—0457—01
1.贵州主要的矿山地质灾害类型
1.1矿山滑坡
贵州省矿山滑坡以浅层松散层滑坡为主,岩质滑坡较少。主要诱因为坡脚开挖及坡面加载、露天开采削坡不当、采空区沉降引起的地表陡坡失稳、固体废弃物堆放不合理等。已发生的矿山滑坡灾害造成的经济损失达2.16亿元。
1.2崩塌(危岩)
崩塌灾害是省内矿山灾害中最常见也是威胁最大的灾种。这类灾害突发性强,危害性大,不易防范。诱因多为采矿引起的斜坡岩土体应力分布特征的变化。在贵州省,主要发生在地形切割强烈的西部产煤区,常见于“上硬下软”这一特殊岩性组合地层。因采矿诱发的崩塌灾害,造成的直接经济损失达1.2亿元。
1.3泥石流
贵州地形地貌复杂,地形切割大,山高谷深,地质环境脆弱。采矿弃渣堆放不合理及尾矿库坝设计、修筑不合理等,在强降雨条件下易形成泥石流灾害。
滑坡和崩塌这类矿山地质灾害,不仅分布于煤矿山,而且也多见于非煤矿山。它常发育在水流不畅、河床狭窄的中小河流的复杂山体脚下。这些复杂山体的地质结构由上硬下软的岩体组成,特别是位于地形较陡的逆向坡脚的煤矿山,极易发生这类地质灾害,以织纳矿区和毕节地区较为常见。位于上硬下软复杂山体之下的开阳洋水河矿区西南段的崩塌、滑坡规模较大,且屡见不鲜。
2地质灾害诱发因素分析
我省地处云贵高原向东部平原过渡的斜坡地带,地形切割强烈,山高坡陡,沟壑纵横;省境内地壳表层以沉积岩为主,地质构造强烈,基岩节理裂隙发育,山体边坡稳定性差;气候湿润多雨,降雨集中,雨源性水系发育,水土流失严重;上述自然地理、地质构造、气候环境客观上决定了我省是地质灾害的多发区。近年来随着“西部大开发”的启动,水利工程、矿山开发、公路、铁路及城市建设日益兴盛,各种自然因素和人为因素造成的地质灾害频频发生,加大了我省地质灾害发生的范围和影响。
2.1暴雨是我省地质灾害的主要天然诱因
我省雨量充沛,降雨量和雨季均集中于舂夏之交,暴雨和特大暴雨是诱发地质灾害的主要天然动力。从时间上看,我省地质灾害全年均有发生,多集中在每年的4—8月,其中降雨最丰富的5 7月,灾害发生的次数最为频繁,造成突发性重、特大地质灾害的时间也主要集中到这段时期。
2.2各种工程活动是我省地质灾害的人为诱因
由于贵州省特殊的自然地理环境、地质构造条件和气候条件,地质灾害的多样性和多发性不可避免,但人类在经济建设活动中自觉不自觉地违背自然规律破坏自然环境则是造成恶性地质灾害的另一重要诱因。
综上所述,贵州省地质灾害发生的主要特点是:(1)灾害发生的点多、面广、频率高,危害性大。(2)灾种类型相对较单一,主要是滑坡、泥石流和崩塌等斜坡岩土体运动灾害,发生时间相对较集中;(3)暴雨、特大暴雨是导致灾害发生的主要天然诱因;(4)修路、采石采矿等活动中违背自然规律是导致灾害发生的人为诱因。
3地质灾害的预防措施建议
人类历史,是从必然王国向自由王国发展的历史。人类为了生存与发展所进行的各种生产活动一方面促进了经济发展和社会繁荣,另一方面又必然改变自然地理环境而诱发、产生新的地质灾害,给人民的生命财产和经济建设造成损失。地质灾害的发生客观上不可避免,但人类可以通过对地质灾害的形成、发展和演化规律的认识,采取符合客观自然规律的防范措施,最大限度地减少地质灾害的发生和最大限度地减轻地质灾害造成的损失。对地质灾害的防治工作应和环境保护相结合,贯彻“预防为主、防治结合、综合治理、全面规划”的基本方针,根据我省地质灾害发生的类型和特点,提出以下预防措施和建议:
3.1积极组建一个有地质、地理、气象、水文等方面的学科专家参与的科研机构,专门从事我省地质灾害的预测、预警和预报方面的研究工作,并逐步建立全省范围内的地质灾害监测、预报网络。
3.2全面开展全省范围内的县市地质灾害调查和区划,以全面规划和部署我省地质灾害预防、治理工作,对地质灾害的重点区和多发区有针对性地提出具体的预防、治理措施。
3.3加强对各类工程活动事前、事中、事后的地质灾害防治工作的管理。对新建和在建的各类建设工程,不仅要严格按照国土资源部392号文精神进行地质灾害危险性评估工作,还应在工程结束验收阶段加强对其附属的地质灾害防治工程进行验收,防患于未然。我省当前正在实施“两横、两纵、四连线”的高等级公路网建设工程,工程浩大,涉及区域广,公路沿线的大挖方、大填方、高切坡、大型弃渣场等地段,是突发性地质灾害的隐患点,尤其要做好地质灾害的防治工作。
3.4暴雨汛期突发的滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害对我省人民生命财产安全的危害性极大,通过中长期的天气预报,预先作好特大降雨区内可能诱发地质灾害的影响范围内的居民、牲畜、财产的转移、避让工作,将大大减少地质灾害造成的生命财产损失。
3.5加大防治的科技投入力度
在现代化的山地地质灾害的防治中,我们一定要加大科技的投入力度,充分应用现代化的技术比如卫星遥感,山地地理信息系统(GIS)等建立乡镇所处的地质环境与地质灾害的监测体系,根据科学分析的结果来合理地对山地居民的居住环境进行改造,在改造的过程中,以调整为主,迁移为辅。必要时,还可以应用该GIS技术对于灾害过程中的各种数据进行分析和储存,以便日后及时的调整,更好更快的建立救灾决策。其次,遥感RS技术也不应该得到忽视。通过遥感技术,我们可以分析到那些我们不可能接触到的山体地质深处的信息。在不接触的前提下就能够完成对于信息的提取工作,进而方便地进行计算机建模,模拟山体条件,预测可能发生的灾情。另外,GIS和遥感技术两者之间还可以结合起来。利用前者的储存上的优势,后者探测到的结果可以安全的存放在前者中,方便归纳,分析和总结。
参考文献
[1]储小东,周文斌,苏玮.区域地质灾害易发程度区划研究——以九江县为例[J].岩土工程界.2009(11)
[2]游桂芝,鲍大忠.贵州省六盘水市钟山区地质灾害危险性模糊评判[J].中国地质灾害与防治学报.2009(04)
[3]董颖,曹晓娟,程凯,邰通树,胡晓强,王来龙,李励红.贵州黔东南苗岭国家地质公园地质遗迹特征[J]中国地质灾害与防治学报.2010(02)
[4]武国辉,周其华.贵州的岩石与地质遗迹[J]矿产与地质.2006(02)
在我国,随着大工业生产的迅速推进,一些老工业基地日益呈现出资源枯竭的态势,大量矿井废弃和关停则是在此宏观态势下微观放映,废弃矿山所引发的的地质环境灾害对生态环境和社会经济的危害也到了不容忽视的地步,对其进行系统研究显得尤为必要。
1 废弃矿山引发的环境地质灾害的类型分析
废弃矿山所引发的环境地质灾害是多个方面的,但这些不同的灾害现象都是相伴而生,互相依存不可分割的。对废弃矿山引发的环境地质灾害进行类型化分析是探寻治本之策的前提。
1.1 矿内污水触发水污染
矿井关闭后一般会引发区域内大范围的地下水污染和地表水污染,依据矿井的监测资料进行研究发现,上述后果是因为矿井关闭后其以前的排水系统也自然废止,从而使得地下采空区内含有很多有毒有害成分的污染水和不同含水层的水相互渗透融合,从而引发洁净水深度和广度均极为庞大的污染。另外,矿区因矿井关闭,有毒地下水因得不到正常的疏导,就会自动上溢至地表漫流,引发地表水域的污染。废弃的煤矿和金属矿及有关矸石堆对河流、湖泊和水库造成有害的影响,这些都是因为废矿渣中所含酸性污染物质造成的。
1.2 地下水外溢淹没矿区
矿井报废使得地下水失去既定的人为疏导排出路径,水位上升溢出可以导致矿区大面积的被淹没。如1999年,陕西省就因为对沿河几十处的小煤窑强制关闭而引发灾害,其中原因正是小煤窑中的污水上涨导致河流下游地下水位抬升,涌出地表后,使得大片农田被淹,形成了大块的沼泽地,造成严重的水域环境灾害。
1.3 地面崩塌以及伴生的毒气外泄
废弃矿区地下部分有着因矿产开采形成的大面积的采空区,矿井关闭后,地下采空区缺乏必要的维护,地下构造遭受很大的破坏,经过一段时间后就会产生大面积的地面开裂、塌陷。由于矿物在密闭高压作用下会产生许多有害气体,这些有毒物质也会从地面裂缝中逸出,造成严重的空气污染。
1.4 废弃矿井污水入侵威胁临近生产矿井安全
废弃矿井所产生的废水往往会漫流进入其他正常运行的矿井,对其他矿井的正常生产和人员安全造成极大的恶劣影响。近年来比较著名的案例是江苏徐州矿务局、湖南资兴矿务局的废弃矿的案例,2000年两矿在关闭矿井后,境内污染的地下水也随机停止疏导排泄,不断增加的废弃矿水涌入相邻的生产矿井内,对安全生产造成极大的威胁。
2 废弃矿山环境地质灾害的成因
众所周知,废弃矿山所引发的环境地质灾害的影响面积大,并具有极强的隐蔽性强,且往往潜伏期较长。故而,对其地质灾害形成的技术原因和人为原因进行研究显得非常必要。
2.1 开采技术原因
采矿活动往往都会对地下水和地表水系统造成影响,从而对开采区及其周边区域内的水文地质和地下水层系统的运行产生极大的作用力。矿山开采过程会对煤岩层进行极大的破坏,含有多种化学成分地下水从巷道、井壁及采空区等多种渠道渗入矿井与煤系岩层接触,从而融合其中的各种成份,在此过程中,许多物理、化学反应理所当然在其中发生。成分复杂的矿井水在矿井关闭后,由于既有的正常排水渠道消失,富含有毒元素的污染水就会进一步污染其他未污染的地下水层系统,当地表开裂或塌陷后,酸性矿井水就会漫溢而出,对地表水域环境造成极大的污染。
2.2 开发过程中追求经济效益,环境意识不强
在矿产资源的开发过程中,企业主往往过分注重经济利益,对公共利益漠然对之,引发“公地悲剧”。在相当长的时期内,由于国家监管不到位,在利益的驱逐下,很多地区引发采矿热,个体矿山企业和乡镇村集体矿山企业对矿产资源进行无序开采,所采用的开采技术也极为落后。开采过程中没有对今后的地质环境破坏进行必要的评估,缺乏配套的矿山治理措施,从而为引发今后大规模的地质环境灾害留下隐患。
2.3 缺乏关闭矿井治理的良性措施
我国许多矿山企业都是建立于计划经济时代,一般都是国家产权,企业的盈利很大的份额都要上缴国家财政,而政府并没有合理留置安排足够的矿山治理资金。开采的同时没有注重治理,一旦矿区资源枯竭,企业难以为继,也就根本没有经费采取对矿山环境地质灾害进行防治的经费。矿井关闭缺乏必要的预测评估的前置阶段,对矿井关闭后的风险识别、预测、防范的技术系统和资金来源也就不可能形成系统的方案,也缺乏矿山恢复的一整套机制,在这样的前提下对矿井进行关闭,对其所隐藏的危害视而不见,任其滋长,从而就为造成大规模的环境地质灾害埋下伏笔。
2.4 地表复杂的自然地理环境
矿区地表地形一般均为山地、高原地区,地形地貌与地质构造都比较复杂,地面往往多高山陡坡,地质构造多断层,在自然的风化侵蚀作用下,岩体结构破碎随之而生。由于生产需要以及环保措施的缺位,矿区往往植被稀疏,水土流失比较严重。在汛期暴雨的相互作用下,关闭矿井采空区容易引发区域内发生严重的塌陷,还会发生泥石流、滑坡等地质灾害,从而引发地下污水上溢,造成综合性的地质环境灾害。
3 废弃矿山环境地质灾害的防治措施
对废弃矿山环境地质灾害进行类型化分析,并对其产生的成因和机理进行系统的研究之后,结合我国废弃矿井区域的各种自然条件,如水文、地质以及气候环境等进行考量,基于我国学术界的研究现状,借鉴国外先进经验,可以对我国废弃矿井引发的地质灾害形成如下防治建议。
3.1 构建废弃矿山风险评价与预报系统
对于既存废弃矿井的相关环境进行合理的技术考量是预防灾害的必要举措。废弃矿井的风险评价与预报系统的构建需要考虑以下一些技术问题,包括地下水流及其动态的动力学评价与预报,具体工作有流体动力学观测,渗透介质参数试验。另外一项比较重要的技术工作是评价采矿扰动对介质渗透性的影响,该项评价主要通过水文地球化学进行动态监测与预报来实现,主要进行以下技术性的任务,如水质迁移机理与强度,现场示踪试验,地下水自净可能性,含水系统环境中物理化学状态变化规律。
3.2 构建废弃矿山风险识别系统
对于风险的识别与分析首先有必要建立系统管理资料的数据库,对于数据库所应包括的资料,技术领域一般要采集如下一些数据,即废弃矿井的空间物理形态,含水层的水力特征,以及气候、降水、土壤、植被等地质与相关环境数据。;废弃矿井所含的危险因素主要存在于两个领域,一是人力活动即采矿过程中所遗留的危险因素,二是客观自然地理环境因素。对于人力活动所形成的危险进行评估预测必须是全面的,即包括环境的、经济的的因素,也应该把社会的、人文的因素考虑在内。
3.3 采用先进的地质灾害防治措施
地质灾害的防治措施不应仅仅关注事后的治理,更应注重矿井关闭前的预防。一是要建立废弃矿井治理基金,保障治理经费的来源充足;二是要合理利用一些先进的防治技术,目前国内外已有的治理地下水污染措施包括:在矿井内充填净化污水的特殊材料;打造水平孔预排老空污水;采用注水井构筑“水力坝”来阻隔污染的大面积扩散;通过将小煤窑与国营大井沟通等方法来截断洁净水与污水的联系等。
关键词:矿山;地质灾害类型;防治措施
中图分类号:TD167文献标识码:A文章编号:
引言:
我国是地质灾害的多发国家之一,地质灾害种类多、分布广、影响大、造成损失严重。矿山地质灾害是地质灾害的一个分支,是人类开采矿山而直接诱发的人为地质灾害。我国是采矿大国,开采技术和设备相对落后,导致矿山开采环境不断恶化。近年来,重大地质灾害明显上升。
1.概述
矿山地质灾害是地质灾害的一个重要分支,目前,我国矿山地质灾害具有种类多,分布广,影响大,潜在灾害隐患突出,且煤炭矿山重于非煤矿山,金属矿山重于非金属矿山;矿山地质灾害的类型与矿山规模、开采方式、矿产类型及所处地域息息相关。合理有效地利用资源、保护矿山环境、加强监测与信息化管理、防止矿山地质灾害才能实现矿业可持续发展战略的保障。
2.矿山地质灾害的主要类型
矿山地质灾害种类繁多,按成灾与时间的关系,可分为突发性矿山地质灾害(如矿坑突水、瓦斯爆炸、岩爆等)和缓发性矿山地质灾害(如采空区的地面变形、环境污染等)。但最常见的是以灾害的空间分布和成因关系分类。
2.1 岩土体变形灾害
2.1.1 矿山地面和采空区塌陷
地面塌陷主要发生在地下以井巷开采的矿山。在矿山采空区,若保留矿柱不足,或因矿柱受损而失去支撑能力,就会造成地面塌陷。特别是那些矿体埋藏较浅,产状较平缓的矿区(如煤矿),地面塌陷的现象更为常见。矿体埋藏相对较深的地下开采矿山,如果不能及时回填和崩落采空区,当其达到一定规模就会产生大面积塌陷。此外,在岩溶分布区,还会因矿山排水疏干而导致溶洞上方地面塌陷。地面塌陷不仅破坏可耕地资源、建筑物,毁坏道路、水库,还可直接导致矿山某些地下巷道的塌毁,或使大气降水和地表水沿塌陷裂缝灌入坑内,造成淹井事故,直至停工停产。
2.1.2 采矿场边坡失稳、滑坡与岩崩
主要原因是不合理开采如采剥失调、边坡角度过陡等造成,这种灾害多发生在露天开采的非金属矿山和建材矿山。
2.1.3 坑内岩爆
坑内岩爆又称矿山冲击,这是因矿坑周边和顶底板围岩,在受到强大的地壳应力作用而被强烈压缩,一旦因采掘挖空出现自由面,即有可能产生岩石地应力的骤然释放,导致岩石大量破裂成碎块,并向坑内大量喷射、爆散,给矿山带来危害和灾难。
2.1.4 采矿诱发地震
因采矿活动而诱发的地震,震源浅、危害大,小震级的地震即可导致井下和地表的严重破环。
2.1.5 场库失稳
场库失稳主要是由于尾矿坝溃决崩塌继而形成泥石流造成的危害。尾矿坝崩坝事故常给矿区居民生命财产带来巨大危害,同时也给环境造成巨大破坏和污染。
2.2 地下水位改变引起的灾害
2.2.1 矿坑突水涌水
这是最常见的矿山灾害,突发性强、规模大,后果严重。生产过程中常因对矿坑涌水量估计不足,采掘过程中打穿老窿,贯穿透水断层,骤遇蓄水溶洞或暗河,导致地下水或地面水大量涌入,造成井巷被淹、人员伤亡灾难。
2.2.2坑内溃沙涌泥
这是常与矿坑突水相伴而生的灾害。当采掘过程中骤遇蓄水溶洞,常见溶洞中充填的泥沙和岩屑伴随地下水一起涌入,另外一些透水断层和地裂缝也常会使浅部第四纪沉积物随下漏的地表径流涌入坑内。其结果是使坑道被泥沙阻塞,机器、人员被泥沙所埋,严重时甚至会使矿山遭受毁灭性的打击。
2.2.3 环境污染
环境污染是矿山灾害的另一种重要形式。因采矿、选矿产生的“三废”物质,由于未经有效处理就被排放到江河湖海中,造成环境污染公害事件。采矿还会造成水土流失、土地砂化、盐渍化、地下水断流等。
2.3矿体内因引起的灾害
2.3.1瓦斯爆炸和矿坑火灾
这种灾害最常见于煤矿。由于通风不良,使瓦斯积聚发生爆炸,造成井下作业人员伤亡,矿井被毁;矿坑火灾除见于煤矿外,也见于一些硫化矿床。因硫化物氧化生热,在热量聚积到一定程度时则发生自燃,引发矿山火灾。矿山火灾的危害极大,而且还严重损耗地下矿产资源,如有的煤矿在地下已燃烧上百年,其资源损耗量十分巨大,使当地气候发生改变,农作物和树木大量死亡,田地荒芜,环境严重恶化。
2.3.2 地热
随着开采深度加大,地热危害不断加剧。我国已有许多矿山开采深度达到800m 以下,矿山因含硫量高,开采深度又大,地温非常高。矿山地热灾害导致矿工劳动环境恶劣,严重影响了有关矿山的正常生产。
3.矿山常见地质灾害的防治措施
地质灾害防治工作,实行预防为主、避让与治理相结合的方针,按照以防为主、防治结合、全面规划、综合治理的原则进行。如何对矿山的地质灾害进行防护呢,本文提出以下防治建议。
3.1加强重点地区地质灾害防治
每年都要与各矿山企业签订地质灾害防治责任状,针对各个矿点不同的地质灾害隐患制定相应的防灾、减灾、治理措施,并以责任状制约,定期检查防治工作的落实情况和防治工程进展情况。严格制止废水、废渣任意堆放、倾倒,加强尾矿库坝的加固和防泄工程。要求矿井采后及时回填,恢复原地形地貌,防止水土流失。同时,动员矿业权人担负起在矿山环境保护方面的责任,通过鼓励和引导,让他们树立起大开放、大发展的中心意识,树立长远的发展思路,要逐步采取先进的采选冶工艺、技术和设备,不断提高资源综合利用和回收,最大程度减轻资源不合理利用产生的生态破坏和环境污染,走科学化管理和治理之路,使矿产资源在保护中得到有效开发。
3.2强化矿山环境监督
矿山开采同时也破坏自然环境。为防止 “边建设边破坏,建设敢不上破坏”的被动局面,国土资源部门要对地质环境实施强制性保护措施,全面加强依法行政,严格落实矿山环境影响评价制度、地质灾害危险评估制度和 “三同时”制度,不定期对地质环境进行执法检查,对破坏矿山生态环境的单位和个人,依法追究责任。同时实行矿山地质环境治理保证金制度,矿山地质环境治理保证金额度将根据矿区面积、开采方式以及对矿山地质环境影响程度等因素来确定。保证金将专项用于因开采矿产资源引发的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝等地质灾害的治理和被破坏的矿山生态环境的恢复。切实治理整顿矿山安全生产秩序,完善矿山地质灾害危险性评估。对存在灾害隐患的矿山,该关闭的坚决关闭。露天矿坑采面高、边坡失稳、废石、废渣多且堆放随意性强,汛期易发生塌方、滑坡、泥石流等地质灾害。及时组织人员对露天矿坑集中区域进行排查,对边坡失稳的及时治理,对废土、废渣堆垒护坡或摊平,避免暴雨中形成泥石流。
3.3防治瓦斯的措施
加强通风。使瓦斯浓度降低到《煤矿安全规程》规定的浓度以下,即采掘工作面的进风风流中不超过其百分之 0.5,回风风流不超过百分之一,矿井总回风流中不超过百分之0.75。
加强检查工作。及时检查各用风地点的通风状况和瓦斯浓度,查明隐患进行处理,是日常进行瓦斯管理的重要内容。对瓦斯含量大的煤层,进行瓦斯抽放,降低煤层及采空区的瓦斯涌出量。坑道突水防治措施很多,其原理都是尽可能地保持固有地质体及其水文地质的平衡状态,强化抗突能力,削弱突水条件。常用的基本上分为地面和地下两类针对性设施和手段,包括排水疏干、工程与水源之间保留防水矿柱、修建水闸墙、门、灌注水泥浆、堵塞可能的渗透途径和通道等。
对于采空区主要是紧运用先进的技术高密度电法等地球物理方法探测到采空区的大概位置,用激光扫描设备对采空区进行数字化和可视化,达到科学探测采空区的目的。
4.结语
相关部门应全面加强矿山地质环境调查及治理工作的监督力度,依法严厉打击无证开采、超层越界开采等行为。对因工作不到位、落实不得力而出现重大事故的,要严肃追究相关责任人的责任,确保人民群众生命财产安全。通过对地质环境恢复工作,减少水土流失,恢复矿山的生态功能,达到生态恢复与维护人类与环境和谐的目的。
参考文献:
[1] 国土资源部.地质灾害危险性评估技术要求.
【关键词】: 岩土工程 地质灾害 防治措施
中图分类号:E271文献标识码: A
随着全球环境的恶化与地质灾害的增加,环境与可持续发展、人口资源的相关研究已经成为各国的重点。保护环境的一个重要方面就是保护地质资源、减轻地质灾害。近年来我国地质灾害频发,严重地影响到了人民的生产生活以及生命财产安全。
1.岩土工程与地质灾害的内涵
由于地基处理的需要,逐渐形成了一门学科技术―――岩土工程。这种技术是基于地基改良、工程安全运行而发展起来的,它缺乏环境保护的观念,缺乏减轻地质灾害的观念,说到底,缺乏地质的概念,仅从工程观点出发,从而出现了许多不但没有加固好工程地基或边坡,反而诱发了深层的更大的地质灾害的例证,如水电站、抽水蓄能电站、矿山等都有这方面的教训。为了弥补岩土工程学这种先天不足,于 80 年代末,90年代初,产生了一个新的学科―――地质工程学。地质工程学,是研究与解决从规划到竣工乃至工程运行后效的全过程的与地质有关的工程问题的科学。它把地质体乃至地质环境作为工程系统的组成部分来对待,这显然符合大系统工程学的思想,它包含岩土工程和地质灾害防治工程两个方面,但以后者对其特点的反映更为深刻。
2、地质灾害概况
受异常气候影响,2010年全省地质灾害的发生数量、危害程度均明显高于常年水平,近10年来仅次于2002年。据统计,2010年全省发生大小山体崩塌、滑坡、泥石流,以及地面塌陷等地质灾害8998处,共造成39人死亡、81人受伤,直接经济损失5.4亿元。地质灾害的发生时间主要集中在5~7月的强降雨时段。地质灾害的主要特点是:以突发性、群发性小型土质滑坡、崩塌为主;崩滑流主要发生在花岗岩、变质岩分布的丘陵山区,直接诱发因素主要是集中性强降雨;山区切坡建房、修路、矿山开发等工程活动是产生地质灾害的重要因素。
3、地质灾害趋势预测
在全球变暖的大背景下,虽然我省今年主汛期降雨总量接近常年,但由于极端天气事件越来越频繁,降水时空分布不均,呈现出局地性、突发性、短历时等特征,突发性强降水极易引发滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害,严重威胁人民群众的生命财产安全,地质灾害防灾形势十分严峻。
赣南地区的寻乌―定南、全南―定南等崩滑流高易发区,集中降水期可能形成群发性崩滑流地质灾害,是崩滑流地质灾害重点防护区。
赣南地区的井冈山―大余、乐安―宁都、广昌―石城、瑞金―安远等崩滑流高易发区,集中降水期可能出现规模不等的崩滑流地质灾害,是崩滑流地质灾害次重点防护区。
3.1滑坡
滑坡是指斜坡上的土体或岩体,受河流冲刷、地下水活动、地震、人工切坡等因素的影响,沿着一定的软弱面或软弱带,整体地或分散地顺坡向下滑动的自然现象。
滑坡的诱因主要有以下几种:(1)降雨和融雪;(2)地表水的冲刷、浸泡;(3)河流等地表水体对斜坡坡脚的不断冲刷;(4)开挖坡脚;(5)蓄水排水;(6)堆填加载(7)地震;(8)劈山放炮,乱砍乱伐。3.2 崩塌
陡坡上被直立裂缝分割的岩土体,因根部空虚,折断压碎或局部移滑,失去稳定,突然脱离母体向下倾倒、翻滚,堆积在坡脚(或沟谷)的地质现象称为崩塌。
崩塌的诱因主要有以下几种:(1)采掘矿产资源;(2)道路工程开挖边坡;(3)水库蓄水与渠道渗漏;(4)堆(弃)渣填土;(5)强烈振动。
3.3泥石流
泥石流是由于降水(暴雨、冰川、积雪融化水)产生在沟谷或山坡上的一种挟带大量泥砂、石块和巨砾等固体物质的特殊洪流,是高浓度的固体和液体的混合颗粒流。4、产生其原因
崩塌的诱因:①采掘矿产资源;②道路工程开挖边坡;③水库蓄水与渠道渗漏;④堆(弃)渣填土;⑤强烈振动。泥石流:泥石流是由于降水(暴雨、冰川、积雪融化水)产生在沟谷或山坡上的一种挟带大量泥砂、石块和巨砾等固体物质的特殊洪流,是高浓度的固体和液体的混合颗粒流。
泥石流的诱因:①不合理开挖;②不合理的弃土、弃渣、弃石;③滥伐乱垦。地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下向下陷落,并在地面形成塌陷坑(洞)的一种动力地质现象。地面变形:地面变形包括地面沉降、地面塌陷与地裂缝。目前中国发生地面沉降活动的城镇有70 多个,明显成灾的有 30 余个,最大沉降量已将近 3m。这些城市有的孤立存在,有的密集成群相连形成广阔的地面沉降带(区)。
造成地面塌陷原因有三:①不合理地大量开采地下矿产资源引起的塌陷;②表面岩溶活动引起的塌陷;③大量抽取地下水引起地面下沉。
5、主要防治目标及措施
以保障人民群众生命财产安全为中心,进一步完善地质灾害群测群防体系,全面提升全省地质灾害防治和应急能力,最大限度地减少因地质灾害造成的人员伤亡和财产损失,确保一旦发生地质灾害不造成重大的人员伤亡,力争因地质灾害造成的人员伤亡和财产损失比上年有明显下降。
5.1 加强地质灾害防治组织领导、明确工作职责
地质灾害防治工作涉及到社会经济的多方面,需在各级政府的统一协调指挥下才能有效的减轻地质灾害损失。国土、气象、城建、水利、交通等部门密切配合、通力合作、互通情报,确保省、市、区县之间的信息畅通,达到上情下达、下情上报,及时掌握雨情、水情、灾情,为制定地质灾害防灾预案和防治措施提供正确依据。
5.2 认真贯彻执行有关政策法规、宣传地质灾害知识
认真贯彻执行国家和省市相关法律法规,结合本地实际,划定地质灾害易发区和重要地质灾害隐患点。位于易发区内或重要地质灾害点附近的单位和群体,要建立地质灾害日常监测制度,并按照有关要求随时上报灾害发展情况,接受上级主管部门监督检查。
5.3地质灾害工程实践
(1)避让措施①雨天避让措施。对灾害隐患点和变形斜坡,采取雨天临时避让措施,各镇在防灾预案的基础上编制安全转移预案,雨天对受威胁户一一作转移地点安排。应根据就近原则、转移地(接受户)不受地质灾害或其它灾害威胁的原则进行操作。②搬迁避让措施。对一些危险性大、危害性严重的地质灾害,防治费用超过搬迁费用或再建房仍然受地质灾害威胁的,采用搬迁避让措施。调查区需搬迁避让或已搬迁的灾点。
(2)工程防治措施
工程防治措施是防治地质灾害的重要组成部分,工程防治措施的适用条件及方式:大多数房后切坡造成的小型土质滑坡,选用滑坡后缘地表排水、前缘支挡或削方减载护坡等工程措施较为适应;对于中型以上滑坡,应根据工程地质勘察资料选择工程防治措施。[本文转自:
(3)生物防治措施
关键词:地质灾害;滑坡防治;关键技术;处理方法
中图分类号:F407文献标识码: A
一、形成滑坡的条件及主要特征
(1)、滑坡灾害形成条件
1、地形特点。主要包括斜坡和洼地地段,在这些地方地表水和地下水容易汇集壮大;河流的凹岸和缓坡,因其容易受到雨水冲刷和水流侵蚀往往形成滑坡;上陡下缓的堆积体地段和下伏基岩向外倾斜的斜坡;黄土地区阶梯前缘的缓坡地段等。
2、地层条件。容易风化或见水易软化的软质岩层;夹有软弱夹层的硬质岩;上松下密的黏土、膨胀土层和堆积而成的黏性土地层等在具备贮水功能、聚水条件和地层有隔水软弱面时易形成滑坡。
3、地质构造。倾向性较大的斜坡和断层交接面以及不整合面、岩层层理面,连通节理面、褶曲两翼的倾斜面等软弱结构层(面),由于地质结构的脆弱性易形成滑坡。
4、环境因素。水、气候、地裂、地震等自然因素。
5、外在因素。乱砍乱伐,破坏植被等人为破坏地表的行为。
(2)、滑坡判别特征
1、形态特征。滑坡主要呈现圈椅状或马蹄状环形谷。上部常有裂缝、中部是起伏的坑洼;前缘有鼓丘且常伴有扇形裂缝、后缘有陡壁和擦痕;两侧有羽状的裂缝并常常形成双沟谷现象。滑坡时常会形成鼻状凸丘和多级平台,有的还会伴随凹地积水、房屋倾斜、道路开裂和建筑倒塌等现象。
2、土层特征。滑坡发生时地层的完整性遭到破坏:岩层层位、产状或构造与不连续;有的岩层发生重叠或顺序颠倒;地表出现张性裂缝,并掺杂有树叶及泥土等参杂物。
3、水文特征。发生滑坡灾害时,地下含水层发生断裂,完整性和连续性遭到破坏。具有单独的含水层的滑坡体,此时水文特征变得毫无规律可言:水位变化、方向错乱、滑动带前缘位置溢出泉水等。
二、滑坡防止中的关键技术及处理方法
(1)、抗滑桩
1、滑坡治理中抗滑桩的设计
第一,确定桩群平面布置,确定桩距桩位。桩群平面布置和桩距一般是按照规定通过计算而得。桩位的确定有悬臂梁法、地基梁法、有限单元法、地质工程法、经验法。不同桩位将影响滑坡的稳定安全系数和滑动面的形状等。这里主要谈谈有限单元法。有限元折减法把滑带和滑体的强度参数进行折减,从而得到相应安全系数。把桩看作是埋入滑坡体中的梁单元,利用有限单元法计算其推力等,从而确定桩位。通过设计滑坡推力大小、地形、地层性质及理论计算,选定桩长、锚固深度、桩截面尺寸和桩间距。第二,选定桩型,确定桩长等,根据地质条件和一般规定选择。第三,力的分析。作用抗滑桩的力系分为作用于桩上部的滑坡推力和桩周围地层对桩的反力也可以说是内力。一般采用地基梁法测定内力确定变形。而对于滑坡推力的,其在桩背上的作用点和大小分布与滑坡的类型、部位、变形情况、地基反力等有关。可以用不平衡推力传递系数法去计算滑坡推力的大小。处于弹性阶段时,地基反力按弹性抗力计算,而在塑形阶段时,计算反力较复杂,但反力大小不能超过锚固段的许用承载能力。由于抗滑桩主要是承受水平荷载作用,而某些引起竖向压力的力如摩阻力、粘着力、桩变形等对抗滑桩的稳定安全可忽略不去计算。
2、施工机械抗滑桩施工技术探析
在当前大型工程施工机械抗滑桩的施工中,技术人员需要在进行抗滑桩施工之前首先对工程项目测量放样,并对施工图纸中的导线点、水准点、桩位坐标进行过复测。通过测定的桩位中心进行抗滑桩桩孔的开挖。在进行水下抗滑桩孔的孔口护壁施工时由于采用孔口钢护筒,故不需进行混凝土护壁的浇灌。施工机械抗滑桩进机械挖孔施工时一般采用隔桩施工法。每次需要对固定数量的桩基进行施工然后才能对其他桩基进行施工,以保证工程桩基之间土体的稳定。施工人员在进行桩孔土方的挖掘时,需要首先将桩孔间的土方进行挖掘,然后逐步进行周围的扩挖。施工中施工人员需要控制桩孔截面的尺寸,每个阶段的开挖高度与钢护筒的高度相差不大。当施工中发现地质情况发生变化施工人员需要及时进行汇报并积极采取措施,保证施工的安全。技术人员在每个阶段的桩孔开挖完成后及时进行施工机械抗滑桩孔径和垂直度、桩孔中心位置的测量,保证桩孔开挖的过程中其中心位置与桩中心在同一垂线之上,保证钢护筒的安装的垂直性和衔接的密封性,使抗滑桩的护壁厚度和孔径保持高度的一致。
在进行施工机械抗滑桩的施工中,桩孔挖掘过程中施工人员需要注意安全的进行施工,在施工中当桩孔挖到设定深度时需要利用杆孔规进行桩孔的直径和井壁圆弧度的测量,若发现不符合施工机械抗滑桩的设计要求,技术人员需要及时进行修正作业,保证桩孔的上下贯通和垂直。桩孔挖掘完成后技术人员进行钢护筒的下方和固定,每个阶段下放的钢护筒需要保证衔接的密封性和垂直性,并进行针对性的加固施工,保证施工机械抗滑桩孔中钢护筒的有效性和稳定性。施工机械抗滑桩采用钢护筒技术能够有效提高滑面的抗剪力,通过科学的灌浆施工使钢套筒桩孔具有良好的特性,如有较高的刚度,钢套筒在桩孔中施打比较容易和便捷,其横向刚度较小,在工程施工中布置比较灵活,有效提高施工机械抗滑桩的施工效率和施工质量。
(2)、快速锚固技术
快速锚固技术主要包括:快速钻探成孔、快速下锚和快速注浆技术与工艺的组合,而深层自适应锚固技术具有快速、安全、经济、创新的特点。
1、快速下锚技术与工艺概述
在复杂地层条件下,快速下锚技术以锚索的快速安装为基础,通过机械化辅助装置的使用,尽量缩短长大锚索的安装时间,实现钻进效率高、锚索安装速度快、注浆时间短、施工工艺先进、锚固效果好。
为了在场地狭窄的应急救灾现场快速、准确地将锚索安装到位,提高锚索施工效率,锚索辅助安装装置的设计原则是小型、灵活、操作简便、适应性强,与国外大型、安装和灌浆一体化设备互为补充。因此,机械化辅助下锚装置技术方案为:锚索安装系统由孔内和孔外两大部分组成,孔内装置主要起锚索定位作用,孔外装置主要起孔外固定、支撑和送绳辅助作用,二者相配合达到辅助下锚的效果。孔内装置由孔底装置和送绳装置两部分构成,是整个锚索快速安装系统的核心部分,关系到锚索孔内定位的可靠性。孔外装置由绞车、电机、减速机、联轴器、底座、配重钢轨等部分构成,作用是连接并牵引孔内装置已安装到孔底的牵引钢绳,将锚索安装到锚孔内的需要深度,实现机械辅助下锚准确到位,减轻锚索人工安装的强度,提高安装速度,从而提高锚索加固效果。
为确保安装质量,对锚索的安装工艺进行了研究。施工时,首先将孔底装置送至锚索孔内底部,靠机械装置进行固定,然后再连接锚索和送绳装置,与孔外装置联合作用将锚索安装到孔内指定位置,最后取出送绳装置,进行锚索的下一步施工,以达到快速、准确的施工效果。
2、深层滑坡自适应锚固技术研究
在深层滑体的锚固过程中,由于滑面埋置较深、钻孔深度大,如果采用传统的拉力型预应力锚索,锚索势必很长,工程造价成本较高。自适应锚固技术是指锚索在基岩和滑体中均设置锚固段,滑面位置设置自由段,利用滑体剩余下滑力在基岩与滑体中分别产生锚固力,在中部自由段(钢绞线套管防护,套管外钻孔注浆)产生“预应力”。当岩土体有滑动迹象时,自适应锚固即产生锚固力,中部自由段产生位移,适应岩土体变形,两端锚固段产生锚固力,及时控制岩土体变形,达到加固岩土体的目的。同时由于不张拉、不安装锚具、一次性注浆完成,具有快速、安全、经济、效果好的特点。同样的原理,这种自适应锚固技术也可用于多层滑面的快速加固工程。
为了尽快完善自适应锚固技术的程序和工艺,利用试验和数值模拟研究自适应锚固作用的机理,探讨自适应锚固的适用性,为自适应锚固的工程应用提供科学依据。试验技术流程为:预制混凝土块(预留孔道)―制锚―应力传感器埋设―锚索安装―注浆―试验模型组装―加载试验及数据采集―数据分析与处理。其中关键技术环节包括:应变传感器埋设、注浆、加载试验及数据采集以及数据分析与处理。然后采用FLAC3D对室内试验进行数值模拟,以检验室内试验的可行性及试验成果。
计算结果表明,在受外界干扰,如滑体发生较大变形时,锚索能利用岩土体与砂浆体的粘结力进行自锚固,且其内力分布模式为对称于滑动面的双曲线。
(3)、锚索 + 格构梁系统
该系统是利用锚索外端与格构梁联接固定于坡面,另一端锚固在滑动面以内的稳定岩体中穿过边坡滑动面的预应力钢绞线,从而直接在滑面上产生抗滑阻力,增大抗滑摩擦阻力,使结构面处于压紧状态,以提高边坡岩体的整体性,从而从根本上改善岩体的力学性能,有效地控制岩体的位移,促使其稳定,达到整治顺层、滑坡及危岩、危石的目的。
因而在实际的滑坡体治理措施中该系统得到了广泛的应用。其施工工艺为:确定孔位钻机就位调整角度钻孔清孔安装锚索注浆制作框架梁锚索张拉封锚。施工前坡面需修整成一定的坡比,格构梁纵横正交呈“井”字形( 或斜交呈菱形) 紧贴在坡面上,锚索设在纵横梁的交点上,并可考虑在坡面上的梁格内植草绿化,在适当部位还可以种植一些低矮的灌木,既保证其抗滑的效果又增加了美观性。
三、结语
总而言之,在长期的山体滑坡治理过程中,需要根据总结滑坡的防治原则,采取及时有效的滑坡预防措施,使治理方案的实施更加具有时效性和安全性。参与国家防灾减难的工作人员应该根据滑坡的变形特征、滑体物质及性质组成特征、稳定性影响因素等影响程度分析,秉着“技术可行、经济合理”的宗旨,科学合理的对地质灾害中的滑坡进行防治,同时也希望滑坡的防治工作可以引起社会的广泛关注,同时促进我国防灾减灾事业的发展。
参考文献
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关键词:矿山 地质灾害 防治
一、矿业开发与地质灾害
目前,我国各类大中型矿山已达9000余座,资源开采规模居世界第3位。矿山地质灾害是指由于人类采矿生产活动而引发的一种破坏地质环境、危及生命财产安全,并带来重大经济损失的矿区灾害。它是地质灾害的一个分支,也是自然灾害的重要组成部分。矿山开采开山弃石,加速水土流失,引发地表塌陷、山体滑坡;矿山抽排水造成地下水位下降、矿区周围地下水资源枯竭;地下开采诱发地震、岩爆、冒顶片帮突水、瓦斯爆炸、地面开裂及沉陷等;矿山剥离堆土、尾矿废渣堆积引起地表环境污染,露天尾矿库漏塌、排土扬失稳滑移造成严重的泥石流灾害等……,这些都是矿山地质灾害的具体表现。我国是矿业大国,又是最大的发展中国家,矿产资源的年消耗量大。多年的粗放式的矿业开发,导致大部分矿山地质环境形势严峻,部分矿区呈现加速恶化势态,而社会经济的快速增长对资源的需求更是与日俱增。市场经济使部分矿山注重追求经济效益,安全和环保意识淡化,加之开采技术及生产设备的相对落后及矿区周边大量无序的民采等多重因素的干扰,导致矿山多年开采积聚的灾害隐患爆发,开采环境明显恶化,矿山地质灾害问题日趋严重,潜在的致灾隐患不断增多,且随时可能发展成灾,造成人员伤亡、设备报废、设施损毁甚至矿井关闭、资源浪费等严重后果。
二、矿山地质灾害的主要类型
1.冒顶片帮。冒顶片帮事故是地下矿山最为普遍,也是事故率最高的灾害之一。冒顶片帮包括岩层脱落、块体冒落、不良地层塌落,以及由于采矿和地质结构引起的各种垮塌。特别是矿岩稳定性差的难采矿体及软弱夹层易发生较大规模的垮落,极易引起采场冒顶和片帮事故。
2.深部岩爆。近年,部分金属矿山进入了1 000 m以下深部开采,高应力条件下的硬岩层往往会发生地下岩爆。
3.地表塌陷。地表塌陷会造成矿区地面积水,诱发山体滑坡,还会破坏耕地。2006年5月,江西瑞昌市横港镇楼下易村由于村庄附近的苏家垅煤矿在开采时发生透水,导致村庄多处地面发生塌陷,全村所有房屋都不同程度地出现裂缝。苏家垅煤矿位于楼下易村西北侧,由于开采历史悠久,采空区面积大,放炮时引起原来堵水的地下封墙出现松动和垮塌,村子地下老窿积水迅猛涌入矿坑内,造成村子地下水位迅速下降,地下溶洞土层发生崩落,使地面出现裂缝和产生塌陷。
4.井下突水。突发性大量涌水多是由于违规操作或非正常开采引起的,与采矿作业密切相关。在作业过程中一旦靠近积水的巷道和采空区,或在隔离岩层遇到溶洞和地下暗河等突然失稳的情况,就容易造成大的灾害。矿坑突水突发性强,规模大,后果严重。
三、矿山地质灾害的防治
1.重点防治区防治措施。合理设计边坡参数,加强边坡监测,建议作挡墙稳固边坡,开挖后如果出现开裂变形,建议做专门的工程地质勘察。对于原有的灾害点,做好边坡加固和预防工作,尽量消除因矿山开采而诱发灾害复发的隐患。渣场弃渣严格作好方量及边坡坡度的设计,作好挡墙设计,设置拦渣坝,防止泥石流的产生。并充分、合理利用渣场,严禁随意弃渣(特别在公路沿线)。对于坑道开采,在坑道内一定要作好支护,做到边开采边支护,防止因矿顶坍塌、冒顶等而产生的危害,尤其上方有住户处要预防引起上部地面开裂。作好坑道的排水设计,以防因矿坑涌水造成危害。设置监测点,作好监测记录与分析工作,确保在易于发生灾害地段防患于未然。开采结束后,对矿区进行统一规划,计划进行矿山复垦工作,恢复矿山生态功能。
2.次重点防治区防治措施在进场公路、矿山生活区建设中,会形成大量的边坡和一定数量的弃渣,可能形成边坡失稳,造成滑坡和塌方;沿途不合理的弃渣可能造成水土流失,可能形成坡面泥石流,可能有滚石和飞石危害。科学合理设计边坡参数,并进行合理支护和加固,边坡上方应设置排水沟,做好地表挡排水措施。加强工地管理,合理堆放弃渣,严禁随意弃渣;在险要地段建设拦挡滚石和飞石的设施:开采结束后,将弃渣场扒平覆土,植树还林,恢复植被。
3.一般防治区防治措施。区内无主要建筑物和工程项目建设,主要可能因地表岩体的破碎而造成水土流失。应严禁越界开采,减少人为扰动,做好植被保护和水土保持。
4.地质环境恢复方案及措施。为防止水土流失和恢复植被和景观,矿山须规划进行矿山复垦工作,以恢复矿山生态功能。开采弃渣切勿胡乱堆放,必须统一堆放到开采境界线以外的矿山弃渣场内,在开采过程中,有计划地将弃渣回填到采空区。弃渣场经处理后再敷表土、植草种树。
我国矿山种类繁多、分布广、数量多、规模小、基础差,由于技术、管理及效益等原因的影响,资源开发中的安全形势相当严峻,经常发生地表塌陷、山体崩塌、矿山边坡滑坡、废石场泥石流、尾矿库垮塌、采场冒顶、巷道坍塌、矿山地震、岩爆、采空区大面积地压、井下突水、深井高温等灾害,给社会稳定和人民生命财产安全带来严重影响。因此,合理有效地利用资源,保护矿山环境,加强监测与信息化管理,防止矿山地质灾害,实现矿业的可持续发展,是一个非常重要的问题,提升采矿工艺水平,以高技术、高科技为先导,走以预防为主的矿产开发之路,做到资源开发与环境保护并重,促进区内经济的持续稳定健康发展。
参考文献:
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关键字黄土隧道;湿陷;塌方;灾害防治
中图分类号:U45 文献标识码:A 文章编号:
1 黄土的工程特性对隧道工程的影响
1.1 黄土的湿陷性
湿陷黄土【1】在自重压力或外力荷载压力不变时,受水浸湿后结构迅速破坏,产生急骤显著附加下沉,从而引起地面的变形和建筑物破坏;湿陷性由湿陷系数、自重湿陷量、总湿陷量等指标【2】表征,宏观表现为浸水后沉降量显著增大。我国湿陷性黄土的分布面积约占全国黄土分布面积的60%左右,大部分分布在黄河中游地区的关中、陕北、宁夏、豫西、陇东及陇中的黄土高原地区,面积达27万km2。黄土的疏松多孔结构,尤其是结构性孔隙是黄土湿陷性的必要条件;黄土中的不抗水粒间胶结是黄土湿陷性的充分条件;遇水浸泡后黄土胶结削弱强度降低,并且其削弱程度随水量的大小成比例变化,极易产生湿陷、呈饱和流塑状态,从而减弱甚至丧失承载和自稳能力。这是黄土湿陷性的本质。
1.2 黄土的击实性
黄土击实性是指黄土在一定外力冲击作用下密度、含水量、强度等物理力学性质随冲击强度而变化的特性。一般冲击强度大时密度增大、含水量降低、强度提高。改变击实功,最优含水量和最大干密度也发生变化,击实功大能客服更大的摩擦阻力,所以最大干容重增大而最优含水量降低。
黄土的孔隙率在50%左右,按照孔隙的大小、形状、数量以及连通性等方面,黄土中的孔隙被分为微孔隙、小孔隙、中孔隙和大孔隙【3】。其中,微孔隙形成于胶结物中,杂乱分布,连通性差,透水性弱,主要是胶结物孔隙;小孔隙均为粒间孔隙,小孔隙由骨架颗粒相互穿插,紧密排列组成,又称为镶嵌孔隙,含少量胶结物孔隙;小孔隙和微孔隙在黄土沉积时形成,由骨架颗粒群形成的架空孔隙,数量较多,对骨架颗粒的稳定起着主要作用;中孔隙由骨架颗粒相互支架构成,数量多,为颗粒的变位提供了空间,连通性好,透水性强,是黄土产生震陷的主要原因,又称为支架孔隙;而大孔隙主要在黄土沉积后成岩过程中由生物作用形成,呈管状或不规则状,数量少,主要是黄土中次生的根洞、虫孔、鼠穴、节理【4】和裂隙以及溶蚀孔洞。
2黄土隧道地质灾害的主要类型
黄土隧道工程地质灾害的两个基本类型是自然营力导致的灾害和人为作用导致的灾害。自然致灾主要是黄土的工程特性和地质环境引起;人为致灾主要是施工方法和支护衬砌导致的。
2.1塌方
由于黄土是垂直节理【4】发育的,彼此在水平方向的连接力较弱。在干燥时,黄土的强度较高,衬砌受力较小;遇水后黄土强度随之降低,这时极易引起衬砌的受力不均匀,并且由于隧道表层黄土厚度分布多不均匀,从而在黄土梁去隧道易成偏心压力,成为偏压隧道,造成塌方等地质灾害。由于各种因素,神延铁路隧道发生过24次大塌方,小塌方不计其数【5】。
另外,黄土隧道坍落时从围岩开始变形,一般会经历弹性变形、塑形变形、松动、坍落等过程。在隧道开挖和支护时,由多种因素的影响,围岩整体的力学性质和稳定状态发生变化,隧道塌方也就随之而来。
2.2湿陷
研究表明粘粒含量及赋存状态是影响黄土湿陷性的主要因素,在一定压力作用下黄土受水浸湿后模量降低,由此导致明显附加沉降,隧道覆盖层产生湿陷引起土体局部不稳、应力集中。
离石黄土一般不具湿陷性,原因主要是离石黄土湿度较大,含水量较高;粘粒含量增多,因此黄土隧道湿陷性的危害集中在浅埋地段和洞口段。已有工程表明马兰黄土具轻微自重湿陷,湿陷深度仅在数米之内,故除了洞口段和特浅埋地段外,黄土隧道可不考虑湿陷性。如神延线的二郎山隧道最浅处只有4m,两侧均是黄土梁,构成集水区,湿陷后形成陷室、盲沟,若不采取措施,长期作用会切穿“浅层”,最后导致塌方冒顶。
3黄土隧道工程地质灾害的防治措施
3.1加强防排水工作
黄土隧道在施工过程中水的危害是极大的。隧道塌方、表覆层滑塌等地质灾害的发生均不同程度地受到水的作用。由此可见,黄土隧道防治的首要对象就是水。
隧道开挖后,加强洞内防排水工作,如果水量较大可在初期支护背后布设软式透水管【6】将水集中排出,避免围岩受水浸泡,而使变形加剧。隧道洞内,顺坡排水时,采用仰拱超前的方法,同时完成洞内排水沟,形成排水系统;逆坡排水时,下部开挖设集水井,疏通周围汇水通道,用水泵排出洞外。隧道出现大面积淋水或者成股状水流涌出时,采用引流管,直接引入集水井。洞顶覆盖层的渗水是洞内集水的主要途径,可适当改变表层地貌形状,以利于雨水的疏散;夯填陷穴等天然集水坑,疏导地表水,减小其渗流量。
3.2及时合理的衬砌
黄土隧道衬砌支护尤显重要,这是由黄土自身的特殊性所决定的。
黄土隧道开挖后,围岩几乎不经历弹性阶段而直接进入塑形阶段,围岩力学指标随塑性区的形成和发展而不断降低;另一方面黄土隧道侧压力较大且遇水增长,因此喷锚支护应及时合理阻止塑性区的进一步扩大,即允许有一定的塑形变形。衬砌时尽量避免使用型钢钢架等刚度大的支护体系,而使用钢筋格栅、添加钢纤维或使用改性混凝土等柔性较大的支护结构体系,以避免过分地约束变形发展,造成围岩稳定的假象。
对松软或含水量较高的地层地段,可设置超前锚杆、小导管、灌注浆【6】等方法预加固围岩。利用小导管注浆形成超前支护,作为隧道穿越软弱地层的一种辅助工法,已有不少成功实例。而将小导管注浆法用于穿越塌体可以说是一种带有尝试性的先例。应该说,两者的基本思路是一致的----都是通过小导管注浆加固地层,形成伞状的承载拱,保护隧道的掘进。值得注意的是,一般情况下塌体比未扰动的软弱地层松动过程度大,施工的风险性也大,所以施工人员需要特别谨慎,作业时需要特别认真。
4结语
黄土是第四纪干旱半干旱特定地区形成的具有特定物质组成和微观结构的特殊土,其强度偏低,承载力低,部分还具有湿陷性。塌方与湿陷作为黄土隧道最常见的地质灾害,受到围岩类别,隧道埋深,地质环境、施工方法、衬砌等综合因素的影响。总之,黄土隧道对水异常敏感,围岩含水量增高后其强度显著降低,湿陷现象表现突出,此外集中降雨还可以形成洪流、冲刷地表,带走大量黄土,改变盖层地形地貌,形成冲沟、塌穴等积水坑洞,引起渗水塌方、河谷下切,从而威胁洞身安全。因此必须采取有效措施防治黄土隧道工程中的地质灾害。
参考文献
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【4】王景明等.黄土构造节理的理论及其应用【M】.北京:中国水利水电出版社。1996
各村、社区,镇直各单位:
为了加强地质灾害防治工作,贯彻“以人为本,以防为主”的方针,切实减轻地质灾害对人民生命财产造成的危害,经镇政府研究,现将《__镇2014年地质灾害防治方案及汛期突发性地质灾害应急预案》印发给你们,请结合实际,认真贯彻执行。
__镇地质灾害防治方案
一、全镇地质灾害现状
我镇地处大别山区,地质构造复杂,岩石破碎风化严重,山高坡陡,断层发育,在降水和地表泾流及人类工程活动(修建公路、切坡建房)作用下,易形成地质灾害。地质灾害类型以滑坡、崩塌为主,次为河流岸塌。尤其是汛期多发、突发。2005年我镇“51”“92”,2006年“726”发生了大量滑坡、崩塌地质灾害,造成多户房屋倒塌,村、乡公路多处受损,交通中断。
根据省、市、县调查统计,我镇在册主要地质灾害防治点有2处,__社区杨术冲不稳定斜坡和戴家河村马鞍山滑坡,列为2014年重点治理的地质灾害隐患点。为加强地质灾害防治工作,贯彻“以人为本,以防为主”的方针,根据有关规定和《__山县2014年地质灾害防治方案》(__政办[2014]22号)文件精神,制定《2014年__镇地质灾害防治方案及汛期突发性地质灾害应急预案》。
二、地质灾害重点防范期
根据以往的地质灾害发生的时间及规律,一般地质灾害发生期以汛期为主。5-9月份是滑坡、崩塌、泥石流的重点防范期,集中强降雨或长时间连续阴雨时段及其过后2-3天是重点防范时段。台风活动等其它极端异常天气时期,属动态地质灾害重点防范期。人类工程活动诱发产生的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害在时间上具有不确定性。
三、地质灾害发展趋势
2014年我镇地质灾害危害较往年仍不容乐观,防灾形势依然严峻,地质灾害仍以崩塌、滑坡、不稳定斜坡、泥石流等突发性地质灾害为主。综合我镇地质灾害现状、发生规律及经济社会发展的要求分析,在未来几年,如不能采取有效措施防治,地质灾害可能有逐年加重的演变趋势。
1、我镇一些已发现的稳定性差或较差的地质灾害隐患点,在强降雨季节,有可能重新复活。
2、人类新的经济活动可能会引发新的地质灾害。如村村通公路建设和农民切坡建房等都可能破坏岩土体的稳定,引发新的崩塌、滑坡、泥石流灾害。
四、地质灾害的监测、预警责任人
地质灾害防治实行分级、分部门负责的原则,全镇地质灾害预防的责任单位为镇人民政府和县主管局,隐患点的监测、预警责任人为镇分管领导、地质灾害所在村书记、主任、单位负责人。
五、地质灾害防治措施
1、落实地质灾害防治工作责任制。地质灾害防治按属地管理原则,分级、分部门负责。镇地质灾害防治工作领导组负责全镇地质灾害防治工作的领导,各村(社区)主要负责同志对本辖区地质灾害防治工作负总责。镇国土资源管理中心所负责行政区域内地质灾害防治的组织、协调、指导和监督工作;农村公路管养、水利、城建、教育等其它有关部门按照各自职责负责有关的地质灾害防治工作。
2、加强地质灾害防治知识的宣传和培训。加强地质灾害减灾防治知识的教育,提高广大干部群众对地质环境的保护意识和对地质灾害自测自救的能力;加强对镇、村、组监测人员的培训,提高其监测能力和水平。教育部门要联系实际将地质灾害防治知识作为一项教学内容,广泛开展“如何防范地质灾害,强化自我保护意识”的教育活动。
3、建立汛期应急机制。抓好汛前调查、灾害预警、汛期巡查、灾害应急处理工作。镇国土根据气象部门的通知及时天气和地质灾害预警信息,国土、农村公路养护、城建等相关部门在汛前、汛期对重点防范区段和隐患点进行调查、巡查、监督。水利、交通、教育等部门在国土资源部门的指导下,负责各自管理范围内的地质灾害调查巡查工作,及时处置发现的问题。各村、社区向每一户受威胁的群众发放“防灾避险明白卡”,在国土所的指导下加强对监控点监测、巡查,遇有重大险情及时上报。对出现地质灾害前兆的区域或地段,及时划定危险区,予以公告;在危险区边界设置明显警示标志;各村、社区居民组根据实地情况,及时组织受灾害威胁的居民及其他人员转移,情况紧急时,强 行组织避灾疏散。灾害发生时及时上报,镇政府视情启动应急预案,在镇防灾救灾指挥部的指挥下,按预案设计的撤离路线和避让地点,迅速组织人员和财产转移,确保人员生命及财产安全,并采取必要措施,防止灾情进一步扩大。
4、镇政府编制年度地质灾害防治方案和重点地质灾害隐患点应急预案。各村、社区在国土所的指导下,编制本地区年度地质灾害防治方案和重点地质灾害隐患点应急预案;根据需要成立地质灾害抢险救灾指挥机构及应急抢险队伍,备足应急抢险物资,适时组织重点地质灾害危险点应急预演,提高应急反应及救灾能力。
5、加强地质灾害的群测群防工作。镇地质灾害应急调查组对汛期地质灾害防治工作进行重点巡查和应急调查。在重点防范期内,地质灾害易发区的村组要加强地质灾害险情的巡查,落实预防措施;逐级落实地质灾害防治责任制,灾害危险区段(点)的监测和防治任务,各村、社区、要落实到具体的监测人员,签订责任书;具体监测工作由镇政府安排受威胁单位和个人负责,做好群测群防记录。
6、坚持和完善汛期值班制度、险情巡查制度和灾情速报制度。各村、社区在汛期特别是极端天气要加强值班,确保通讯畅通,信息传递准确及时,并做好值班记录。强化汛期定期监测和重点时段监测,做到汛期每周一次,重点时段每天监测一次或多次,发现险情及时向“镇防指”和镇国土所报告,接到报告后,由镇国土所立即派人进行现场调查,采取有效措施进行处理。
7、多渠道筹措资金,防治地质灾害。镇政府根据地质灾害防治工作需要,每年安排一定的地质灾害防治专项经费,主要用于地质灾害监测、预防,应急和自然因素形成的重点地质灾害隐患点或新发生的地质灾害危险点治理。因工程建设等人为因素引发的地质灾害治理费用,按照“谁引发、谁治理”的原则,责成责任单位限期治理,消除地质灾害隐患。
8、加强对地质灾害隐患区新上工程建设项目的地质灾害危险性评估、勘察,对有地质灾害隐患的区域,先进行地质灾害评估、勘察并治理,再规划工程建设。
六、突发性地质灾害应急预案
制定突发性地质灾害应急预案,是应对突发性地质灾害的重要措施,以避免和最大限度地减少人员伤亡为主要目标,在确保人员生命安全的同时努力降低财产损失。应急救援工作实行“统一指挥,分工负责,相互配合,快速高效”的原则。
(一)组织机构
根据我镇实际工作情况,镇设立地质灾害防灾治灾指挥部,与镇防汛抗旱指挥部合署办公。在镇党委、政府直接指挥下,镇指挥部统一指挥全镇的地质灾害防治工作,下设办公室和若干应急工作组。
1、综合办公室主要职责:负责收集、审查、发送、管理各类信息,掌握并综合防台风、山洪及地质灾害动态情况,负责各工作组的协调。
2、工程技术组、检查组:负责制订防灾救灾方案、抢险方案、水毁工作方案、抢险计划和技术指导;负责组织地质灾害易发区等工程巡查、人员财产安全巡查,并开展安全运行管理,负责地质灾害防、避、抢、救工作检查。
3、抢险救灾组:指导或帮助组织人员与重要物资应急转移安置、灾区医疗卫生防疫;负责水利、电力、交通、通信、校舍、供水等受损设施的抢修,维护社会治安秩序。
4、查灾核灾组:负责了解收集人员及物资应急转移和灾害造成的损失情况,汇总、核灾、上报灾情数据及灾情评估。
5、后勤保障组:负责抢险救灾车辆、船只等应急工具,救生、抢险物资的筹措和调配;负责救灾人员生活保障和接待上级工作组及慰问团事宜,配合抢险救灾组做好转移群众的安置、临时安置灾民的主要食物及生活必需品的筹措与供应。
(二)防治方案
1、灾前预报。根据气象部门提供的异常暴雨天气预报或监测点出现异常情况,及时向有关领导及县指挥部报告,落实责任制,做好预警宣传,重点检查,管理到岗,突出“防”字。紧急情况时,镇指挥部临灾预报。
2、临灾应急。临灾预报后,预报临灾区即进入应急期,镇地质灾害防灾救灾指挥部及各职能工作小组根据职责分工,进入临灾应急状态,并迅速采取有效措施防范可能发生的地质灾害,以最大限度地避免和减轻灾害造成的人员伤亡和财产损失。
3、灾后应急处置
(1)当发生地质灾害时,协助县地质灾害防灾救灾指挥部工作人员迅速到现场了解灾情,确定灾后应急工作规模,镇防灾救灾应急分队进入灾区进行人员抢救和工程抢救工作;及时动员受灾群众和受威胁居民及其它人员按预案设计的撤离路线和避让地点转移到安全地带,并按规定及时向上级政府和国土资源部门速报灾情。
(2)灾害发生后,各工作小组按照预案分工,在指挥部的统一指挥下迅速进入应急工作状态。
(河南省航空物探遥感中心 河南 郑州450053)
【摘要】林州红旗渠是上世纪60年代林州人民自力更生修建的一项伟大水利工程,是中华民族精神的象征。红旗渠沿线各种类型地质灾害频繁发生,几乎每年都有崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害发生,对红旗渠的安全运行造成极大的危害。如何有效地防治沿线地质灾害,确保红旗渠顺畅其流,千秋永固,是我们值得研究的一个环境地质问题。
关键词 林州;红旗渠;地质灾害;防治工程;建议
1.前言
(1)婉蜒于太行山脉悬崖峭壁之上的红旗渠,被世人称之为“人造天河”,在国际上被誉为“世界第奇迹”。它是上世纪60年代林州人民自力更生修建的一项伟大水利工程。它还承载着“自力更生、艰苦创业、团结协作、无私奉献”的红旃渠精神,是中华民族精神的象征。
(2)红旗渠沿线地质条件极为复杂,各种类型地质灾害频繁发生。自红旗渠建成运行以来,几乎每年都有崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害发生。1996年8月3~4日,由于连降暴雨,总干渠沿线共有154处发生地质灾害,造成渠道淤塞,淤方达,渠墙倒塌840处,造成的直接经济损失达1. 17亿元,灾后的修复费用达1100余万元。多年来,平均每年用于地质灾害灾后修复的费用即达数百万元。如何有效地防治沿线地质灾害,确保红旗渠顺畅其流,千秋永固,是值得环境地质工作者研究的一项重要课题。
2.红旗渠沿线地质灾害现状
红旗渠总于渠长70. 61Km,跨越山西、河南两省,于山西省平顺县石城镇侯壁断下引浊漳河水入林州。沿线地质灾害类型主要有崩塌、危岩体、滑坡和泥石流等。通过调查发现沿线各种地质灾害共94处,其中崩塌24处,危岩体44处,滑坡12处,泥石流14处。
2.1崩塌。崩塌是指高陡斜坡上的岩土体完全脱离母体后,以滑移、滚动、跳动、坠落等为主的移动现象和过程。
2.1.1崩塌灾害的分布规律。崩塌灾害主要分布在红旗渠渠首——小谷堆寺段和青年洞——木秋泉段。其发育的工程地质岩土类型,一是松散松软岩土类及散体状风化变质岩类组成的陡倾斜坡,在降雨侵蚀、冲刷及人类工程活动等因素的诱发下,使边坡失稳而产生滑移式或滑塌式崩塌,如2000年7月5日发生在渠首附近的崩塌即属此种类型;二是层状碎裂硬碎屑岩类组成的峭壁,下部存在软弱夹层,区域性构造裂隙将硬碎屑岩切割成块体,当裂隙贯通后,岩体失稳而坠落,2001年8月,发生在山西境内豆口村附近的崩塌即属此种类型(图1)。
2.1.2崩塌灾害的规模。不同部位、不同边坡类型崩塌体的规模有所不同,按其体积大小可划分为4类:即
(1)特大型(大于1OOOOm3);
(2)大型(1010-10000 m3,);
(3)中型(500~ 1OOOm3);
(4)小型(小于500m3:)。按以上划分原则,红旗渠沿线特大型崩塌有3处,占崩塌总数的13%,大型崩塌有7处,占崩塌总数的29%,中型崩塌有5处,占崩塌总数的20%,小型崩塌有9处,占崩塌总数的38%。最大的崩塌体积为35190 m3,位于赵所NW280。、700m处。
2.1.3崩塌体的形态。
2.1. 3.1三棱体状、块状。这类崩塌体主要受节理形成的裂隙和岩性控制。岩层底部多为软弱岩层形成的岩腔,上部为巨厚层块状岩体,节理形成的裂隙成为崩塌体形状边界。 2.1.3.2不规则状。这类崩塌体主要发育在散体风化变质岩类组成的斜坡,受风化裂隙及卸荷裂隙控制,呈不规则状。
2.2危岩体。危岩体是正在开裂变形,并可能发生崩滑的危险山体。目前调查共发现44个危岩体,其中在总干渠渠首——青年洞段分布最为广泛,在渠长约26Km的范围内危岩体数目达42个之多,总方量达86499m3。
2.2.1危岩体的分布规律。危岩体主要分布于层状碎裂硬碎屑岩工程地质岩类中。危岩体的发育一是受地形控制,在山梁前缘突出部位的陡坡之上,风化裂隙、卸荷裂隙和构造裂隙集中发育,易使山体开裂变形,有些山体甚至出现支离破碎的状况;二是受岩性控制,由软弱岩层形成岩腔,造成上部岩体临空,易引发崩塌。
2.2.2危岩体的形态。
2.2.2.1柱状危岩体。主要为竖向棱角状、圆柱状、三棱柱状等,一般发育在岩体单层厚度大、受多条陡倾裂隙的切割、部分悬空的部位,此类危岩体共19个,占危岩体总数的43. 2%。
2.2.2.2不规则状危岩体。一般发育在岩层单层厚度薄、层间裂隙发育,且受多条不同方向裂隙切割,岩体本身严重变形、支离破碎,此类危岩体共17个,占总数的38.6%。
2.2.2.3 楔形状、块状和壳状危岩体。受裂隙和岩层厚度所控制,同时也受岩体强度控制。此类危岩体受陡倾裂隙和缓倾裂隙切割,其底部部分岩体己发生过崩塌或风化剥蚀、水蚀而使其部分临空。此类危岩体共8个,占总数的18. 2%。
2.2.3危岩体的规模。红旗果沿线危岩体规模大小不等。按体积的大小将其规模划分为3类:
(1)大型(大于500m3);
(2)中型(100~ 500m3);
(3)小型{小于1OOm3)。按以上原则划分,红旗渠沿线大型危岩体有26个,占危岩体总数的59.1%,中型危岩体有13个,占危岩体总数的29. 5%,小型危岩体有5个,危岩体总数的11. 4%。危岩体最大者体积约13500m3,位于东脑村291。红旗渠拐弯处(图2)。
2.3滑坡。
2. 3.1滑坡是指斜坡上的岩土体,在重力作用下,沿着一定的软弱面或软弱带,整体或分散地顺坡向下滑动的现象;本次勘查调查到红旗渠总干渠沿线滑坡地质灾害12处。
2.3.2主要分布在渠首(赵所段)。在调查中发现,滑坡一般发生在以下几种类型的边坡:(1)胶结较差的砾岩边坡。(2)土质松散、松软的边坡。(3)裂隙发育、岩体破碎且后缘有陡倾大裂缝存在的边坡。(4)由老崩塌堆积物组成的边坡。此外,层面裂隙发育、且裂隙面与坡面同向的边坡也易产生顺向滑坡。发育滑坡的边桩坡度一般在30~ 50。之间。红旗渠总干渠滑坡发生的位置有两种情况:一种是,滑坡发生在红旗渠上方的高陡斜坡,斜坡岩性有半胶结状砂砾岩、黄土状土,滑坡形成主要受斜坡坡度,粘性土夹层、排水条件等控制,在降雨、水浸、地震、爆破等诱发因素的作用下,变形失稳,滑移破坏,如小旦河滑坡。另一种是,滑坡发生在渠基,红旗渠渠基多座落于斜坡之上.渠基岩性为软质岩石或松散坡洪积物时,在水浸和重力的作用下,形成滑坡。如王家庄红旗渠12 +900—13 +070m处发生滑坡(图3),滑坡体长120m,宽20m,高30m.统计方量10.2×104m3,造成170m渠道全部毁没,损失惨重。
2.4泥石流。红旗渠总干渠共有沟谷泥石流5处,坡面泥石流9处。
2.4.1沟谷泥石流。沟谷泥石流的发生运动和堆积均在一条比较完整的沟谷中进行,其固体物质来源主要来自于沟谷中的松散堆积物以及其两侧支沟,形成区海拔一般在1200~ 1400m之间,其平面形态大致呈桃叶形、近花瓶形。主要分布在青草凹一棘针林沟一带,具体为青草凹东山沟、王家庄对岸小旦河、赵所村西南皇后后沟和杓铺西棘针林沟等四条沟谷。
2.4.2坡面泥石流。主要发生在松散松软岩土体工程地质类型。由冲洪积层、坡洪积层、风化残积层、黄土状土等松软松散岩土体构成的临渠斜坡,是坡面泥石流高发的主要地段。主要分布在浊漳河阶地、浊漳河支流河谷沟口、崩塌,滑坡发育的山坡及植被稀疏的风化残积层覆盖的斜坡地带。
3.地质灾害的形成因素
3.1地质灾害形成的地质环境条件。
3.1.1地形地貌环境。红旗渠总干渠沿线地处太行山区,由于浊漳河的长期侵蚀切割,造成沿河两岸山势陡峻,尤其是右岸,到处是悬崖峭壁或高陡斜坡。地形最高处海拔高达1500m,高差近千米。陡峭的地形构成了红旗沿线边坡失稳的重要因素。每年雨季朋塌、滑坡及泥石流等地质灾害经常发生。在红旗渠与冲沟交叉并拐弯处,一般向里凹,而经过山梁前缘并拐弯处一般向外突出,该处的山体斜坡是危岩体的高发地段。
3.1.2岩土体工程地质性质。
3.1.2.1 由太古界黑云斜长片麻岩和黑云角闪片麻岩组成的散体状风化变质岩类,一般形成坡麓地貌。表层风化破碎呈散体状;下部裂隙发育,岩质软弱,在临渠处或红旗渠穿山隧洞洞口上方坡度较陡处,易产生崩塌灾害。此类灾害在任村镇本秋泉附近渠段最为典型。
3.1.2.2由中元古界汝阳群浅紫红色、灰白色相间石英砂岩组成的层状碎裂微风化硬碎屑岩类,常以悬崖峭壁出现。在构造作用、风化作用和人工开挖的影响下,临渠附近岩层各种裂隙极其发育,在薄层石英砂岩中甚至引起岩体支离破碎。这类岩体最易形成危岩俸或崩塌灾害。据统计,在发现的44个危岩体中,就有42个属于该类岩体,占危岩体总数的95%以上,说明硬质脆性的石英砂岩是红旗渠沿线危岩体的高发地层。另外,渠内侧中元古界汝阳群石英砂岩地层中存在一层紫红色砂质页岩夹层,沿线分布比较普遍,厚度在1.2~2. 5m之间,不同渠段厚度有所差异。该层页岩由于较石英砂岩软,易风化破碎,遇水易软化,属石英砂岩地层中的软弱夹层,在临渠边坡上呈明显向里凹的特征,尤其在渠内侧下部,由于人工开挖、渠水冲刷等因素的作用下,部分渠段造成其上部石英砂岩地层形成临空带,其宽1.5~2. 5m不等。如渠首、豆口、青年洞附近等渠段最为典型。临空带的存在,加剧丁上部岩体的危险性,易使其上部石英砂岩地层中的危岩体发生变形,拉断而产生崩塌。
3.1.2.3由寒武系、臭陶系灰岩、白云岩、泥灰岩组成的块状微风化中等岩溶化碳酸盐岩类,常以缓坡、圆形山包的地貌出现,临渠处边坡一般较为稳定;仅部分渠段,当地层倾向与坡面同向,且与渠走向垂直时,其上部的坡积物在雨水的冲剧下易形成小型滑坡。另外,在地层遭受强烈破坏、岩体破碎的地段,其物理力学性质差,在连续降雨的冲刷、浸蚀诱发下,易形成较大的滑坡。如1996年夏天发生在赵所村西北渠段的滑坡即属于这种类型。
3.1.2.4 由寒武系下统紫红色砂泥质页岩组成的薄层状中等风化较软碎屑岩类,由于其风化剥蚀作用强烈,在其形成的陡坎下常可见大量的风化剥落堆积体,这类岩体组成的边坡,在雨水冲刷下易产生崩塌、滑坡灾害。
3.1.2.5由第四系冲洪积、坡洪积物组成的松散、松软岩土类,一般呈阶地堆积地形。临渠处边坡稳定性较为复杂,胶结较好的砾岩层较为稳定(如杨耳庄一白家庄渠段),而胶结较差的卵砾石层以及混合土层,其边坡稳定性则较差,当边坡较陡时,易形成崩塌、滑坡和泥石流。如山西境内的王家庄附近滑坡即属于这种类型。
3.1.3新构造运动特征。红旗渠沿线处于新华夏系第三隆起带的东缘,新构造运动非常活跃,主要形式为差异运动和断裂活动,从区内的水系特征和宏观地貌上来看差异运动造就了基岩裸霹、沟谷深切、谷坡陡立,沟谷纵向坡度大,重力堆积物发育,是滑坡、泥石流灾害发生的地质基础。另外,不同规模的断裂和构造裂隙,常成为区内危岩体和崩塌产生的主要因素。
3.2地质灾害的诱发因素。
3.2.1大气降水。大气降水的冲刷和渗透作用,是产生崩塌、滑坡、泥石流的重要诱发因素。一是渗透水进入岩土体中,使岩土体抗剪强度降低;二是渗透水进入岩石裂缝,使裂隙水压力增加,可迅速改变岩土体原有的平衡状态,对地质灾害起到诱发和促进作用。据气象资料显示,林州市降水量主要集中在每年的7~8月份,约占全年降水量的60%左右,这个时段各种地质灾害发生最为频繁。
3.2.2融雪冻融作用。岩体裂隙中水的冰冻和融化产生的胀缩作用土体稳定状态,诱发崩塌、滑坡等地质灾害的发生。
3.2.3渠道渗漏。红旗渠经过40多年的运行,风剥水蚀,工程老化,年久失修,造成渠道勾缝脱落,渠墙渗蚀掏空,渗滑严重。渠道渗漏会引起渠基掏空,产生不均匀沉降,尤其是在渠基岩土工程力学性质较差的渠段,渠水下渗,使渠下土体达到塑性状态或当水渗入不透水层时,接触面含水,减少其摩擦力和粘聚力,使渠基或渠墙产生变形破坏,威胁渠道安全。
3.2.4地下水。主要表现在一些山前缓坡地段,渠内侧坡面上具有一定的汇水面积,松散堆积物较厚,且具有相对隔水层、植被发育,有利于地下水形成和运动。这些地段在地下水压力的作用下易造成渠墙变形破坏。如豆口村南、河口村西南以及柏树庄、尖庄和木秋泉附近渠段内墙崩毁多处。
3.2.5工程活动。
3.2. 5.1红旗渠的修建改变了沿渠山体斜坡的天然稳定坡角,同时加速了岩层的风化剥蚀,诱发崩塌、滑坡、泥石流的发生。
3.2.5.2干渠沿线进行旅游资源开发及基础设施建设(如道路修筑、景点建设)。
3.2.5.3与总于渠平行建设的新(乡)——河(口)公路改扩建工程开山放炮、挖土取石等破坏了地质环境。
3.2.6生物作用。主要为生物的物理作用及化学作用。植物的根劈作用使根茎沿危岩裂缝生长,裂缝扩大,使危岩体产生向临空方向的变形破坏。此外生物的分泌物对岩体的产生的分化破坏作用,加速危岩体变形失稳。
4.地质灾害防治工程措施
4.1危岩体防治工程措施。
4.1.1清除危岩体。规模小、危险性高,且所处边坡较稳定的危岩体,可予以清除,排除隐患。
4.1.2削坡。规模较大,底部部分较稳定的危岩体,可在上部清除部分危岩体,减小坡度和上部载荷,加强其稳定性。
4.1.3排水防渗。由于裂隙水压对于大部分危岩体的稳定有较大影响,因此在危岩体自身及其周边,应修建地表排水系统,防止岩体裂隙过量充水而导致岩体崩塌。
4.1.4固坡。对于底部塌空的危岩体,可在其底部进行支护,底部为软岩(风化破碎的薄层砂岩、页岩、泥灰岩等)的危岩体,进行底部喷浆护壁,防止其进一步风化、坍塌。危岩体自身整体性较好,可进行锚链加固等。
4.1.5遮挡。对于小型危岩体崩塌、落石,可对红旗渠进行棚硐等工程措施进行保护。
4.1.6监测预报。
(1)危岩体形变监测:主要手段包括:通过地面观察、形变测量、地倾斜测量、综合自动监测等方法从外部监测危岩移、裂缝变形、地面倾斜等现象;采用专控测斜、电测、声测、地应力测量等手段从内部监测危岩体的深部变形位移和应力变化。
(2)危岩体崩塌激发要素监测:主要监测降雨量、地震等。
(3)综合分析与预测预报:通过监测数据综合分析,建立危岩变形数值模型,确定崩塌破坏的临界值,建立预警系统。
4.2滑坡防治工程措施。
4.2.1治水。修建排水沟,拦截地表水,减少进入滑坡体的地表水量,减轻地表水对坡体的破坏。滑坡段渠底、渠帮进行防渗处理,防止因渠水下渗,而降低坡体的稳定性。
4.2.2固坡。修建抗滑桩、抗滑墙等支档工程。实施锚固工程,加固边坡,提高其稳定性。
4.2.3监测预报。
(1)滑坡体形变监测:以地面观察、形变测量、地倾斜测量、综合自动监测等方法监测裂缝变形、滑坡体水平位移、垂直形变以及滑坡体上树木、建筑等工程设施的形变情况。
(2)滑坡激发要素监测:主要包括地下水动态监测和地震监测。
(3)综合分析与预测预报:通过监测数据综合分析,建立滑坡变形数值模型,确定滑坡破坏的临界值,建立预警系统,对滑坡进行灾害预测预报。
4.3泥石流防治工程措施。
4. 3.1生物措施。泥石流防治的生物措施主要包括恢复植被和合理耕牧。一般采用乔、灌、草等植物进行科学地配置和营造,充分发挥其滞留降水、保持水土、调节径流等功能,从而达到预防和制止泥石流发生或减小泥石流规模,减轻其危害程度的目的。
4. 3.2工程措施。
4.3.2.1拦挡工程。修建谷坊、拦沙坝、格栅坝等,蓄水拦沙,减小泥石流流速、容重、规模,抬高局部沟段侵蚀基准,护床固坡,降低泥石流冲刷破坏能力,减轻沟床侵蚀。
4.3.2.2排导工程。修建导流堤、急流槽、束流堤等,引水输沙,规范泥石流路径,防止漫流,降低泥石流流速,削弱泥石流冲击破坏能力。
4.3.2.3 停淤工程。根据泥石流发育地区地形条件,修建停淤场,将泥石流引入预定场所减速停淤,防止漫流。
4.3.2.4沟道整治工程。采用固床沙坝、水泥沙浆砌石、石笼等方法保护泥石流沟坡,防止岸坡坍塌、滑移;在沟底进行铺砌或修建肋板稳固沟底,减少沟底冲刷。
4.3.2.5防护工程与错避工程。对泥石流地区的红旗渠、公路、桥梁、隧道、房屋等工程设施,进行防护或错避,抵御或避开泥石流的危害。防护工程包括修建护坡、挡墙、顺坝、丁坝等。错避工程主要包括跨越式错避、穿过式错避等。跨越式错避是指修建桥梁,使工程设施凌驾于泥石流沟上空,免受泥石流破坏。穿过式错避则是将工程设施置于泥石流沟地下,避开泥石流破坏。
4.3.3监测预报。除利用遥感技术,结合气象资料分析,进行区域泥石流活动中长期预报外,主要是利用降雨预测进行泥石流活动的短期预报和临灾警报。此外还可利用泥石流遥测地声警报器、泥石流超声波泥位警报器、地震式泥石流警报器等仪器直接监测泥石流活动,并进行短期预报和临灾警报。
5.结论与建议
(1)红旗渠沿线地质灾害的主要类型有崩塌、危岩体、滑坡和泥石流。崩塌24处,危岩体44处,滑坡12处,泥石流沟5处,坡面泥石流9处。地质灾害对红旗渠的安全运行造成巨大的安全隐患。
(2)建议尽快展开对红旗渠沿线地质灾害体进行详细勘查和治理工作,以确保红旗渠的安全运行,确保红旗渠顺畅其流,千秋永固。
参考文献
[1] 刘传正,地质灾害勘查指南,地质出版社,2000,17—166.
[2] 潘懋、李铁锋,灾害地质学,北京大学出版社,2002,85~132.
[3] 罗元华等,地质灾害风险评估方法.地质出版社.1998,88—95.