滑坡災(zāi)害誘發(fā)因素及其預(yù)警預(yù)報(bào)

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四一八隊(duì)，湖南 婁底 417000）

對于礦山滑坡災(zāi)害而言，其不僅會(huì)威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，還會(huì)對周圍的自然地理環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞，帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。具可靠數(shù)據(jù)分析，僅在2017年，我國就發(fā)生了7521起地質(zhì)災(zāi)害，造成了100多人受傷，354人死亡或失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)35.9億元。此外，礦山滑坡自然災(zāi)害存在一定的可預(yù)測性和可防控性，最新的研究成果已經(jīng)提高了人們對滑坡基地的認(rèn)知度。對于在礦山工程施工加固措施而言，其是一種傳統(tǒng)的降低滑坡風(fēng)險(xiǎn)的措施，但隨著礦山工程規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，該種方法已經(jīng)很難滿足當(dāng)下的需求。因此，礦山工程行業(yè)內(nèi)的技術(shù)人員逐漸研發(fā)出滑坡預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)存在效果較佳、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。

1 案例分析

本文主要結(jié)合七步1號礦山滑坡體來有效分析滑坡災(zāi)害產(chǎn)生的誘發(fā)因素，并在此基礎(chǔ)上說明如何建立完善的預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)。對于七步1號礦山滑坡體而言，其處于寧武地區(qū)礦脈標(biāo)段。在施工過程當(dāng)中，該處滑坡體已經(jīng)發(fā)生了十多次大小崩塌滑移堆積，尤其是在七步水庫開始蓄水之后，七步1號滑坡體的形狀變化更為劇烈，給周圍的地勢和環(huán)境造成了一定的不利影響。七步1號滑坡體地貌地形主要如圖1所示。

2 礦山滑坡形成的原因

2.1 地質(zhì)條件

對于該地區(qū)而言，其主要是最新的第四系松散堆積層，按照新老變化規(guī)律將南北延伸地分為侏羅紀(jì)中統(tǒng)上分層位。對于第四系地層而言，其主要呈小片和零星散布狀，分布河岸兩地，是當(dāng)?shù)囟逊e層滑坡的主要組成物質(zhì)。對于該地區(qū)的地層巖性而言，其主要為砂巖和泥巖，而巖性主要包括紫紅色、灰色泥巖、粉砂巖和石英砂巖。該處地段北靠鐵峰山背斜，南靠龍騎山和方斗山背斜，礦山滑坡區(qū)主要是由兩組拉張節(jié)理裂隙構(gòu)成，對于第一組拉長節(jié)理而言，其間距在3m到5m之間，節(jié)理產(chǎn)狀為215°∠75°，節(jié)理面延伸長度在5mm～10mm范圍內(nèi)，最大寬度1.5mm，存在少量的風(fēng)化后填充物。對于第二組拉張節(jié)理而言，節(jié)理面最大延伸長度為6m，最小為2m，最大間距4.5m，最小間距3.5m，最大裂寬3mm，最小1mm，節(jié)理產(chǎn)狀為311°∠68°，表面光滑平整無填充物。

圖1 七步1號滑坡地形地貌圖

2.2 地形地貌條件

該礦山區(qū)域主要位于河谷地帶，地勢由東向西逐漸遞減。由于地貌特征受到區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造作用控制，那么與該區(qū)域與存在的侏羅紀(jì)砂泥巖層的風(fēng)化水平存在較大的差異性，出現(xiàn)山地殼抬升，河道的下切處出現(xiàn)沉積現(xiàn)象，使得整片河谷呈現(xiàn)不對稱的“U”型，多級河流階地地貌受到侵蝕堆積，總體形狀分布為臺階狀、沖溝、注地、陡崖等地貌。礦山陡崖的方向與河道方向保持一致，兩者都呈條帶狀分布。陡崖前端與滑坡后緣相接，滑坡運(yùn)動(dòng)過程中給陡崖后端產(chǎn)生的拉裂，并逐漸演化成槽，形成了一半封閉，另外一半半封閉的注地，部分注地在經(jīng)過下雨天氣的影響，已經(jīng)開始循環(huán)蓄水，逐漸形成水塘。

3 礦山滑坡災(zāi)害監(jiān)測項(xiàng)目

當(dāng)前，人們在對礦山滑坡現(xiàn)象認(rèn)識過程當(dāng)中，主要是利用先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)，只有通過先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)才能準(zhǔn)確預(yù)判相關(guān)自然災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間以及運(yùn)動(dòng)軌跡，在此基礎(chǔ)上才能對其進(jìn)行分析。此外，對于滑坡災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)而言，其也被廣泛的使用在滑坡識別和預(yù)警過程當(dāng)中，目前，礦山滑坡運(yùn)動(dòng)主要的監(jiān)測內(nèi)容主要有：滑坡體地表位移、滑坡地下水位、滑坡地區(qū)的降雨量等指標(biāo)。

3.1 礦山滑坡地表位移監(jiān)測

對于礦山滑坡預(yù)警監(jiān)測技術(shù)而言，使用最早的技術(shù)是采用人工的方式對滑坡體進(jìn)行觀測與記錄。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，當(dāng)下對礦山滑坡體進(jìn)行監(jiān)測主要采用的是地表位移監(jiān)測技術(shù)，其主要包括：GPS地表變形監(jiān)測、自動(dòng)伸縮計(jì)地表變形監(jiān)測、分布式光纖地表變形監(jiān)測等。對于GPS地質(zhì)表面結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測技術(shù)而言，其主要是對體積巨大的滑體進(jìn)行監(jiān)測，存在精確度較高、能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)的測量精度達(dá)到厘米級別。但是，如果當(dāng)?shù)貐^(qū)域衛(wèi)星信號無法正常輸入輸出，那么就很難采用該種技術(shù)。對于自動(dòng)伸縮計(jì)地表變形監(jiān)測技術(shù)而言，其首先要在區(qū)域內(nèi)打下固定的樁位，礦山滑體運(yùn)動(dòng)會(huì)帶隨著樁位一起運(yùn)動(dòng)，那么技術(shù)人員就可以通過測定樁位的相對位移量來準(zhǔn)確測滑華體的變形量，其存在精度較高、受外界環(huán)境影響因素較小等優(yōu)點(diǎn)，由于測量范圍較為狹窄，結(jié)果就存在一定的偶然性。

3.2 礦山滑坡地下水位監(jiān)測

對于地下水位而言，其自身的高低對滑坡的運(yùn)動(dòng)之間存在直接聯(lián)系。同時(shí)，地下水位的不規(guī)律變化在很大程度上是誘發(fā)滑坡災(zāi)害產(chǎn)生的主要原因，在整個(gè)滑坡過程起著決定性因素，因此，對相關(guān)區(qū)域地下水位狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測是十分重要的。

3.3 降雨量對礦山滑坡變形產(chǎn)生的影響

對于新生礦山滑坡或者老滑坡復(fù)活而言，其主要是由降雨引起的，如果山體殘積土在受到強(qiáng)降雨的長期作用下，就會(huì)使得礦山滑坡運(yùn)動(dòng)變得更加頻繁。此外，長期的降雨還能夠給滑坡的形狀造成破壞，從而就會(huì)誘發(fā)更多的自然災(zāi)害。

3.4 庫水位作用對礦山滑坡變形的影響分析

地下水位降落速度的快慢，以及巖土體自身的透水性與滑坡之間存在直接聯(lián)系，如果水位降落的速度較快，那么就會(huì)降低土體的透水性，從而也就降低了礦山滑坡的安全系數(shù)，滑坡自身產(chǎn)生的降低幅度也更為明顯。此外，礦山滑坡自身的穩(wěn)定性與區(qū)域是否存在強(qiáng)降雨以及是否經(jīng)過庫水浸泡有關(guān)，如果礦山地質(zhì)研究區(qū)域內(nèi)，出現(xiàn)短時(shí)的強(qiáng)降雨或者水庫水位變化過大，那么在一定程度上就會(huì)誘發(fā)滑坡的產(chǎn)生。

4 礦山滑坡災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)

4.1 人工智能模型

在對礦山滑坡災(zāi)害建立預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)時(shí)，首先要對滑坡的狀態(tài)信息進(jìn)行檢測，檢測的內(nèi)容主要包括滑動(dòng)機(jī)制、潛在的誘發(fā)因素以及閾值，同時(shí)還要將此類狀態(tài)信息進(jìn)行綜合分析，將分析的結(jié)果嵌入預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)當(dāng)中，這樣才能完全發(fā)揮預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)的作用。因此，這就需要工作人員通過長期位移監(jiān)測的方式對滑坡變形失穩(wěn)的狀態(tài)進(jìn)行檢測，這樣才能降低滑坡災(zāi)害造成的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 突變理論預(yù)報(bào)模型

對于突變理論而言，其首先是由法國數(shù)學(xué)家勒內(nèi)托姆提出的，該理論的主要特點(diǎn)，是在過程中存在一定的連續(xù)性，而結(jié)果是不連續(xù)的。在滑坡發(fā)生以前，地表結(jié)構(gòu)的位移存在一定的連續(xù)性，但是當(dāng)滑坡發(fā)生時(shí)，滑坡土體的運(yùn)動(dòng)是不連續(xù)的，這正好符合了突變理論的特點(diǎn)原則。因此，對于突變理論而言，其在滑坡災(zāi)害預(yù)報(bào)模型的使用過程當(dāng)中，主要是用來模擬連續(xù)的滑坡現(xiàn)象，在滑坡預(yù)警預(yù)報(bào)行業(yè)存在廣泛的應(yīng)用，是一種最為合理的數(shù)學(xué)工具。此外，礦山工程行業(yè)內(nèi)的技術(shù)人員贊使用突變理論時(shí)，將礦山滑坡主要分為拉裂段、剪切段和蠕滑段三種模型，然后，在尖點(diǎn)突變理論分叉集方程的基礎(chǔ)上，計(jì)算出了滑坡突變與時(shí)間之間存在的函數(shù)關(guān)系，這樣就能對滑坡災(zāi)害有效進(jìn)行預(yù)警。同時(shí)，除了時(shí)間函數(shù)關(guān)系以外，還能夠準(zhǔn)確計(jì)算出礦山滑坡前后的能量狀態(tài)，滑體脫滑時(shí)的初速度，通過這些數(shù)據(jù)就能制定完善的疏散計(jì)劃，提高預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)的精準(zhǔn)性。

4.3 支持向量機(jī)模型

（1）對于支持向量機(jī)（SVM）而言，其是一種回歸預(yù)測方法，在一系列裝換后能夠代替高維特征空間中的點(diǎn)積計(jì)算，從而會(huì)的最優(yōu)的全局解，主要的回歸函數(shù)為：f(x)≤W·Φ(x)+b。

（2）應(yīng)用不敏感損失函數(shù)將估計(jì)函數(shù)轉(zhuǎn)換為求函數(shù)最小化問題，然后利用二次規(guī)劃得到支持向量機(jī)的回歸預(yù)測模型。模型函數(shù)如圖2所示。

圖2 SVM回歸預(yù)測的模型函數(shù)

（3）在任何區(qū)域進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)過程時(shí)，可以將當(dāng)月降雨量、前兩月累計(jì)降雨量、月平均庫水位、當(dāng)月庫水位最大變化量為誘發(fā)因子，輸入變量為前3個(gè)月的降雨量，輸出頂為滑坡預(yù)測位移，這樣就能建立滑坡位移預(yù)測模型。

5 結(jié)語

礦山滑坡災(zāi)害帶來的不利影響，阻礙了礦產(chǎn)行業(yè)健康長遠(yuǎn)的發(fā)展。隨著滑坡災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)的逐漸完善，施工人員已經(jīng)能夠準(zhǔn)確分析出滑坡災(zāi)害的誘發(fā)因素并有效進(jìn)行規(guī)避。只有建立適合國家地質(zhì)災(zāi)害和滑坡的生命風(fēng)險(xiǎn)接受標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，才能提高滑坡災(zāi)害的可控性。此外，隨著人工智能技術(shù)的不斷推進(jìn)，技術(shù)人員采用人工智能模型能夠準(zhǔn)確的測量出滑坡體測點(diǎn)的位移量，在此基礎(chǔ)上就能針對不同的施工情況，準(zhǔn)確的預(yù)測出滑坡體帶來的破壞程度，從而不僅能夠保障施工人員的人身安全，還能創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值。