邵鹏 尚彦军 伊学涛 孟和

摘  要：随着半山区地下煤碳资源不断开采，采空区塌陷问题值得重视。新疆天山北麓受地震、降雨、采空塌陷等方面影响，斜坡区滑灾害变得更加复杂且影响范围加大。以天山北麓某煤矿为例，通过地面调查、无人机摄影、钻孔岩心数据分析等手段，在0.3 km2范围内圈划出4个不同规模和形态的滑坡。通过多年遥感影像对比及变形数据分析，揭示滑坡在地震、降雨、地下采空区等内外动力作用下发生的机制。基于煤矿安全和生态保护的原则，提出生态工程-岩土工程协同减灾对策。

关键词：天山北麓;采空区;滑塌;地震;降雨

滑坡在全世界常造成大量人员伤亡及经济财产损失[1]。据Froude研究显示，从2004年1月到2016年12月，全球共有55，997人在4862起滑坡中丧生[2]。《中国统计年鉴》记载中国1950—2016年发生的373，630次滑坡总共造成10，996人死亡[3-4]。滑坡的发生受内外动力作用影响，内动力因素为地震，外动力因素为降雨、采矿开挖等人类工程活动[5-7]。从滑坡内在因素看，斜坡体内部软弱结构面的存在可降低边坡稳定性，导致边坡变形，产生滑动。降雨是诱发滑坡主要外动力作用[8]。雨水入渗导致有效应力降低，使斜坡稳定性降低，同时增加了岩土体重量，导致下滑力增大[9]。矿区大规模地下开采是滑坡发生的主要外部因素。我国西部山区矿山开采占总开采面积的60%以上，矿区斜坡稳定性多受地下采掘扰动活动影响，滑塌区分布与采空区位置有很大关系[10-11]。无人机在地形条件复杂及恶劣环境中，具快速应急调查中常规人工观测无法比拟的优势[12]。

本文以天山北麓某煤矿为例，通过地面调查、无人机观测、钻孔岩心分析等技术手段，圈划出4个滑坡位置、规模和变形特征。揭示斜坡在地震、降雨、地下采空区等内外动力作用下的发生机制。结合生态环境保护要求，提出生态工程-岩土工程协同减灾对策。

1  研究区概况

研究区处于准噶尔盆地南缘乌鲁木齐凹陷带，位于天山北麓中低山区，地势南高北低，南北向岭谷相间分布[13]。地层总体呈NW向展布，为北倾的单斜形态。出露地层有石炭系、侏罗系、白垩系和第四系（图1）[14]。实地调查发现，滑坡所在山体东侧的冲沟无基岩出露，为条带状分布的厚层第四系残坡积土，冲沟西侧同一高度在陡崖上有基岩出露，结合卫星影像判断冲沟为断层F1（图2）。

研究区属大陆性半干旱气候，年平均降水量410 mm，最大450 mm。每年6—9月份雨量巨增，常形成暴雨，不利于山坡松散堆积体的稳定。区内河流为季节性河流，每年6—10月水量充沛。每年10月降雪，次年3—4月消融，强冻融循环作用加速了岩体的风化破坏。据新疆地震局资料，研究区近百年间临近该区50 km范围内共发生≥MS4.7级的中、强震14次，为地震多发区。2020年6月19日发生的3.0级地震和2020年6月22日发生的3.3级地震一定程度上导致滑坡的发生。

2  滑坡规模及地表变形特征

实地调查发现，在不到0.3 km2研究区内发育有4处滑坡（图2）。除1号滑坡为近期发生的滑坡外，其余滑坡均发生1年之久。通过现场勘查和无人机观测，所有滑坡均存在进一步发展的可能。大范围滑动方向向基本平行于山体走向，即35°左右。

2.1  1号滑坡

1号滑坡于2021年3月发生（图3），滑坡滑向35°，下方即为煤矿场房。滑坡总长约400 m，深度不超过10 m，是一个浅层滑坡，体积约11×104 m3，为中型滑坡。上部为地下采空引起的地面塌陷，后缘受采空区影响形成长80 m、深3 m的阶梯状弧形拉裂缝，冰雪融水沿拉裂缝进入岩土体中，可听见岩土体内流水声;中上部受保安矿柱作用有明显的长约60 m的稳定区域，该区域山体平整，无拉张裂隙。滑塌体中部受地下采空区影响再次形成阶梯状弧形拉裂缝;中下部滑体厚度较大，滑坡前缘发育鼓丘，形成大量鼓张裂缝。沿滑动方向越向下，坡上草皮出现草根向上的情况越多，可见灌木倾倒，呈“马刀树”状态。滑坡前缘无水流，可见水流冲刷痕迹。滑坡侧壁见呈雁状排列的剪切裂隙。滑体上方土体松散，两侧沟渠汇水面积大，暴雨天易形成泥石流。监测发现，滑坡前缘几天内向下移动18 m。

2.2  2号破滑坡

2号滑坡后缘基本与1号滑坡后缘为同一高度，整体特征与1号滑坡基本相同，宽度较1号滑坡窄，宽约64 m。滑坡长约380 m，深度不超过10 m，为一个浅层小型滑坡。上部后缘受采空区影响形成阶梯状弧形拉裂缝，宽0.2～0.5 m，冰雪融水沿拉裂缝进入岩土体中，降低了有效应力。中上部同1号滑坡一样，受保安矿柱作用形成长约60 m的稳定区，该区域无明显地面变形。受地形影响滑坡上下部滑向不一致，上部滑向30°，下部直接滑向东侧沟谷，主滑方向约75°。滑坡离受灾体较远，需注意预防暴雨天气下滑坡堵塞沟谷形成堰塞湖的溃决型泥石流灾害影响。

2.3   3号滑坡

3号滑坡后缘形成27 m左右大型拉裂缝（图4），滑坡后壁光滑，滑向45°，是浅层小型滑坡。前缘未剪出，属变形阶段，坡脚为人工开挖小路。

2.4   4号滑坡

4号滑坡紧邻1号滑坡，位于1号滑坡前缘东侧，与1号滑坡发生时间接近。面積较小，是一个浅层小型滑坡。滑体见较多纵向裂缝，前缘可见扇形拉张裂缝。

3  滑坡发生机制

3.1  地震

研究区属地震多发区。最近的2次地震是2020年6月19日发生的3.0级地震和2020年6月22日发生的3.3级地震。这2次地震虽震级不高，但对滑坡产生有着不可忽视的作用。王涛等研究表明，坡体对地震荷载的响应存在一个高程放大效应，坡体变形位移、速度、加速度随高程增加而增大。滑坡体在2次地震波水平加速度影响下，导致岩土体颗粒之间反复碰撞，降低了岩土体稳定性。在地震作用加持下，原有裂缝扩展形成新的裂缝，为地下水的渗入提供了路径。

3.2  降雨及冰雪融水

降水是滑坡发生的主要因素。研究区冬季温度达零下20°，岩土体内自由水受温度影响变成冰，在3—4月份天气转暖开始融化。昼夜温差大，白天温度高，冰雪融化。夜晚温度低，重新结冰。强烈的冻融作用，加速了岩土体的风化，造成岩土体结构松散。水不断进入岩土体裂隙中导致土壤变成非饱和状态，岩土体内孔隙水压力增大，逐渐减小了岩土体的抗剪强度，同时水增加了自重，导致岩土体下滑力进一步加大。在重力和水联合作用下，潜在滑移面的连通性逐渐增加，随滑体的移动，后缘拉张变形逐渐增大，最终导致滑坡产生。

3.3  地下采空区

资料显示，在滑坡体100 m多米深度存在2条EW向旧采煤巷道，巷道宽220 m，高5 m。采空区正上方对应地表塌陷区（图5）。由于地下采空区的存在，地表在重力作用下产生沉降作用，导致1号滑坡后缘形成阶梯状弧形拉张裂缝和滑坡中上部1～2 m的低平塌陷区。塌陷引起后缘岩土体发生座落式位移，沿滑动方向将下方岩土体向前推覆，逐步产生贯通的滑动面，发生滑坡。

1号滑坡上部由于采空区影响形成塌陷，地下水沿裂隙直接进入采空区。中上部由于保安矿柱作用有效减少塌陷范围。下部岩土体受重力和地形因素影响向下变形。泥岩夹层地下水聚集，逐渐向坡下流动，促使滑动面逐渐贯通，最终失稳。综上所述，滑坡受地震、降雨及冰雪融水、地下采空塌陷联合作用产生了滑动（图6）。

4  防治对策及建议

（1） 截排水。注意滑坡侧缘及滑坡后缘长约10余米的阶梯状弧形裂缝采取排水沟等方式进行地表水截流，防止地表水沿裂缝进入地下，造成岩土体抗剪强度降低。同时在滑坡内部预埋排水管，助力滑坡体内部浅层水排出。

（2） 削坡、护坡。在滑坡前缘鼓丘修筑挡土墙、抗滑桩等，增加抗滑力，锁住岩土体，防止其进一步发展。或进行削坡，减小其下滑力。

（3） 监测。建议增加监测设施，重点监测滑坡前缘位移变化及地表水变化。在雨季、冰雪融雪期及暴雨期重点监测。采取群防群测的方法， 全面及时了解滑坡变化情况。

（4） 采空区回填。地面塌陷和地裂缝及时采用废渣石回填、夯实。

（5） 植被。进行生态防治，禁止牛羊等进入滑坡塌陷灾害区，加强植被修复。生态防护措施能对物源进行有效阻滞和拦挡，减小灾害区在暴雨时发生泥石流的可能性。同时极大地减轻了岩土工程防灾减灾负担，有助于挡土墙、抗滑桩等岩土工程措施有效、持久地发挥减灾效益。

5  结论

（1） 本区发育4处滑坡，均存在进一步发展的可能。最近发生的1号滑坡和4号滑坡需及时进行治理，3号滑坡处在变形阶段，2号滑坡无受灾体可暂缓搁置。后缘形成阶梯状弧形拉张裂缝，中上部产生宽约20 m的地面塌陷。滑坡体积大，直接威胁下方活动场房及矿上工人的生命安全。

（2） 地震、降水、冰雪融水及采空区等联动作用导致滑坡发生。地震使岩土体变松弛，产生裂隙，增大了降雨及冰雪融水的渗入，导致孔隙水压力增大，由此减小了岩土体的抗剪强度，促进滑坡的发生。同时采空区塌陷作用使滑坡后缘岩土体以坐落式向下滑坡，在滑动过程中推覆岩土体向前运动。

（3） 生态工程-岩土工程与减灾防治对策是一种有效地滑坡治理方案。在进行岩土体防治工程的同时进行生态植被修复，不仅能有效进行固土作用，还能恢复草场，绿化环境，是一种可持续发展的防治理念。

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