基于边坡雷达的牵引式滑坡滑动过程分析研究

张继民，张诏飞，席 伟

(中铁资源集团勘察设计有限公司， 河北 廊坊 065000)

边坡失稳破坏是露天矿山主要的地质灾害类型之一，按照其滑动破坏机理，一般可划分为牵引式滑坡、推移式滑坡和复合式滑坡。众多专家学者[1-4]研究了不同类型滑坡渐进破坏过程的运动特点、力学特征和演化过程，通过数值模拟分析得出滑坡破裂面形成机制和破坏程度，明确边坡监测在矿山边坡稳定性评价和滑坡防治过程中的重要性。

作为监测滑坡的最有效手段，边坡雷达具有监测面广、机动性强、全天候、数据精度高等特点，近年来在露天矿山监测行业得到了大力推广。煤科集团的朱新平等[5]在国内首次将边坡雷达(SSR)应用于黑岱沟露天煤矿高台阶崩塌、滑坡的监测项目中，并建立了动态、实时的自动化监测预警系统，提供了准确有效的滑坡预报；吴星辉[6]、祁广禄[7]、王旭[8]、王立文[9]等分别在不同矿山应用边坡雷达建立监测预警系统，证实了边坡雷达对不同类型滑坡预报的有效性；马海涛等[10]在对边坡雷达位移分析预警过程中，提出了应用正态分布置信区间对滑坡预测开始点进行动态识别的方法，提高了滑坡预测时间的准确性；郑翔天[11]从边坡雷达预警模型位移参数反演方法、雷达位移与三维空间数据融合等方面进行研究，提出基于面域点群遥测数据融合的时空分析预警模型。以上研究多侧重于滑坡形成的机理，或滑坡过程的位移分析和预警方法，对于滑坡过程中位移变化特征对滑坡机理响应情况的研究则较少见。

本文以刚果(金)地区某露天矿边坡雷达监测牵引式滑坡案例出发，分析边坡滑动发展过程中不同阶段、不同滑动部位的位移变化特征,为验证牵引式滑坡的破坏机理提供事实依据，并提出了基于滑坡体不同部位位移顺序求取滑坡位移场和滑面产状的方法，以指导滑坡治理。

1 案例背景

案例矿山位于刚果(金)南部卢飞莲铜钴矿带，采用露天开采，设计境界最大边坡高度230 m，单台阶高度12 m，台阶坡面角45°(覆土)～70°(基岩)，安全平台宽度4 m、8 m(并段)，清扫平台宽度13 m，每隔2～3个台阶设1个清扫平台，最终边坡角43°～45°. 其中，西南帮上部高度1 238 m，为采场最高边坡，走向北西西，表层覆盖第三系风化残积形成的红黏土(N)，厚度一般在20 m以内；下部主要为一套孔德龙古系陆源碎屑岩(K)，其岩性为含铁质杂砂岩，强风化带深度20～50 m，岩体多成散体或碎裂结构。第三系(N)与孔德龙古系(K)呈角度不整合接触，走向北北西，斜穿采场西帮。

2019年6月，在西南帮1 218～1 238 m高度，第三系红黏土内部发生小规模滑坡，规模约5 000 m3，滑体清理后边坡处于稳定状态。采场及西南帮滑坡区域示意图见图1.

自2020年6月份开始，按照采矿计划对西南帮1 182～1 206 m高度进行剥采，形成1 187 m、1 194 m两个安全平台。边坡地质条件见图2. 7月初巡视过程中发现1 194 m平台出现局部起鼓现象，坡顶处1 238 m平台区域发育一系列平行裂缝，走向北西，与边坡坡肩斜交。同时在1 206～1 238 m老滑坡体区域出现下沉裂缝。为实时掌握上述区域发展变化情况，自7月初开始采用边坡雷达重点监测其坡面位移。

图2 西南帮边坡地质剖面图

2 滑坡牵引发展过程

自边坡雷达重点监测以来，共发生了7次不同规模的滑坡，其中3次对解释牵引式滑坡的发展过程具有标志性意义。按照发展顺序，分别编为①号、②号、③号滑坡，滑坡体见图2及图3中标记位置。滑坡过程如下：

图3 坡面滑坡体分布图

1) ①号滑坡：位于1 182～1 194 m台阶，为此次滑坡的前缘位置。自2020年7月下旬对1 182 m剥采以来，①号滑坡体位置下方坡面位移监测数据频繁波动，变化范围绝对值在±30 mm之间。滑坡体位置上方坡面位移周期性增大，自7月3日至7月25日，位移量由-20 mm增大至150 mm以上。7月29日，滑坡体下方位移再次波动，引发上方区域位移速度增加，7月30日13时07分，①号滑坡体位移突发性增长，发生滑动破坏(见图4). 从监测数据连贯性来看，①号滑坡体位置下方坡面位移监测数据连贯性差(见图5)，结合现场条件，为1 182 m采矿活动扰动下造成局部坡面不稳定，继而引发①号滑坡，规模约80 m3. 从小范围来看，1 182 m采矿活动引发了①号小型滑坡；从西南帮整体边坡来看，①号滑坡发生后，第三系与孔德龙古系不整合接触面以上边坡体坡角阻滑段的分离，造成整体边坡下滑力进一步发挥主体作用[1-2]，逐步引发了②号和③号滑坡。

图4 ①号滑坡体坡面位移量和速度曲线图

图5 ①号滑坡体坡面监测数据连贯性曲线图

2) ②号滑坡：位于1 194～1 206 m台阶，为①号滑坡的后续响应，在西南帮整体牵引式滑坡过程中，为下滑力传递区域[8]. 按监测雷达像素点，将②号滑坡体划分为前缘、中部、中后部、后缘4个部分，图6为各部分的位移量和位移速度曲线，表1为各部分的滑动破坏时间、破坏开始时刻位移速度、破坏结束时刻位移速度和最终位移量。

从发生破坏的时间顺序上，滑坡体前缘先于其后部坡体发生破坏，并在2～3 h后发生二次和三次破坏，进一步加大对其后部边坡体的牵引作用，随后中部、中后部和后缘滑坡体相继发生滑动破坏，证实了牵引式滑坡的渐进式破坏过程[1]. 从发生破坏时的位移速度和破坏最终时刻位移量来看，前缘滑坡在较小的位移速度(1 mm/h)时即引发破坏，最终位移量也相对较小；在其渐进式的牵引作用下，中部、中后部和后缘边坡体在位移速度达到5 mm/h左右时启动破坏过程，最终的位移量也相对较大。其中破坏时位移速度和最终位移量最大者均为中后部边坡，这可能与滑面形态有关。②号滑坡规模约600 m3.

3) ③号滑坡：本案例中最大规模的滑坡，总方量约15万m3，高度自1 194 m至坡顶1 238 m. ②号滑坡发生破坏之后的一段时间内，总体坡面保持相对平稳状态。图7展示了滑坡体各处坡面的位移速度云图，除②号滑坡体位置处零星发生后续滑动之外，坡面位移量缓慢增加，位移速度保持在3 mm/h以内，处于蠕动变形的匀速变形阶段[14]. 图8展示了8月11日0:00—12:00的坡面位移速度云图，该阶段坡面位移速度逐步增加至5 mm/h以上，且位移加速区域有滑坡体前缘向后逐步扩展，牵引式发展特征显著，处于蠕动变形的加速变形中期阶段。此后坡面位移速度进一步增加，至18:01时，位移速度发生轻微突变至10 mm/h，认为加速变形阶段结束，进入临滑阶段。至8月12日2:12，位移速度达到极值38 mm/h，由1 194 m平台①号滑坡体附近发生破坏，并迅速向后缘扩展，坡面整体下沉，1 238 m平台后缘裂缝暴露面积不断增大。至9:40左右，滑动基本结束，位移速度回归至5 mm/h以下，并逐步归零。加速变形阶段以来，坡面位移量及位移速度曲线见图9，滑坡后坡面见图10.

图6 ②号滑坡体各部分位移量和位移速度曲线图

表1 ②号滑坡体各部分滑动破坏指标表

(由上而下依次为8月8日—10日12:00)图7 ③号滑坡体位移速度云图

图8 ③号滑坡体8月11日上午位移速度云图

图9 加速变形阶段以来雷达监测曲线图

图10 滑坡后坡面图

3 滑坡体位移场

在滑体③坡面上按等间距选取特征点①—⑨(位置示意图见图11)，提取其雷达监测数据，分别绘制特征点的位移曲线(见图12)和速度曲线，进行分析对比。

图11 坡面特征点示意图

图12 坡面特征点位移量曲线图

将特征点在滑动破坏之前的位移量、破坏时的位移量、滑动破坏之前的位移速度进行大小排序,见表2. 以上监测项目均按滑体空间分布关系，按滑体前缘大于后缘的基本规律分布。依照以上规律，可绘制滑体的位移场，并可进一步推断滑动方向和滑面的产状(见图13)，这对滑后开展滑坡反分析，求取滑面参数至关重要。

表2 特征点监测数据排序表

图13 推断滑体位移场图

4 结 论

1) 基于刚果(金)某露天矿滑坡案例的雷达监测数据分析，验证了牵引式滑坡渐进式发展和下滑力的传递过程。

2) 牵引式滑坡体内部不同部位的相对滑动有一定的规律。②号滑坡(小型滑坡)滑动破坏时的位移速度和滑动破坏结束时的最终位移量大致规律均为前缘小于后缘；③号滑坡(中型滑坡)滑动破坏前、破坏时的位移量，以及破坏前的位移速度为前缘大于后缘。

3) 根据③号滑坡体特征点监测情况，绘制了滑坡的位移场和滑动方向，并结合其它勘探手段可推断滑动面的产状，为滑坡反分析提供基础条件。

Analysis and Research on Sliding Process of Tractive Landslide Based on Slope Radar

ZHANG Jimin, ZHANG Zhaofei, XI Wei

AbstractTraction landslide is a common form of slope failure in open-pit mines, and slope radar is the most effective way of landslide monitoring at present. Based on the case of radar monitoring and tractive landslide in an open-pit mine in the Democratic Republic of Congo, the progressive failure and the transmission process of the sliding force during the sliding process are analyzed; The sliding displacement and displacement velocity of different parts of the landslide body are analyzed. The displacement velocity at the time of sliding failure and the final displacement at the end of sliding failure of No.2 landslide (small landslide) are roughly the same as that at the front edge less than the rear edge, and the displacement before and at the time of sliding failure of No.3 landslide (medium landslide), as well as the displacement velocity before sliding failure is greater than the rear edge; According to the monitoring of the characteristic points of No.3 landslide, a method is proposed to obtain the displacement field and occurrence of the landslide surface based on the displacement sequence of different parts of the landslide, which has certain reference value for the research and treatment of similar landslides.

KeywordsOpen-pit mine; Slope radar; Tractive landslide; Slope body; Landslide back analysis