0 引言

露天开采是中国矿业领域主要生产方式之一，而边坡安全是露天矿山安全生产最主要的一部分，在中国西北寒区边坡岩土的冻融循环是影响边坡稳定的主要因素（张凡和刘志强，2021）。

陈玉超（2006）发现，相较于常温边坡，冻融条件下的边坡岩土体外部的水分场、温度场均发生了较大的变化，继而引起应力场重新分布再稳定的过程，造成了边坡事故的发生。而且冻融循环使寒区边坡的结构和力学特征较常温边坡发生了显著变化，主要表现在其孔隙率、渗透性、含水量及土壤强度等方面（齐吉琳等，2003；冯勇等，2008；程永春等，2010；刘红军等，2011）。因此，冻融边坡由于比常温边坡受到更为复杂的气候、地质等因素的综合作用，研究起来更为困难。目前，很多学者都针对冻融条件下岩土边坡失稳因素做了大量的研究（王晓东等，2018；李长洪等，2019；李国锋等，2019；邵尼华等，2019；宋彦琦等，2020；吴仕伟等，2020；李军平和刘志强，2021；张全等，2023；刘宏等，2024），并取得了卓越的成就。马力等（2022）发现岩土体在冻结后力学性能显著增强饱，饱水土力学性质较差，而土、冰交界面岩土体的力学性质最差，最容易成为滑动面。

随着高新科技的快速发展，目前滑坡监测领域中采用的遥感技术有：摄影测量技术激光位移监测技术、地面三维激光扫描设备雷达干涉测量技术、 GPS 监测技术等。其中，边坡监测雷达作为一种非接触式监测技术，具有绝对优势（吴星辉等，2019； 张亦海等，2022），可以提供实时点-面的全覆盖监测，其优势有利于进行长期的整体滑坡监测。本文利用新疆某露天煤矿现有 S-SAR 型边坡雷达监测技术，基于边坡雷达监测数据，分析在冻融条件下该边坡变形特征，同时为矿山的安全生产提供基础支撑。

1 矿区概况

矿山位于准噶尔盆地东南，卡拉麦里山前洪积倾斜平原。地势总体上呈东高西低之势，地貌形态为残丘状的剥蚀平原和戈壁化平台，海拔690～728 m。矿区属大陆干旱荒漠气候，年温差和昼夜温差较大，6—8月为夏季，气候炎热，白天气温常在40℃以上，绝对最高气温达 43.2℃。11 月至次年 2 月为冬季，气候严寒，绝对最低气温达-49.8℃，冻土期 5 个半月，冻土最大深度可达 1.3 m。年平均降水量 106 mm，年蒸发量1202～2382 mm。

采场西帮坡体岩层上部为第四系砂土层，下部为侏罗系泥质砂岩、细砂岩、泥岩及煤层组成，岩层倾角近水平。西帮北侧为内排边坡，南侧为揭露的边坡（图1）。西帮边坡由 17个台阶组成，台阶高度 10 m，最高标高为+710 m，最低标高+540 m，西帮边坡高度约为160 m。

2 采场西帮边坡雷达监测情况

2.1 边坡雷达介绍

S-SAR 型边坡雷达是基于合成孔径雷达原理 （图2），通过直接数字频率合成与数字去频技术相结合，可实现亚毫米级变形的测量，能够对露天矿边坡、水电库岸和坝体边坡、自然边坡、大型建筑物的变形及沉降等实施大范围连续实时监测。对各种滑坡坍塌灾害进行预警预报，有效保障作业人员和救援人员的生命安全。矿山现用雷达为中国安全生产科学研究院自主研发的 S-SAR 型第三代拖车式边坡雷达，其监测优势为：（1）监测精度可达 0.1 mm，并且空间分辨率可达 0.15 m×4 mrad（在 1 km 处）；（2）最远监测距离可达 5 km，可以对站点位置有更多、更合适的选择，且无需在被测区域布置传感器；（3）单次采集时间缩短至 4 min 内，采集数据可以更加实时有效体现边坡状态；（4）较 GPS、全站仪等设备，可以实现点—面的全覆盖；（5）数据有效性不受雨雪天气、灰尘影响；（6）雷达系统配备拖车底盘，换位置移动监测时更加方便。

2.2 边坡雷达布设情况

为监测采场西帮边坡表面变形，考虑监测视角和设备供电问题，边坡雷达放置于东帮710平台上，放置位置为原始地表，减小了因雷达设备自身沉降引起的数据误差。边坡雷达主要对矿坑西帮采场进行全覆盖监测，西帮北侧为内排边坡，南侧为揭露的边坡。西帮边坡由 17 个台阶组成，台阶高度 10 m，边坡底部标高+540 m，最高标高为+710 m，边坡高度约为160 m。雷达监测近距500 m，监测远距 2100 m，水平覆盖角度 120°，竖直方向监测角度 45°，俯仰角-6°，布设情况如图3所示。

3 边坡雷达监测数据分析

边坡雷达于 2024 年 1 月 1 日开始运行，由图4 可以看出，自监测之日起西帮南侧揭露的边坡表现出明显的负向变形，累计变形量达到了-613.16mm。随着时间推移，变形活跃区域有所缩小，但每天的变形量却依然处于 10～20 mm 之间，仍有滑坡风险。

1—3月每月的边坡雷达变形数据曲线如图5所示。从图5a 可以看出，1 月份雷达监测边坡累计变形量达到了-132.3 mm，变形速度最小为-9.4 mm/d，从图5b可以看出，2月份雷达监测边坡累计变形量达到了-170.9 mm，变形速度最小为-11.6 mm/d，从图5c 可以看出，3 月份雷达监测边坡累计变形量达到了-266.6 mm，变形速度最小为-18.5 mm/d。从趋势可以看出，1—3月每月的累计变形量都在逐步增大，2 月份比 1 月份增大了 29.18%，3 月份比 2 月份增大了 56. 00%；变形速度 2月份比 1月份增大了 23.40%，3月份比 2月份增大了 59.48%。基于矿区 1—3月温度逐步升高，边坡雷达变形数据说明西帮边坡从冰冻-融化的过程是一个加速变形的过程。

根据现场核查情况，西帮重点监测区域有较为明显的沉降，由于路面沉降后被车辆碾压，裂隙主要分布在边坡表面，融化后的水由裂隙进入边坡内部后再度结冰膨胀，使裂隙进一步发育（汪恩良等， 2018；宋彦琦等，2020；肖永刚，2021），增大滑坡风险；另一方面，边坡内部结冰后，内部和表面形成温差，中间的“冰-水”交界处易形成滑动面，推动滑坡风险发生。由边坡雷达监测数据可知，特别是在解冻期，裂隙快速发育，“冰-水”交界面增多，滑动面易由小结大，造成大型滑坡事故产生。因此，在矿区解冻期，应加强边坡雷达监测，合理调整边坡雷达预警阈值，结合矿方人工现场巡查，发现沉降及裂隙，及时进行处理或封堵，防止造成人员伤亡和财产损失。

a—一月份雷达监测边坡变形数据曲线；b—二月份雷达监测边坡变形数据曲线；c—三月份雷达监测边坡变形数据曲线

4 结论

（1）根据边坡雷达监测数据可知，矿山边坡在解冻期间变形活跃，且随着温度升高，边坡变形量处于加速增长过程。

（2）解冻期裂隙主要发育在边坡，融化后的水进入裂隙再度结冰膨胀导致裂隙进一步发育，且由于解冻期边坡内部和表面存在温差，易形成潜在滑移面，滑坡风险大大提升，在此期间，应合理利用边坡雷达数据，适当调整预警阈值，并结合人工现场巡查，增强滑坡预警预报的能力，为矿方安全生产提供保障。

（3）根据目前雷达监测数据显示，西帮重点监测区域变形相对减小至 10～20 mm/d，但矿区目前昼夜温差仍然较大，夜晚有低于 0℃的情况，白天-夜晚仍然会发生冻融现象，且滑坡受多方面因素影响，仍应保持高度警戒状态。

参考文献