喜马拉雅山区公路边坡崩滑灾害与防护措施破坏规律分析*

赵海军 马凤山 李志清 郭 捷 张家祥③

(①中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院页岩气与地质工程重点实验室，北京 100029，中国)(②中国科学院地球科学研究院，北京 100029，中国)(③中国科学院大学，地球与行星科学学院，北京 100049，中国)

0 引 言

山区高速公路边坡稳定性是保障公路建设与安全运行的重要条件，作为长距离线性工程，山区高速公路工程往往穿越多种地质地貌单元，导致边坡类型复杂和扰动灾害类型繁多。边坡崩塌滑坡灾害严重影响着高速公路的建设和运行，即使是单一灾害点的边坡失稳破坏，往往也会导致大范围的交通瘫痪。

针对山区公路、铁路等线性工程边坡地质灾害的成因机理、稳定性评价、风险评价、防治对策等问题，国内外学者开展了大量的调查、模拟和理论分析(成永刚，2020; 范文等，2020; 裴向军等，2021)，根据边坡岩土体地质构造背景、受力状态、破坏机制等，提出了边坡岩体崩塌、滑坡灾害的多种分类方法和破坏模式(巨能攀等，2005; 黄丽珍等，2009; 吴新国等，2009; 范文等，2020)，认为边坡失稳的主要原因在于边坡受到的应力超过了岩土体或结构面的强度、或者边坡岩土体产生了过度变形，从而引起坡面破坏或整体失稳(彭书林等，2005; 苏生瑞等，2012; 马保成等，2014; 赵晓峰，2016；冯振等，2021; 谢洪波等，2021)。就山区公路边坡灾害的防护和加固措施而言，可以将其划分为主动防护与被动防护，根据防护类型可划分为坡面灾害防护、崩塌灾害防护与滑坡灾害防护。目前，在边坡灾害防护设计、破坏模式、防护结构的可靠度及新型防护加固技术方面(陈紫云等，2015; 王利军等，2016)，进行了大量的理论探讨和实践(王宇等，2011；成永刚，2020; 马洪生等，2020)，推动了山区公路边坡地质灾害防护技术的快速发展。

喜马拉雅山区是青藏高原隆升最显著的区域，该地区的地震活动频繁，新构造运动剧烈，河流下切强烈，山高谷深，山坡陡峻、岩体冻融循环作用强烈，岩体结构复杂，整体比较破碎(郑度等，2006；张克信等，2013; 葛肖虹等，2014)。在高陡边坡风化卸荷带，崩塌、滑坡等地质灾害种类多，规模大，对区域内的公路建设与安全运行造成很大的威胁(贺日政，2003; 张佳伟等，2020；卞爽等，2021)。高烈度、高海拔、深切峡谷地区公路边坡扰动地质灾害评估与防护对策，已经成为喜马拉雅山区公路工程建设中的一个重要技术问题(白玲等，2019)。目前针对喜马拉雅山区地质灾害的研究，总体还比较薄弱，只在一些地区或重点工程上开展了研究工作，例如，童立强等(2007)，刘春玲等(2010)，熊德清等(2021)利用遥感解译手段，结合GIS分析技术，研究了喜马拉雅山区地质灾害分布规律及其与地层岩性、地形地貌之间的关系，为该区域地质灾害空间预测提供了基础；白玲等(2019)根据喜马拉雅造山带断层分布与历史地震活动性规律，探讨了地质灾害的危险性；黄艺丹等(2020)，姚志勇(2017a，2017b)，孟文等(2021)，孙先锋(2019)，谷芳芳等(2014)对中尼铁路工程建设有关的工程地质环境、地应力、断裂构造等问题进行了研究，为中尼铁路的选线规划等提供了理论依据；王颂等(2020)对拉萨—羊八井间的设兴村崩塌进行了动力学分析；央金卓玛等(2017)对拉萨周边重要公路沿线地质灾害类型、发育规律进行了分析；张路青等(2004)对某公路滚石灾害进行了现场调查和理论分析；祝建等(2018)运用多因素叠加方法，对川藏高速公路泥石流、滑坡、崩塌、水毁和溜砂等重大地质灾害进行了评价分区。孙琪皓等(2021)利用块体理论和离散元分析相结合的方法，对喀努纳危岩体变形破坏进行了研究。综上所述，现有研究中对该区域公路工程边坡灾害的研究还缺乏详细的调查分析，尤其是对防护结构的稳定性及破坏现状分析十分少见，作为南亚通道重要的交通廊道，区域内公路边坡地质灾害的发育规律与防护安全问题，急需进行深入的研究。

本文针对喜马拉雅山区高速公路交通干道边坡扰动崩滑灾害及其防护措施稳定性问题，通过对该地区工程地质特征的调查，提出一种适合于大面积，大范围的快速调查和分析山区公路边坡类型的分类方法，对研究区公路边坡的扰动灾害发育规律进行调查分析，并对边坡崩滑灾害与地质构造、地震动强度、岩土类型、海拔变化及气候环境变化之间的关系进行探讨，阐明该地区边坡扰动灾害防护措施类型、破坏特征及差异性规律，并给出该研究区边坡扰动灾害防护措施优化建议，为喜马拉雅山区公路边坡扰动灾害的防护治理提供理论依据。

1 公路边坡崩滑灾害破坏调查

本文以喜马拉雅山区国道G318、G219及通往边境地区的亚东口岸、樟木口岸、吉隆口岸与普兰口岸的省干道公路边坡扰动崩滑灾害及其防护措施破坏情况为研究对象(图1)。总计调查线路长约2800km。该调查区的海拔高度在1000～5500m之间，海拔垂向梯度变化很大，其中除喜马拉雅山南坡口岸海拔较低外，调查区平均海拔都在4000m左右，总体上是高海拔甚至超高海拔区。

图1 公路边坡崩滑灾害调查工作路线范围

喜马拉雅山地区公路边坡崩滑灾害是在室内文献调研和遥感影像识别分析基础上，开展的详细现场调查，由点到线，主要对喜马拉雅山区公路工程扰动灾害的发育规律及防护工程现状进行研究。在边坡崩滑灾害调查中，除了常规几何测量、产状测量与数码照相等手段，还利用无人机对高位滑坡灾害进行了全景摄影，为后期典型灾害现场的三维建模工作提供数据资料。另外，边坡崩滑灾害防护工程的调查包括对抗滑桩、挡墙、框架梁、锚杆/锚索锚固、主/被动防护网、棚洞等防护措施的变形破坏的统计与分析。

在此项研究中，共对453处边坡扰动崩滑灾害进行了实地考察，其中前期公路线路解译灾害中的大型滑坡崩塌灾害点均得到现场验证，新增的崩滑灾害主要为公路切坡导致的局部小型崩塌灾害。在全部实地调查灾害中，崩塌灾害占85%，滑坡灾害占15%。图2为全线路崩滑灾害点密度分布图，由该图可知，全线路有两个灾害高发区，分别集中在拉孜—萨迦公路段，萨嘎—西峰—吉隆口岸公路段，其中吉隆口岸省干道公路边坡灾害最为严重。

图2 边坡崩滑灾害点密度分布图

2 山区公路边坡类型的划分

在喜马拉雅山区公路工程边坡灾害的防控建设中，必须对公路边坡的工程地质条件进行正确的认识，才能将边坡进行准确分类，选择合适的评价方法，对边坡的扰动灾害的形式与失稳破坏模式做出科学评估，才能合理地选择边坡加固与防护工程的设计方案。

目前，对工程边坡的分类已有多种方法，有的是根据边坡物质组成划分，有的是根据岩土结构类型划分，有的是根据地层结构划分，各种类型的边坡具有明确的划分原则和用途(范文等，2020)。作为典型线性工程，研究区公路工程穿越多种地质地貌单元，公路边坡数量多、类型杂，为了更好地服务于实际边坡扰动灾害防护治理工程，必须充分考虑各种内外动力因素对边坡的扰动影响，结合现有边坡分类的优劣，将边坡类型划分成类型明确、易懂易用、可操作性强的类型，以正确地判定不同类型的边坡岩土体的变形破坏类型。

通过对研究区实际调研，认为融合边坡物质组成与地层结构类型的划分方法，具有较好的理论基础与实用性，因此，对全区范围内公路边坡类型分为土质边坡、二元结构边坡、土石混合体边坡和岩质边坡。其中：土质边坡是指整个坡体由相对均匀的土、砂颗粒组成，无明显的块石夹杂的厚层侵蚀风化堆积、河流相沉积、风积沙等不同成因物质组成的斜坡(图3)。研究区二元结构边坡类型以土-岩二元结构为主，这种类型的边坡上覆坡体是由松散堆积层构成，其堆积层物质以崩坡积、残坡积及冲洪积沉积相物质为主，边坡开挖后土-岩界面易出现蠕滑-拉裂型破坏(图4)。

图3 土质边坡堆积与滑坡灾害

图4 浅表层土-岩二元结构滑坡

土石混合体边坡在研究区有较多分布，此类斜坡厚度大，物质成分复杂。按物质来源组成可细分为3个亚类：a)碎石土边坡，该类坡体主要由强风化岩石块体与砂土等细颗粒物质组成，整体强度较低，但比普通土体要高，其稳定性受软弱夹层影响较大，常发生滑动、崩塌及落石等表面破坏(图5a)；b)堆积层滑坡，这类边坡主要由厚层的冲洪积、坡积及崩塌堆积物组成，各种粒径组分及分级级配含量变化较大，故坡体性质变化很大(图5b)；c)散体岩石岩屑边坡，该类坡体主要由未胶结的断层破碎带、强风化及全风化岩块、细颗粒岩屑及砂粒组成，整体呈散粒状，沿斜坡表面常发生碎屑溜滑埋没公路(图6)。

图6 坡表松散层溜滑灾害

岩质边坡在研究区主要是以中风化类型的各类岩石为主，基本保留了原岩的结构特征。在研究区内，岩质边坡按节理发育情况可划分为块状结构边坡和层状结构边坡，前者坡体主要以花岗岩、凝灰岩、橄榄岩等块状岩体为主，后者坡体以板岩、砂岩、泥岩及页岩等层状岩体为主。岩质边坡稳定程度受构造活动影响较大，边坡崩滑破坏多由结构面控制。在实际调查中发现，边坡坡肩岩体拉张破坏现象十分普遍(图7)，拉裂缝常常围限切割岩体，从而诱发了边坡滑坡与崩塌灾害。

图7 边坡岩体拉张裂缝

3 边坡崩滑灾害发育规律及与内外动力因素的关系

喜马拉雅山区公路工程受区域地质构造、地层岩性、地形地貌、气象水文及工程扰动等内外动力因素的综合影响，边坡地质灾害的分布具有显著的区域性分布规律。公路边坡是一个复杂地质体，有很强的区域性特征，前人在对大量的边坡地质灾害分析基础上，提出了不同的分类方法(祝建等，2018；范文等，2020)，例如，国际滑坡编目小组曾将边坡灾害分为5类：1)崩塌；2)倾倒；3)滑动；4)侧向扩展拉裂；5)流动。不同的分类方法基于不同的分类标准与应用目的，同时，在实际边坡的变形破坏中，存在着许多不同的过渡和混合形式。因此，应用型分类要把握主要的失稳模式，做到先宏观判断，后局部分析，才能对边坡的失稳模式做出合理的判断。本文结合实际灾害特征，将公路边坡扰动灾害分为崩塌、滑坡(含欠稳定斜坡)两大类，并将其统称为崩滑灾害。

如前所述，此次对公路边坡扰动灾害共计调查了453处崩滑灾害，其中85%为崩塌灾害，15%为滑坡灾害。从空间上看，喜马拉雅山南坡地区，主要公路工程为亚东口岸、樟木口岸、吉隆口岸与普兰口岸省干道公路，所在区域基本位于青藏高原南北向拉张裂谷带内，区域海拔梯度变化大(平均海拔从4500m下降至1000m左右)，属深切峡谷地形，边坡崩滑灾害比较发育，其中以吉隆口岸最为突出，边坡扰动崩滑灾害达37%，其次为樟木口岸与亚东口岸。

喜马拉雅山北坡地区，公路工程主要以国道G318与G219为主，整个公路工程处于高海拔地区(海拔4000～5000m)，但整个路段的垂向高度梯度变化不大，属于山地地形，只在拉孜—定结，萨嘎—西峰段崩滑灾害比较发育，是因为上述两块区域都处在南北向裂谷地带，有利于崩滑灾害的发生。

由于研究区东西向跨度大、南北向海拔梯度变化大，公路工程地质条件差异较大，公路边坡崩滑灾害发育类型特征比较复杂。根据以往学者的研究经验(成良霞等，2012; 裴向军等，2021)，以及本研究区崩滑灾害的发育特征，可将公路边坡岩土体失稳破坏模式分为滑移型(图3～图5，图8～图9)、溜滑型(图6)、倾倒型(图10)与坠落型(图11)4类，尽管类型与常规边坡崩滑灾害类型基本一致，但喜马拉雅山区特殊的地质环境，使该区域边坡崩滑灾害发育与地球内外动力因素有着密切的联系。

图9 滑移-拉裂式滑坡

图10 倾倒式崩塌

图11 坠落式崩塌

断裂构造分布与高地震烈度对边坡扰动灾害的分布有一定控制作用。断裂构造是影响区域地应力场和岩体完整性的主要因素。公路边坡崩滑灾害密集发育区主要分布在南北向拉张裂谷带，而在南北向裂谷区发育大量的正断层，断层结构发育，岩体相对破碎，这对边坡开挖条件下的岩体稳定不利。在地震动参数影响方面，按照第五代《中国地震动参数区划图》(中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2015)，全区PGA值0.15g范围内灾害点密度1.83个·km-2，PGA值0.2g范围内灾害点密度达3.27个·km-2。

岩土体类型与岩体结构是影响边坡崩滑灾害的主要因素。由于高原隆升、河流冲刷、冻融破坏、物理风化等因素的作用，研究区岩体卸荷风化、破坏现象十分严重。研究区出露的岩浆岩主要以花岗岩为主，包括花岗片麻岩、凝灰岩、橄榄岩、辉绿岩等，变质岩以板岩为主，包括片岩与千枚岩等，沉积岩以砂岩为主，含石英砂岩、泥岩、页岩等。由于长期隆升卸荷、风化、剥蚀等内外动力作用，使得该地区的岩体裂隙十分发育，坡面风化堆积十分普遍。岩质边坡以裸露型层状、块状、碎裂状岩体为主，坡面岩石松动，稳定性差，容易出现顺层滑移式滑坡(图8)，滑移-拉裂式滑坡(图9)及倾倒式崩塌灾害(图10)。其中：块状岩体崩滑灾害占比达53%，层状岩体崩滑灾害占25%，碎裂岩体崩滑灾害占10%。松散岩土体边坡，多以崩坡积物、碎屑风化岩块、河流相沉积物为主，坡表多以裸露为主，此类岩土滑坡占13%。

公路边坡崩滑灾害主要发生在边坡开挖临空面及邻近的陡坡部位。喜马拉雅山区边坡高陡，坡面冲沟发育，冲沟溯源侵蚀与下切导致冲沟两侧及坡顶岩土体失稳问题尤为突出。近80%以上的边坡崩滑灾害与公路切坡有直接关系，坡脚开挖引起的岩体、坡体失稳规模一般不大，多以单体-中小型崩塌为主。在部分切坡工程区段，尤其是吉隆口岸、樟木口岸、亚东口岸公路段，由于深切峡谷海拔梯度变化大，公路切坡扰动造成的崩塌灾害呈现出成片集中发育的特点。在平缓的切坡区，由于坡脚的开挖，容易造成浅层滑坡与坡面松散层的溜滑灾害(图4，图6)。在坡度较大的地区，特别是边坡倾角40°以上的斜坡，公路切坡会导致临空面岩体出现坠落式崩塌(图11)或拉裂式崩塌(图12)。

喜马拉雅山地区的复杂气候条件对公路边坡扰动灾害的发生有重要的促发效应。气候变化对边坡灾害的影响主要体现在不同海拔地区的气候条件影响。喜马拉雅山北坡高海拔地区岩土体的冻融破坏较为严重，而南坡地区降雨影响则更为明显。在降雨效应方面，年降雨量200～300mm地区灾害点密度为0.64个·km-2，年降雨量300～400mm区域灾害点密度为2.04个·km-2，年降雨量400～500mm区域灾害点密度达4.44个·km-2。在温度效应方面，其中年平均气温3℃的地区灾害点密度1.66个·km-2，年平均气温2℃区域灾害点密度为0.39个·km-2。在不同海拔高度上，全区范围内，海拔4000～5000m范围内，灾害点密度为0.52个·km-2，海拔4000m以下达7.92个·km-2。

4 内外动力耦合作用下边坡地质灾害形成机制

地质灾害孕育、发展与演化是重大工程安全性的重要研究内容。地质灾害的形成与地球内外动力作用密切相关，王思敬(2002)提出了由地球内部和外部的动力耦合机制，用来解释多个重大地质灾害的成因机理，已发展成为复杂地质环境条件下，重大地质灾害评价与预测的重要理论支撑(彭建兵，2006; 李晓等，2008; 刘衡秋等，2008; 张永双等，2009; 李守定等，2017)。公路边坡建设中的人类活动行为是地质灾害的诱发因素，地质灾害的孕育与演化依赖于地球内外动力对山体的塑造和改造作用。

喜马拉雅造山带是印度洋板块和欧亚板块剧烈碰撞形成的一种挤压型山脉(图13)，是世界上构造活动最强烈的地区之一。陆陆碰撞、挤压作用使地壳隆升、河谷下切、剥蚀夷平，是地球内外动力对浅表地貌形态互斥的动力学行为。Burbank et al.(1996)将强构造应力作用下的岩石圈变形与地表剥蚀作用相结合，提出喜马拉雅地区侵蚀作用的空间变化与造山带均衡过程及构造隆升之间存在密切的耦合效应。Scheidegger(1998)对青藏高原东缘的崩塌滑坡灾害机理进行了探讨，认为斜坡崩塌滑坡是由构造应力场所决定的，地貌形成与演化是内动力地质作用和剥蚀等外动力作用的结果。Shroder et al.(1998)对喜马拉雅地区斜坡演化形式进行了分析，认为斜坡崩塌、滑坡，甚至是山体构造变形都是地壳抬升引起的斜坡物质运动的综合效应。王思敬(2002)认为我国西部高山峡谷地区，山崩、滑坡、泥石流的频繁发生，是地球内动力的板块碰撞导致的地表覆盖层力学效应与外动力剥蚀同向耦合的结果。喜马拉雅山地壳隆升与河流下切作用，造成了山谷岩体水平应力释放，产生了横向的拉张应变，导致岩体结构松弛，为山体崩塌、滑坡灾害的发生提供了有利的地质环境，山体崩塌滑坡是协调地壳抬升和强烈河流下切的相互作用的结果。

作为挤压隆升区的喜马拉雅造山带，内部由一系列南北向逆冲断裂分割而成的不同地块(特提斯喜马拉雅、高喜马拉雅、低喜马拉雅和次喜马拉雅)的组合体(图13～图14)，是内动力机制不同的构造单元。不同地块的受力状态、隆升速率、岩石成因与沉积响应不同，造成区域稳定性、工程岩体特性和灾害效应表现出鲜明的差异性(彭建兵，2001; 袁建新等，2016；黄艺丹等，2020)。

图14 喜马拉雅山脉地层剖面示意图(据Searle(2017)，星球科学评论(2020)修改)

从图13喜马拉雅逆冲块体、断层、调查线路与地质灾害分布的关系上可以看出，位于喜马拉雅山北坡的G219与G318国道主要分布在大反向逆冲断层(GCT)上，而位于喜马拉雅山南坡的4大口岸间省干道公路主要分布在藏南拆离系列(STD)逆冲断层块体上，这也使得所有的调查灾害点和绝大部分的解译灾害点都分布在大反向逆冲断层(GCT)和藏南拆离系列(STD)块体上。逆冲断裂块体内部发育的近东西向走滑断层和近南北向拉张断层与上述国道与省干道公路的走向和位置基本一致，也正是公路边坡崩滑灾害的高发区。由前述边坡崩滑灾害发育规律及与内外动力因素的关系分析可知，GCT大反向逆冲断层区域为高海拔、寒旱区，冻融、风化剥蚀现象突出，是边坡崩塌落石灾害及溜滑型灾害的高发区；STD藏南拆离系列逆冲断层区具有海拔梯度变化大、降水量丰富的特点，此区域高山峡谷地貌特征突出，是降雨有关的崩塌灾害、土-岩二元结构滑坡及土石混合体滑坡灾害的高发区。

差异隆升是引起不同区域地貌分异及相关侵蚀沉降响应差异的重要原因(郑度等，2006; 许志琴，2007，2013；张克信等，2013)。特提斯喜马拉雅位于印度河-雅鲁藏布缝布带(ITSZ)和藏南拆离断裂带(STDS)之间，在拆离滑脱作用下，作为上盘的特提斯喜马拉雅与作为下盘的高喜马拉雅差异性隆升达3mm·a-1以上，特提斯喜马拉雅处于相对沉降状态，形成的岩石以砂岩、泥页岩，碳酸盐岩为主，具备发生崩塌与顺层滑坡的有利地形与岩性条件；高喜马拉雅位于主中央断裂(MCT)与藏南拆离断裂(STDS)之间，隆升速率约4～6mm·a-1，岩石来自于下地壳，受高位高压变质作用，形成了以花岗岩、片麻岩和片岩等硬岩为主的地层岩石，由于隆升快速，岩质坚硬、侵蚀作用相对较弱，从而形成了高差较大的陡峻地形，工程扰动下特别有利于山体崩塌、滑坡的发生。低喜马拉雅位于主边界断裂(MBC)和主中央断裂(MCT)之间，隆升速率约为2～3mm·a-1，岩石以中上地壳泥岩、砂岩及混杂岩为主，地形陡峻，该地区降雨充沛，边坡崩滑灾害极为发育。

喜马拉雅山地区的气候变化与分布具有十分鲜明的特色，与地质灾害的孕育演化有着紧密的联系(吴青柏等，2021)。依据印度洋暖湿气流可以到达的前锋线(500～1000mm·a-1，海拔3500～4000m)，大体可划分为两个气候区，喜马拉雅山北坡干旱寒冷气候带和南坡温带-亚热带季风气候带(林振耀等，1981; 黄艺丹等，2020)。在公路工程时间尺度上，温度与降水变化是该地区最为活跃的外动力地质作用。图15为喜马拉雅山东段海拔与气候变化关系示意图，从图上可以看出，喜马拉雅山脊两侧具有截然不同的气候与降水环境，北坡为寒旱区，南坡的降水量和温度都比北坡有优势，这也是研究中发现喜马拉雅山北坡高海拔地区岩土体的冻融破坏较为严重，而南坡地区降雨型滑坡灾害更为突出的原因，这种外动力作用下的动力侵蚀差异性凸显了气候变化条件对地质灾害成因演化的影响。

图15 喜马拉雅山东段海拔与气候变化关系示意图

5 边坡灾害防护措施类型与破坏特征

经调查，与无防护边坡相比，有防护边坡可以显著地减少边坡扰动灾害的发生。边坡扰动灾害防护工程类型与强度主要与坡体结构、灾害类型、灾害体规模及地震动强度等因素密切相关(王宇等，2011；马洪生等，2020)。研究区边坡灾害防护措施类型主要包括挡墙(混凝土挡墙、浆砌石挡墙、干砌石挡墙，石笼挡墙等)、框架梁(含锚杆、锚索)、柔性防护系统、坡面喷浆、棚洞等类型。

在边坡扰动崩滑灾害中，采取边坡防护措施的有161个，占全部灾害的36%。在各种边坡防护措施中，仅采取一种防护方法的，约占全部防护边坡的78%。在所有防护类型中，单采用挡墙防护措施的占57%，单一主/被动式柔性防护网措施约占全部防护类型的14%，单采用棚洞防护措施与喷浆防护措施的各占全部防护类型的4%。此外，在复合型边坡崩滑防护措施中，采用了两种边坡防护组合措施(如挡墙+柔性防护网、挡墙+框架梁、棚洞+柔性防护网等)的占20%，采用了3种及以上防护组合措施(如挡墙+框架梁+柔性防护网、棚洞+框架梁+柔性防护网等)的占2%。

由于青藏高原内部及周边强烈的构造变形与特殊的气候环境相互作用，使公路边坡崩滑灾害防护工程的稳定性和安全性具有很大的不确定性，经统计发现，约10%的边坡崩滑防治工程出现了不同程度的破坏和失效现象。在这些破坏措施中，挡墙破坏与柔性防护网破坏是最常见的破坏类型。

挡墙破坏以墙体开裂、鼓胀、剥落、落石冲击及坍塌为主要特征(图16)。柔性防护类措施，以主动防护网和被动防护网为主，由于坡面滑塌、落石等原因，造成柔性防护网局部网面大变形、撕裂，甚至大面积破坏(图17)。在框架梁坡面防护结构中，由于锚固力不足，部分锚固工程点出现了松动、破损，坡面岩土体变形导致框架抗剪能力不足而导致剪切破裂，影响锚杆锚固力或锚索预应力，进而影响工程加固效果。

图16 边坡挡墙破坏

图17 边坡柔性防护网破坏

6 边坡灾害防护措施破坏的差异规律与防护措施优化

边坡灾害防护措施的性能存在较大的差异，其根本原因是防护设计与灾害体的匹配性存在问题。针对边坡实际类型和破坏形式，进行防护结构调整与优化，既能有效地解决边坡灾害防护不足的问题，又能有效地解决本身的损坏问题。

6.1 边坡灾害防护措施破坏的差异规律

边坡崩滑防护结构的变形破坏特征与边坡工程地质情况有密切关系，相同的边坡防护结构，在不同边坡工程地质条件下其自身的稳定性和破坏特征也存在一定的差异性。有些边坡虽然实施了防护，但仍没有达到有效加固边坡的目的，主要源于对边坡的结构认识不清或对边坡灾害形式判断不够准确(成永刚，2020)。因此，在边坡防护中，应充分考虑岩性、结构面、坡体形态、风化程度等因素，采取适当的防护措施才能有效保证边坡的安全。

挡墙是本区域公路边坡防护中最常用的一种防护措施，主要用于防止边坡垮塌滑动，改善斜坡的稳定性，但挡墙结构透水性较差，排水孔易堵塞，使其发生鼓胀、开裂和坍塌。在研究区土-岩二元结构边坡与土石混合体边坡的防护中，由于排水不畅、冻融破坏、支撑力不足等原因，造成了部分边坡挡墙破裂与垮塌。在研究区岩质边坡防护中，虽然混凝土挡墙与浆砌石挡墙本身具有很好的稳定性，但是由于高位坡体崩塌落石的冲击作用，常常导致部分挡墙出现破裂和损毁。石笼挡墙是一种灵活性较高的挡土墙，它可以加固斜坡，提高土石块之间的稳定性，防止发生滑坡等问题。石笼挡墙是以自身的重力作为支挡，由于取材方便，施工经济而被广泛地应用于研究区的边坡防护中。研究表明，石笼挡墙具有良好的自稳性和良好的渗透性，对二元结构边坡及土石混合结构边坡具有良好的保护作用，但此类防护措施的不足之处在于，裸露的石笼组合体中的金属网腐蚀断裂问题比较突出，在喜马拉雅山区强风化条件下，其耐久性会对此类结构的长期可靠性有一定的影响。

边坡崩塌落石的不确定性主要由时间、地点、规模等因素决定。柔性防护系统(SNS)主要是用于斜坡坡表灾害问题，如崩塌、落石、风化剥落等。SNS边坡防护系统分为主动防护和被动防护两类，主动防护系统可以利用钢丝绳的弹性和尺寸的灵活调整来保护边坡危岩和落石，但是主动防护系统只是一种表层防护处理措施，研究区岩石边坡防护中发生的主动防护网的大面积破裂失效，主要原因是边坡岩体的稳定性没有得到有效的控制，钢丝绳锚杆的失效以及局部岩土体的滑塌，往往会使防护功能丧失。被动柔性防护系统是由高强度、柔韧的钢丝绳、钢柱构成的拦石体系，它的作用是通过整体的稳定来确保落石的拦截。在高位崩塌落石高发区，被动防护系统抗冲击性能较差，钢柱弯曲、网面破坏等因素影响了其拦截作用。

框架梁护坡是一种采用钢筋混凝土框架，采用锚杆锚固斜坡的方法，其主要目的是通过框架梁节点处的锚杆将边坡剩余下滑力传递至稳定地层，从而达到稳定的目的。该方法广泛用于研究区二元岩土结构边坡与土石混合体边坡。根据框架梁防护结构的变形破坏情况，认为坡体局部岩土体失稳滑动、高位崩塌落石冲击，是造成局部框架梁发生开裂、悬空破坏的主要原因。从整体上看，预应力锚索框架梁是一种非常有效的防护形式，在调查中发现，使用这种防护措施的坡体没有明显的破坏或破坏程度较无防护型边坡要小得多。

6.2 边坡灾害防护措施选型与优化

在喜马拉雅山区公路边坡建设中，边坡崩滑灾害的防治工程量较大，治理防护措施需结合实际灾害体类型、运动路径、灾害模式与工程匹配性等因素优化组合，对崩滑灾害的危险性进行最小化处理。通过对研究区各种防护措施的破坏特征和规律的分析，发现研究区中的挡墙、柔性防护网、锚杆(索)、框架梁、地梁、棚洞等防护技术已得到了广泛应用，但是由于不同的防护措施针对性强、单一使用一种防护措施时，往往存在防护强度不足，甚至本身的稳定性都存在问题，达不到综合防护治理的目的。因此，边坡坡面防护结构的选型与优化需要根据边坡岩体工程地质结构的具体特点进行优化组合。

针对研究区边坡扰动灾害发育特点与灾害防护结构变形破坏特征，坡面防护结构的选型与优化从崩塌与滑坡两种类型灾害的角度进行分别分析。研究区公路边坡崩塌落石灾害主要发生在完整性较差的硬岩、较硬岩坡体，由于坡面岩体卸荷裂隙、风化裂隙发育，岩体承载力较低，因此，在开挖过程中，除了直接引发开挖临空面的岩体失稳外，还会诱发高位陡坡坡面的崩塌落石灾害。目前，在此类岩质边坡切坡扰动灾害防护措施中，尽管采用了挡墙与主动防护网组合式的防护方法，但由于边坡欠稳定岩体未得到有效锚固，导致了局部边坡防护网的破坏与挡墙的冲击破坏。因此，在崩塌、滑坡危害严重的道路切坡段，宜选用浆砌石挡墙固脚，被动柔性网护坡，锚索锚固欠稳定岩体的防护组合，可大大增强防护效果，减少崩滑灾害的发生，降低防护结构变形破坏的风险。此外，对于边坡高陡，岩体破碎，崩塌落石密集群发性的路段，可采取具有较好防护能力的棚洞结构，同时在高位坡段实施被动柔性网护坡，并使用锚索锚固欠稳定岩体，防止崩塌落石对下坡段棚洞与路面的冲击。从调查研究中也发现，采用挡墙、框架梁与柔性防护网组合，及棚洞、框架梁与柔性防护网等3种以上防护组合措施的边坡路段，可以有效地控制边坡崩滑灾害的发生。

在一般的二元土-岩结构边坡、土石混合体边坡中，公路切坡扰动往往会引起坡体垮塌与滑坡问题。从研究区现有的灾害情况与防护破坏情况来看，坡脚开挖引起的斜坡稳定性问题，虽然通过实施混凝土挡墙或浆砌石挡墙可以有效地阻止垮塌和滑坡破坏，但在挡墙顶部斜坡段，由于坡体加固措施与排水措施不完善，往往会发生浅层滑坡。因此，对于具有高失稳风险的边坡体，在采用主动防护措施的基础上，需采用预应力锚索锚固坡表岩土体(图18a)，以达到浅层滑坡的有效防治。在滑坡的规模很大的情况下，如果用常规的挡墙与削坡减荷方法均无法保障整个滑坡体的稳定时，则可以通过锚索框架梁(图18b)及锚索地梁(图18c)进行抗滑加固。在研究区，多处滑坡灾害中，采用锚索地梁对边坡进行了加固，有效地控制了滑坡的稳定性。

图18 组合式边坡防护加固措施

7 结 论

(1)喜马拉雅山区特殊的地质环境，使得该区域边坡崩滑灾害与地质构造、地震烈度、气候、降雨量等因素密切相关。在高烈度的南北拉张断裂裂谷带，块状和层状岩质边坡的扰动灾害最为严重，在调查的453处边坡崩滑灾害中，崩塌灾害占85%，滑坡灾害占15%。边坡扰动崩滑的孕育与演化离不开地球内外动力对山体斜坡的塑造和改造作用，差异隆升与河流下切导致岩体结构松弛效应及山体崩塌滑坡的侵蚀与搬运作用，是协调地壳抬升和强烈河流下切的相互作用的结果。在公路工程时间尺度上，气候变化是该地区最为活跃的外动力地质作用。在温度影响上，喜马拉雅山北坡高海拔地区的岩土体冻融破坏比较突出，岩土体表面风化、破碎、剥蚀严重，对边坡崩塌落石灾害及溜滑型灾害的形成有利，而南坡地区降水效应最为明显，对浅表层土-岩二元结构与土石混合体滑坡的发生有促进作用。

(2)边坡扰动灾害防护工程的稳定性和安全性存在较多不确定因素。在灾害防治过程中，36%的边坡采取了相应的防护措施，10%的防治工程发生了不同程度的破坏现象，其中以挡墙破坏与柔性防护网破坏最多，主要根源是一些边坡体采用了不当的加固与防护措施。因此，只有正确地判断边坡的类型和失稳破坏模式，采取适当的防护加固措施，才能避免防护不当而造成的破坏与失效。

(3)边坡灾害防护措施自身的稳定性与防护效果有很大差别，其根本原因是防护设计与灾害体的匹配性。公路边坡扰动灾害与边坡岩性、结构面、坡体形貌、风化程度等因素密切相关，往往既存在岩土体滑动失稳问题，又存在垮塌、崩塌与落石冲击问题。实际防护工程中，边坡崩滑防护工程除了自身强度、设计与灾害体的匹配性外，还容易受到防护主体之外的灾害因素的影响，因此稳定性表现出一定的差异，如果无法实现全面防护，单一的防护措施就易出现强度不足和自身稳定性不够的问题。边坡坡面防护措施的选型与优化，需要综合考虑坡面岩土体的工程地质特征、灾害体类型、运动路径、致灾模式与工程匹配性等因素，采用多重防护措施进行优化组合，最大限度降低灾害发生及其潜在的危险性。