秦巴山区公路边坡地质灾害及生态修复探讨

2023-06-29张紫怡程诗芸丰家俊彭杨旭郝晨曦郭鸿

四川建筑 2023年2期

关键词：秦巴山区泥石流风化

张紫怡程诗芸丰家俊彭杨旭郝晨曦郭鸿

针对秦巴山区公路边坡滑坡灾害，总结梳理了秦巴山区的主要地理环境特征、地质灾害总体发育情况、公路沿线边坡概况及治理现状、滑坡、崩塌以及泥石流特點，以及生态修复等方面的研究进展，旨在为工程实践和学术研究提供信息参考。

秦巴山区；地质灾害；生态修复

U416.1+2 A

［定稿日期］2022-03-16

［基金项目］陕西理工大学大学生创新创业训练计划项目（项目编号：S202110720056、X202110720139）;信息产业部电子综合勘察研究院项目（项目编号：2020-DKY-W02）

［作者简介］张紫怡（2000—），女，本科，研究方向为岩土工程。

［通信作者］郭鸿（1984—），男，博士，副教授，研究方向为岩土工程、颗粒物质力学、离散元数值模拟。

秦巴山区地处秦岭和巴山区域，是中国重要的山区自然灾害多发区，公路山体边坡剥蚀、侵蚀现象明显，岩体风化影响突出，地层间节理裂隙发育破碎，山河流道深，谷坡陡峭，边坡稳定性相对较差［1］，滑坡、泥石流等地质灾害频发，对当地人民群众的生命财产安全造成较大的威胁。秦巴山区滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害频发，是目前学术界研究的热点之一。公路边坡的小型滑坡、崩塌及泥石流分布较多，具有重要的研究意义。

本文系统整理了秦巴山区的主要地理环境特征、公路边坡概况、典型地质灾害以及生态修复等方面的研究进展，旨在为工程实践和学术研究提供信息参考，更好地推进“人与自然和谐共生”新型环境治理方案的实施。

1 秦巴山区主要环境特征

1.1 秦巴山区地属范围及气候条件

陕南秦巴山区地跨甘肃、四川、陕西、重庆、河南、湖北6 省市，地处东经102°47′～111°15′，北纬31°06′～34°45′，呈东西走向，其东西长400～500 km，南北宽约180 km，国土面积约871 km2。因为陕西以南的秦巴山区地处暖温带与北亚热带过渡带，所以秦岭山区的植物区系组成较为复杂多变，但仍以暖温带地区落叶阔叶林植物居多［3］。

该区全年室内平均温度为12～16 ℃，1月室内平均温度0.1～3.6 ℃，7月室内的平均温度为23.5～26.8 ℃。据学者研究，温度极值地变化对海拔高度的敏感性较高［4］，所以气温随海拔高度而变动，构成山体的垂直气温带谱。该区年均降雨量也较丰硕，雨季为4～10月，年均降雨量约1 410 mm，占全年地区降雨量的75%左右［3］。

1.2 秦巴山区地质灾害发育概况

秦巴山区地处中国中部地区，是南水北调中线的水源区，也是南北气候的缓冲地带和主要的地理生态分界线，其重要性可想而知［4-6］。秦巴山区经历了长期的构造发展与演化，具有错综复杂的岩性和岩体结构，是一个独具特色的复合型大陆造山带。区内地形地貌复杂，软弱变质岩系广泛发育，降雨强度大、频率高，导致滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害极为发育［7］。

秦巴山区内沟谷纵横，地形复杂多样，起伏较大。陕南秦岭—巴山片区的地貌自然灾害主要有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷和不稳定斜坡五大类型。其中滑坡占86.43%，崩塌占5.39%，泥石流占5.24%，不稳定斜坡占2.13%，地面塌陷占0.81%［9］。总之，山体滑坡是主要原因，其次是泥石流，其他灾害发育相对较少。

综上所述，由于秦巴山区长期受复杂的地质结构构造、重大断层活动和巨大的流水进行冲刷、新构造主义运动等内外环境，以及结合自然地质条件相互作用的影响，突发性滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷等地貌天然灾难的出现发展概率也是尤其高且破坏性极强，再加上陕南地理活动环境相对脆弱、自然环境天气条件不断改变以及人们社会工程管理社会活动较为繁琐。因此，滑坡为首的危险隐患总量多、散布范围广、密度大、频率高，影响问题深远［6-8］。

2 秦巴山区公路沿线边坡现状

秦巴山区公路沿线边坡受地形地貌影响，也比较复杂，本部分主要针对秦巴山区公路沿线的边坡进行总结和归纳。

2.1 秦巴山区边坡类型和边坡破坏类型

国内边坡分级方法众多，但由于划分原则、标准与目的的差异，还缺乏统一的分级办法。例如对于类型和名称，同一术语的定义也有较大区别，但通常按照各自确定的划分准则，对边坡破坏的形式加以划分。根据分类原则，可以分为边坡与工程关系（自然边坡、人工边坡）、人工边坡的形成方式（填方路堤边坡、挖方路堑边坡）、边坡变形情况（变形边坡、未变形边坡）、边坡岩性（岩质边坡、土质边坡、土石边坡）、边坡高度（超高边坡、高边坡、中边坡、低边坡）、边坡坡度（平缓边坡、陡坡边坡、极陡边坡、悬坡）［10］。

在秦巴山区复杂地质条件下修筑公路，一般会进行削坡处理，这就在一定程度上影响了周围岩土体的稳定性，因而在某种程度上增大了滑坡等地质灾害的概率。一般而言，在秦巴山区范围内，土石边坡居多，主要特点是表面强风化，甚至破碎、剥落。

2.2 边坡灾害处治技术

边坡灾害处治技术分为坡体防护和坡体加固。坡体防护还分为植草、草皮铺设、种植、片石边坡保护、防护墙片石边坡保护、菱形网框边坡保护、六方空心砖护坡、窗孔肋边坡保护、喷混凝土护坡。坡体加固工程包含护趾墙和防滑墙、抗滑桩、预应力锚索、排水管沟等［10］。但是总体来看，这些处治技术优缺点各异，需要一定的适用条件，目前对于自然边坡原貌恢复还处于发展阶段。

3 秦巴山区地质灾害——滑坡、崩塌、泥石流分析

3.1 滑坡

秦巴山区的山地滑坡大多集中于秦岭山脉的南脚，以及巴山北坡等低山丘陵地区，滑坡的分布形态因受到地理结构制约，其发育过程与地形地貌降雨岩层结构以及人类社会工程管理活动关系的发展联系紧密，其形成可归结为3类：

（1）滑坡类型大多是小型的浅表层滑坡，变质岩发生膨胀，使得局部沿层理部分破裂，加上风化砂岩严重和暴雨催化，促使发生浅表层滑坡。

（2）当地居民由于修建房屋会对坡脚进行开挖整平，如果无适当的防护措施，在地震或雨季会大概率发生局部滑坡［7］。

（3）滑坡的形成条件中，地形地貌是影响地质灾害生长发育的决定性因素。尤其在岩基出露较高的地区，由于汉水各主要支流下切较深，覆盖范围小的坡积层在人力与降雨因素的联合诱发下，也常发育为滑坡等自然灾害［11］。

3.2 崩塌

3.2.1 崩塌类型

按照受力状况和灾害形态，秦巴山区域的道路坍塌灾害可归结为滑塌、劈裂塌、碎落类崩塌3类。

滑塌类崩塌，是指在降水与风化的共同影响下，公路发展上边坡的岩石体沿裂隙以及不同类型岩石体结构的接触表面，在自重影响作用下向下塌滑的现象。劈裂型坍塌，是指公路边坡坡顶在河流进行冲击的影响下形成差异性竖向结构的裂隙坡顶岩，而石体在自身的重力影响情况下，沿着裂隙可以方向性倾斜崩落的现象。碎落类崩塌型，即在重力作用下，公路邊坡突出巨石与边坡连接处出现裂缝，且由于自然环境影响、人类活动等因素，裂缝逐渐变大，最终导致巨石下落的现象，通常发生在折线坡面或凸坡面［1］。

3.2.2 崩塌因素

（1）边坡坡度。边坡坡度是干预崩塌灾害的重要影响因素之一。坡度较大的边坡不仅提供了边坡的自由面，而且增加了落石的向下分量，降低了承载能力，加速了落石的倾塌。

（2）斜坡形式。坡形分为凸坡、凹坡、直坡以及3种坡交替复坡。在重力作用下，节理和裂缝进行发育，其中凸坡的崩塌概率最高，直坡次之，凹坡一般不发生崩塌。

（3）岩石质量特性。岩体是高速公路边坡崩塌灾害的物质基础，崩塌的种类和规模受到各种类型的岩体的巨大影响。一般指较硬岩性的岩石，主要研究岩浆岩、变质岩和沉淀岩的碳酸盐岩、石英脉中的砂岩、砂砾岩，最初具成岩性构造的石质黄土、构造进行密实的黄土等较易造成对企业规模影响较大的构造破碎，而页岩、泥灰岩等互层岩及松散构造会导致地层等往往难以坠落和剥落［1］。

（4）人类活动。人类活动对于崩塌的产生：一部分是在工程施工中，人工削坡、挖坡损害了坡体的原有稳定构造;一部分是道路附近的地下水位和坡体含水率偏高。

（5）降雨情况。秦巴山区年平均降水量约950 mm，主要集中在6～8月，这3个月的降雨量就占全年降雨量的60%以上，再加上夏季融雪化水，使得很容易发生崩塌灾害［1］。

3.3 泥石流

秦巴山区诱发泥石流灾难的雨水有强度大、时效短、夜间出没等3个显著的特点。经过大量的实地调查与大数据分析，秦巴山区泥石流灾害的主要成形机理可以总结为3类：

（1）极端强降水一般发生在地形崎岖、沟谷坡大的地方，并产生了一定的内汇水区，为泥石流灾害的发育创造了必要条件。较厚的沟谷上坡表面残余物，再加上雨水使较疏松的山坡表层残积物的水分呈超饱和状态，产生强烈径流，这为泥石流的形成提供了大量的物质来源，并引发泥石流灾害。

（2）由于阴雨气候连绵不断，使山坡表层堆积物吸水饱和、自重增大，因而内聚能力明显下降。同时雨水还夹带着大量的山坡表层堆积物借用着风力，混合大量淤泥和大块砂砾沿着险峻斜坡，形成了巨大的冲击力并产生了巨大的土壤地表下涌现象，从而形成泥石流灾害。

（3）人类工程项目中不合理的弃渣堆放造成坡体失稳，并在短时间内附加有强烈降雨。在山洪灾害的影响下，坡体吸水完全饱和后，会聚集成大坡面泥石，造成泥石流灾害［12］。

4 秦巴山区公路沿线滑坡的生态修复

以风化砂岩边坡为例，其本身遇水会产生强度弱化、膨胀、甚至崩解，且在自由水流冲刷情况下伴随有大量可溶性次生矿物的流失（水土流失）［15］。李最熊等［14］通过涂喷一定模数的PS材料加固风化砂岩。张卫中等［13］对风化砂岩的主要力学特征和本构关系开展了深入研究，并经过对风化砂岩模型的单轴试验和三轴压缩的实验，确定了造成风化后砂岩力学特性和构造改变的主要内在因素：砂岩主要力学参数内的摩擦角随风化而逐步增加，内聚能也随风化而减少。史刚雷等［15］提出了在高水温的耦合力影响下风化砂岩崩解与质量损失的测试方法，并解析了材料干湿循环崩解速率与质量损失率和风化程度之间的关系关联。娄可可等［17］利用CT扫描法，研究植生型与生态混凝土的不同工艺成型效应，提出了种植式生态混凝土的成型关键技术；刘宏远等［16］通过分析比对的椰丝毯、椰丝稻草进行混合毯和稻草毯，研究了植被有机纤维毯路基边缘保护科技的综合效益评估；孙涛等［18］根据土工聚合物的绿化坡度防护系统，指出了一种采用土工聚合物的绿化坡度保护技术，可以在工程中充分考虑生态平衡与坡度的稳定性；王彬等［19］则研究了生态砌块在公路坡度保护施工中的应用。

5 结论

本文梳理了秦巴山区公路边坡地质灾害的研究进展，主要得出了几个结论：

（1）气候条件和地质灾害发育情况是滑坡、泥石流以及崩塌等发生的重要因素，如降水量大是诸多砂岩边坡加速崩解和崩塌的催化剂。在降水、地震和人工干预的情况下，灾害发生的几率会显著增加。

（2）秦巴山区公路边坡地质灾害具有明显的区域特点，在治理过程中需要因地制宜，选择合适的方法。

（3）秦巴山区公路边坡地质灾害的防治目前仍然以工程防治为主，需要持续推动生态治理，加快秦巴山区地质灾害的灾后生态修复。

参考文献

［1］韩敏. 基于GIS的陕西省公路地震次生灾害危险度区划［D］.西安：长安大学，2011.

［2］尹超，田伟平，齐洪亮，等.秦巴山区公路崩塌灾害成因与防治对策［J］.广西大学学报（自然科学版），2013，38（4）：859-864.

［3］任志远，李晶.陕南秦巴山区植被生态功能的价值测评［J］.地理学报，2003（4）：503-511.

［4］张月悦，程志刚，陈笑笑，等.秦巴山区植被快速变化区典型气候指标的演变特征及其海拔依赖性分析［J］.成都信息工程大学学报，2020，35（4）：471-478.

［5］白红英.秦巴山区森林植被对环境变化的响应［M］，北京：科学出版社，2014．

［6］翟雅倩，张翀，周旗，等.秦巴山区植被覆盖与土壤湿度时空变化特征及其相互关系［J］.地球信息科学学报，2018，20（7）：967-977.