秦巴山區(qū)公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害及生態(tài)修復(fù)探討

張紫怡 程詩蕓 豐家俊 彭楊旭 郝晨曦 郭鴻

針對秦巴山區(qū)公路邊坡滑坡災(zāi)害，總結(jié)梳理了秦巴山區(qū)的主要地理環(huán)境特征、地質(zhì)災(zāi)害總體發(fā)育情況、公路沿線邊坡概況及治理現(xiàn)狀、滑坡、崩塌以及泥石流特點，以及生態(tài)修復(fù)等方面的研究進展，旨在為工程實踐和學術(shù)研究提供信息參考。

秦巴山區(qū)； 地質(zhì)災(zāi)害； 生態(tài)修復(fù)

U416.1+2 A

［定稿日期］2022-03-16

［基金項目］陜西理工大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（項目編號：S202110720056、X202110720139）;信息產(chǎn)業(yè)部電子綜合勘察研究院項目（項目編號：2020-DKY-W02）

［作者簡介］張紫怡（2000—），女，本科，研究方向為巖土工程。

［通信作者］郭鴻（1984—），男，博士，副教授，研究方向為巖土工程、顆粒物質(zhì)力學、離散元數(shù)值模擬。

秦巴山區(qū)地處秦嶺和巴山區(qū)域，是中國重要的山區(qū)自然災(zāi)害多發(fā)區(qū)，公路山體邊坡剝蝕、侵蝕現(xiàn)象明顯，巖體風化影響突出，地層間節(jié)理裂隙發(fā)育破碎，山河流道深，谷坡陡峭，邊坡穩(wěn)定性相對較差［1］，滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，對當?shù)厝嗣袢罕姷纳敭a(chǎn)安全造成較大的威脅。秦巴山區(qū)滑坡、泥石流、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，是目前學術(shù)界研究的熱點之一。公路邊坡的小型滑坡、崩塌及泥石流分布較多，具有重要的研究意義。

本文系統(tǒng)整理了秦巴山區(qū)的主要地理環(huán)境特征、公路邊坡概況、典型地質(zhì)災(zāi)害以及生態(tài)修復(fù)等方面的研究進展，旨在為工程實踐和學術(shù)研究提供信息參考，更好地推進“人與自然和諧共生”新型環(huán)境治理方案的實施。

1 秦巴山區(qū)主要環(huán)境特征

1.1 秦巴山區(qū)地屬范圍及氣候條件

陜南秦巴山區(qū)地跨甘肅、四川、陜西、重慶、河南、湖北6 省市，地處東經(jīng)102°47′～111°15′，北緯31°06′～34°45′，呈東西走向，其東西長400～500 km，南北寬約180 km，國土面積約871 km2。因為陜西以南的秦巴山區(qū)地處暖溫帶與北亞熱帶過渡帶，所以秦嶺山區(qū)的植物區(qū)系組成較為復(fù)雜多變，但仍以暖溫帶地區(qū)落葉闊葉林植物居多［3］。

該區(qū)全年室內(nèi)平均溫度為12～16 ℃，1月室內(nèi)平均溫度0.1～3.6 ℃，7月室內(nèi)的平均溫度為23.5～26.8 ℃。據(jù)學者研究，溫度極值地變化對海拔高度的敏感性較高［4］，所以氣溫隨海拔高度而變動，構(gòu)成山體的垂直氣溫帶譜。該區(qū)年均降雨量也較豐碩，雨季為4～10月，年均降雨量約1 410 mm，占全年地區(qū)降雨量的75%左右［3］。

1.2 秦巴山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育概況

秦巴山區(qū)地處中國中部地區(qū)，是南水北調(diào)中線的水源區(qū)，也是南北氣候的緩沖地帶和主要的地理生態(tài)分界線，其重要性可想而知［4-6］。秦巴山區(qū)經(jīng)歷了長期的構(gòu)造發(fā)展與演化，具有錯綜復(fù)雜的巖性和巖體結(jié)構(gòu)，是一個獨具特色的復(fù)合型大陸造山帶。區(qū)內(nèi)地形地貌復(fù)雜，軟弱變質(zhì)巖系廣泛發(fā)育，降雨強度大、頻率高，導(dǎo)致滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害極為發(fā)育［7］。

秦巴山區(qū)內(nèi)溝谷縱橫，地形復(fù)雜多樣，起伏較大。陜南秦嶺—巴山片區(qū)的地貌自然災(zāi)害主要有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷和不穩(wěn)定斜坡五大類型。其中滑坡占86.43%，崩塌占5.39%，泥石流占5.24%，不穩(wěn)定斜坡占2.13%，地面塌陷占0.81%［9］。總之，山體滑坡是主要原因，其次是泥石流，其他災(zāi)害發(fā)育相對較少。

綜上所述，由于秦巴山區(qū)長期受復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造、重大斷層活動和巨大的流水進行沖刷、新構(gòu)造主義運動等內(nèi)外環(huán)境，以及結(jié)合自然地質(zhì)條件相互作用的影響，突發(fā)性滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷等地貌天然災(zāi)難的出現(xiàn)發(fā)展概率也是尤其高且破壞性極強，再加上陜南地理活動環(huán)境相對脆弱、自然環(huán)境天氣條件不斷改變以及人們社會工程管理社會活動較為繁瑣。因此，滑坡為首的危險隱患總量多、散布范圍廣、密度大、頻率高，影響問題深遠［6-8］ 。

2 秦巴山區(qū)公路沿線邊坡現(xiàn)狀

秦巴山區(qū)公路沿線邊坡受地形地貌影響，也比較復(fù)雜，本部分主要針對秦巴山區(qū)公路沿線的邊坡進行總結(jié)和歸納。

2.1 秦巴山區(qū)邊坡類型和邊坡破壞類型

國內(nèi)邊坡分級方法眾多，但由于劃分原則、標準與目的的差異，還缺乏統(tǒng)一的分級辦法。例如對于類型和名稱，同一術(shù)語的定義也有較大區(qū)別，但通常按照各自確定的劃分準則，對邊坡破壞的形式加以劃分。根據(jù)分類原則，可以分為邊坡與工程關(guān)系（自然邊坡、人工邊坡）、人工邊坡的形成方式（填方路堤邊坡、挖方路塹邊坡）、邊坡變形情況（變形邊坡、未變形邊坡）、邊坡巖性（巖質(zhì)邊坡、土質(zhì)邊坡、土石邊坡）、邊坡高度（超高邊坡、高邊坡、中邊坡、低邊坡）、邊坡坡度（平緩邊坡、陡坡邊坡、極陡邊坡、懸坡）［10］。

在秦巴山區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下修筑公路，一般會進行削坡處理，這就在一定程度上影響了周圍巖土體的穩(wěn)定性，因而在某種程度上增大了滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的概率。一般而言，在秦巴山區(qū)范圍內(nèi)，土石邊坡居多，主要特點是表面強風化，甚至破碎、剝落。

2.2 邊坡災(zāi)害處治技術(shù)

邊坡災(zāi)害處治技術(shù)分為坡體防護和坡體加固。坡體防護還分為植草、草皮鋪設(shè)、種植、片石邊坡保護、防護墻片石邊坡保護、菱形網(wǎng)框邊坡保護、六方空心磚護坡、窗孔肋邊坡保護、噴混凝土護坡。坡體加固工程包含護趾墻和防滑墻、抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索、排水管溝等［10］。但是總體來看，這些處治技術(shù)優(yōu)缺點各異，需要一定的適用條件，目前對于自然邊坡原貌恢復(fù)還處于發(fā)展階段。

3 秦巴山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害——滑坡、崩塌、泥石流分析

3.1 滑坡

秦巴山區(qū)的山地滑坡大多集中于秦嶺山脈的南腳，以及巴山北坡等低山丘陵地區(qū)，滑坡的分布形態(tài)因受到地理結(jié)構(gòu)制約，其發(fā)育過程與地形地貌降雨巖層結(jié)構(gòu)以及人類社會工程管理活動關(guān)系的發(fā)展聯(lián)系緊密，其形成可歸結(jié)為3類：

（1）滑坡類型大多是小型的淺表層滑坡，變質(zhì)巖發(fā)生膨脹，使得局部沿層理部分破裂，加上風化砂巖嚴重和暴雨催化，促使發(fā)生淺表層滑坡。

（2）當?shù)鼐用裼捎谛藿ǚ课輹ζ履_進行開挖整平，如果無適當?shù)姆雷o措施，在地震或雨季會大概率發(fā)生局部滑坡［7］。

（3）滑坡的形成條件中，地形地貌是影響地質(zhì)災(zāi)害生長發(fā)育的決定性因素。尤其在巖基出露較高的地區(qū)，由于漢水各主要支流下切較深，覆蓋范圍小的坡積層在人力與降雨因素的聯(lián)合誘發(fā)下，也常發(fā)育為滑坡等自然災(zāi)害［11］。

3.2 崩塌

3.2.1 崩塌類型

按照受力狀況和災(zāi)害形態(tài)，秦巴山區(qū)域的道路坍塌災(zāi)害可歸結(jié)為滑塌、劈裂塌、碎落類崩塌3類。

滑塌類崩塌，是指在降水與風化的共同影響下，公路發(fā)展上邊坡的巖石體沿裂隙以及不同類型巖石體結(jié)構(gòu)的接觸表面，在自重影響作用下向下塌滑的現(xiàn)象。劈裂型坍塌，是指公路邊坡坡頂在河流進行沖擊的影響下形成差異性豎向結(jié)構(gòu)的裂隙坡頂巖，而石體在自身的重力影響情況下，沿著裂隙可以方向性傾斜崩落的現(xiàn)象。碎落類崩塌型，即在重力作用下，公路邊坡突出巨石與邊坡連接處出現(xiàn)裂縫，且由于自然環(huán)境影響、人類活動等因素，裂縫逐漸變大，最終導(dǎo)致巨石下落的現(xiàn)象，通常發(fā)生在折線坡面或凸坡面［1］。

3.2.2 崩塌因素

（1）邊坡坡度。邊坡坡度是干預(yù)崩塌災(zāi)害的重要影響因素之一。坡度較大的邊坡不僅提供了邊坡的自由面，而且增加了落石的向下分量，降低了承載能力，加速了落石的傾塌。

（2）斜坡形式。坡形分為凸坡、凹坡、直坡以及3種坡交替復(fù)坡。在重力作用下，節(jié)理和裂縫進行發(fā)育，其中凸坡的崩塌概率最高，直坡次之，凹坡一般不發(fā)生崩塌。

（3）巖石質(zhì)量特性。巖體是高速公路邊坡崩塌災(zāi)害的物質(zhì)基礎(chǔ)，崩塌的種類和規(guī)模受到各種類型的巖體的巨大影響。一般指較硬巖性的巖石，主要研究巖漿巖、變質(zhì)巖和沉淀巖的碳酸鹽巖、石英脈中的砂巖、砂礫巖，最初具成巖性構(gòu)造的石質(zhì)黃土、構(gòu)造進行密實的黃土等較易造成對企業(yè)規(guī)模影響較大的構(gòu)造破碎，而頁巖、泥灰?guī)r等互層巖及松散構(gòu)造會導(dǎo)致地層等往往難以墜落和剝落［1］。

（4）人類活動。人類活動對于崩塌的產(chǎn)生：一部分是在工程施工中，人工削坡、挖坡?lián)p害了坡體的原有穩(wěn)定構(gòu)造;一部分是道路附近的地下水位和坡體含水率偏高。

（5）降雨情況。秦巴山區(qū)年平均降水量約950 mm，主要集中在6～8月，這3個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，使得很容易發(fā)生崩塌災(zāi)害［1］。

3.3 泥石流

秦巴山區(qū)誘發(fā)泥石流災(zāi)難的雨水有強度大、時效短、夜間出沒等3個顯著的特點。經(jīng)過大量的實地調(diào)查與大數(shù)據(jù)分析，秦巴山區(qū)泥石流災(zāi)害的主要成形機理可以總結(jié)為3類：

（1）極端強降水一般發(fā)生在地形崎嶇、溝谷坡大的地方，并產(chǎn)生了一定的內(nèi)匯水區(qū)，為泥石流災(zāi)害的發(fā)育創(chuàng)造了必要條件。較厚的溝谷上坡表面殘余物，再加上雨水使較疏松的山坡表層殘積物的水分呈超飽和狀態(tài)，產(chǎn)生強烈徑流，這為泥石流的形成提供了大量的物質(zhì)來源，并引發(fā)泥石流災(zāi)害。

（2）由于陰雨氣候連綿不斷，使山坡表層堆積物吸水飽和、自重增大，因而內(nèi)聚能力明顯下降。同時雨水還夾帶著大量的山坡表層堆積物借用著風力，混合大量淤泥和大塊砂礫沿著險峻斜坡，形成了巨大的沖擊力并產(chǎn)生了巨大的土壤地表下涌現(xiàn)象，從而形成泥石流災(zāi)害。

（3）人類工程項目中不合理的棄渣堆放造成坡體失穩(wěn)，并在短時間內(nèi)附加有強烈降雨。在山洪災(zāi)害的影響下，坡體吸水完全飽和后，會聚集成大坡面泥石，造成泥石流災(zāi)害［12］。

4 秦巴山區(qū)公路沿線滑坡的生態(tài)修復(fù)

以風化砂巖邊坡為例，其本身遇水會產(chǎn)生強度弱化、膨脹、甚至崩解，且在自由水流沖刷情況下伴隨有大量可溶性次生礦物的流失（水土流失）［15］。李最熊等［14］通過涂噴一定模數(shù)的PS材料加固風化砂巖。張衛(wèi)中等［13］對風化砂巖的主要力學特征和本構(gòu)關(guān)系開展了深入研究，并經(jīng)過對風化砂巖模型的單軸試驗和三軸壓縮的實驗，確定了造成風化后砂巖力學特性和構(gòu)造改變的主要內(nèi)在因素：砂巖主要力學參數(shù)內(nèi)的摩擦角隨風化而逐步增加，內(nèi)聚能也隨風化而減少。史剛雷等［15］提出了在高水溫的耦合力影響下風化砂巖崩解與質(zhì)量損失的測試方法，并解析了材料干濕循環(huán)崩解速率與質(zhì)量損失率和風化程度之間的關(guān)系關(guān)聯(lián)。婁可可等［17］利用CT掃描法，研究植生型與生態(tài)混凝土的不同工藝成型效應(yīng)，提出了種植式生態(tài)混凝土的成型關(guān)鍵技術(shù)；劉宏遠等［16］通過分析比對的椰絲毯、椰絲稻草進行混合毯和稻草毯，研究了植被有機纖維毯路基邊緣保護科技的綜合效益評估；孫濤等［18］根據(jù)土工聚合物的綠化坡度防護系統(tǒng)，指出了一種采用土工聚合物的綠化坡度保護技術(shù)，可以在工程中充分考慮生態(tài)平衡與坡度的穩(wěn)定性；王彬等［19］則研究了生態(tài)砌塊在公路坡度保護施工中的應(yīng)用。

5 結(jié)論

本文梳理了秦巴山區(qū)公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害的研究進展，主要得出了幾個結(jié)論：

（1）氣候條件和地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育情況是滑坡、泥石流以及崩塌等發(fā)生的重要因素，如降水量大是諸多砂巖邊坡加速崩解和崩塌的催化劑。在降水、地震和人工干預(yù)的情況下，災(zāi)害發(fā)生的幾率會顯著增加。

（2）秦巴山區(qū)公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害具有明顯的區(qū)域特點，在治理過程中需要因地制宜，選擇合適的方法。

（3）秦巴山區(qū)公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害的防治目前仍然以工程防治為主，需要持續(xù)推動生態(tài)治理，加快秦巴山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的災(zāi)后生態(tài)修復(fù)。

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