秦巴山区公路沿线地质灾害研究

姬怡微，李永红，刘海南，贺卫中，向茂西

（陕西省地质环境监测总站，陕西西安　710054）

摘　要：316国道通过秦岭南麓山区，沿线地质环境条件复杂，地质灾害类型多样，危害严重。为了了解研究区内灾害现状，本文在野外详细调查的基础上，分析了地质灾害的类型、成因，并提出了相应的防治对策，重点分析了沿线最重要的灾害类型——崩塌的发育特征。结果表明：①崩塌、滑坡和泥石流是区内最重要的地质灾害类型；②从斜坡的坡型、坡度、坡向、坡高、宽度和厚度6个方面分析了崩塌的发育特征；③降雨和人类工程活动是诱发研究区地质灾害的主要成因；④针对不同的地质灾害类型，提出了不同的防治对策。

关键词：地质灾害；类型；发育特征；成因；防治

0　引　言

316国道是我国南北运输的重要通道，起点为福建福州国货东路连潘，终点为甘肃兰州，在陕西省总长638km。316国道从河东店镇北之万年桥附近进入汉台境，于鑫源街道办境内与108国道并线，由西向东从汉台区东部铺镇附近出境。汉中境内316国道长度87km，改线后从北部中低山区线路穿越长度约20km，老316国道长度约15km，在汉台区公路网骨架中占有举足轻重的地位，加之随着社会经济的发展，国家对公路建设越来越重视，西部地区的公路交通得到迅速发展，同时，使得线路工程地质灾害问题也越来越严重。

本段线路近年来经过多次加宽和改造，虽然通行能力得到了一定的改善，但是同时也引发了严重的灾害，如滑坡、崩塌和泥石流。本文在实地野外调查和相关资料的基础上，着重论述公路沿线地质灾害的类型、成因、发展趋势并提出相应防治对策。

1　区域环境地质条件

1.1　地形地貌

该区的地形地貌为中低山区，褒河由北向南通过，主河及其支沟老丈沟、沙河沟、蒋家沟、潘家河、沥水沟呈“V”字形沟谷，切割深度大，一般为200～400m，山坡陡峻，坡度角一般在35°～50°之间，山背狭长，陡坡处基岩裸露，缓坡处残坡积土覆盖。区内植被较发育，但在人类活动强烈的地区，如316国道沿线或矿山开采区植被欠发育。

1.2　地层岩性

区内基岩以震旦系和寒武系为主，第四系广布于地表。老庄基至土罐子沟一带出露震旦系，呈北东东向展布，岩性为绢云绿泥石片岩、千枚岩夹灰岩；其余大部分区域为寒武系，与震旦系呈沉积不整合接触关系，复式褶皱构造与震旦系呈南北向间隔出现，岩性主要为黑云母石英片岩、二母云石英片岩夹大理岩。分布于河道或沟道第四系物质为冲洪积物，斜坡体上为坡残积碎石土；汉台境万年桥附近316国道沿线两侧有万年桥花岗岩枝（γ51－b）出露，长2km，宽1.8km，属印支期中粒花岗岩，岩石块状构造、节理裂隙极为发育，侵入于寒武系中。

文章来源：本文原载《灾害学》2015年第2期，有修改

作者简介：姬怡微（1989—），女，陕西榆林人，助理工程师，从事地质灾害调查工作

1.3　地质构造

该区位于扬子板块与秦岭板块结合带之秦岭板块之上，属康县－略阳－勉县海西褶皱带。褶皱、断裂及次级节理裂隙构造发育。褶皱构造总体为轴向北东东的复式紧闭褶皱，可进一步分为沙河口次级向斜和老庄基次级背斜，地层倾角大，50°～80°，褶皱紧闭，轴面劈理发育。断层主要为次级顺层走向断层，规模较大的老杖沟断层展布于寒武系内部。

1.4　岩土体类型

地层岩性决定了区内岩土体类型。岩体主要为坚硬块状花岗岩类，较坚硬中厚层状碳酸盐类，较坚硬—较软黑云母石英片岩类、较软中浅变质岩类等；土体为坡残积碎石土。

1.5　人类工程活动

区内与地质灾害有关的人类工程活动主要有道路建设、矿产开发、削坡建房。

（1）316国道是我国南北运输的重要通道，区内316国道基本沿褒河左岸前行，工程建设对原始坡体进行了大面积的开挖、削坡，致使基岩边坡稳定性较差，根据本次详细调查，316国道沿线发育地质灾害点27处，其中25处只威胁316国道，2处既威胁316国道又威胁平安村村民。由此可见道路建设致使北部中低山区316国道沿线每千米发育1处以上地质灾害点。

另外，区内近年来通村公路基本建成，开挖的边坡大都没有防护，不稳定边坡在降水、自重作用下常常发生滑塌等。

（2）汉台区矿产丰富，目前区内正在开采矿种有石英矿、磷矿，涉及6个矿权，已探明尚未开发的矿种有铬铁矿点、钛磁铁矿、铁矿。矿产资源矿的开发利用破坏了大量的土地资源，同时形成大量的弃渣，部分弃渣沿沟道散布，前缘未做有效的拦挡，成为泥石流隐患，一方面威胁矿山自身的安全，另一方面威胁下游耕地、国道、景区道路的安全。

（3）受地形条件的限制，北部中低山区削坡建房现象普遍存在，村民一般在坡体前缘用石头码坎砌筑，不稳定边坡大都得不到有效的防治。区内降水充沛，房后坡体临空失稳后，形成滑坡，威胁村民的安全。

2　地质灾害类型及成因

2.1　地质灾害概况

根据本次野外调查，该研究区地质灾害类型为崩塌、滑坡和泥石流灾害（表1，图1）等，其中，崩塌地质灾害数量最多，其次为滑坡，而威胁最严重的灾害类型为崩塌。

表1　地质灾害类型

图1　重点地段灾害分布图
1.滑坡及编号；2.崩塌及编号；3.泥石流及编号；4.316国道；5.河流（水库）；6.行政村或自然村所在地；7.县（区）界线

2.2　地质灾害类型

2.2.1 崩塌

重点地段的国道或通村公路工程建设过程中，对原始坡体进行了开挖，大部分地段未进行工程治理，形成不稳定边坡，边坡植被覆盖率较低，近乎直立或负坡（图2）。

图2　雷家滩崩塌（HT0025）坡体近照（镜向0°）

2.2.1.1 崩塌的分布特征

崩塌是指受重力作用的岩土体从高陡边坡突然加速崩落或滚落（跳跃）的现象。崩塌的发生往往突然发生，破坏严重，特别是在公路沿线发生较为频繁。该段的崩塌主要发育在山体斜坡的中部、顶部和河谷两岸，长期构造、侵蚀和人类工程活动作用下形成的孤立山峰、陡崖上。该段节理裂隙发育，加之新构造运动在该区的抬升作用，岩体破碎，在暴雨侵蚀、震动或人为开挖作用的诱发下，极易形成崩塌，对道路的安全畅通造成极大的隐患。此外，公路边坡开挖形成的高陡斜坡，由于差异风化，下部软弱岩层抗风化能力弱，形成凹岩型，使上不坚硬岩石突然失去支撑，在重力作用下，被卸荷裂隙、构造裂隙切割贯通，也易形成崩塌。

重点地段发育23处崩塌，均为岩质崩塌。其中，中型崩塌居多，共16处，占崩塌总数的69.6%，其余7处均为小型崩塌，占崩塌总数的30.4%。按稳定状态分，目前稳定性差的12处，其余11处为稳定性较差。

2.2.1.2 崩塌的发育特征

1）斜坡类型

从区内调查的结果可以看出，斜坡坡面形态可分为3个基本类型：直立型、凹型和凸型，其中直立型和凸型属于正向类，而凹型属于负向类。

在该段发育的23处崩塌中，其中直立型的有15处，占崩塌总数的65.2%；凹型的有5处，占21.7%；凸型的3处，占崩塌总数的13.1%（图3）。

2）斜坡坡度

斜坡的坡度是影响崩塌发育的一个重要的因子。该区域发育的23处崩塌都发育在60°～90°之间（表2），从表中可以看出，该段崩塌坡度无发育在60°以下。从不同坡度范围发生崩塌个数直方图（图4）上可以看出：崩塌都发生在坡度大于60°的较陡地段，当坡度变大时，发生崩塌的数量也随之增多，当坡度达到80°～90°时，崩塌的数量达到最多，为10处。这主要是因为坡度变陡，临空面变大，岩土体内的应力就越集中于坡脚或软弱结构面部位，使边坡的稳定性大大降低，容易产生边坡变形破坏，崩塌发生的数量也就越多。

图3　不同坡型崩塌所占比例图

表2　不同坡度范围区内的崩塌数量

3）斜坡坡向

斜坡坡向也是影响崩塌发育的一个因素，通过对调查数据的统计（表3）可以看出：发育于0°～90°坡向的崩塌数量仅1处，占崩塌总数的4.35%；发育于90°～180°坡向的崩塌数量有6处，占崩塌总数的26.08%；发育于180°～270°坡向的崩塌最多，为12处，占崩塌总数的52.17%，而发育在270°～360°坡向的崩塌数量为4处，占17.40%。这里把90°～270°坡向的坡称为阳坡，把270°～90°坡向的坡称为阴坡，可以勘察阳坡发育的崩塌数量（18处）远大于阴坡坡向发育的崩塌（5处），造成这种现象的主要原因是：由于朝向的不同，山坡的气候和温差可能存在差异的变化等。众所周知：阳坡比阴坡受日照时间长，气温与岩土体温度在白天的温度比较高，所以在同等条件下，阳坡的昼夜温差比阴坡大，同时阳坡一般都是人类居住地，工程活动比较强烈，这也是造成阳坡崩塌灾害发育的原因。

图4　不同坡度范围内崩塌个数直方图

表3　不同原始坡向区间崩塌所占数量

4）斜坡坡高

斜坡坡高也是影响崩塌发生的一个重要因素，虽然坡高没有改变斜坡应力的分布状态，但随着坡高的改变，坡体内各处的应力大小将发生很明显的变化。对316国道沿线发育的崩塌的坡高进行统计，见图5，由图可以看出：坡高在10～20m区间的仅发育1处崩塌灾害，占崩塌总数的4.34%；而20～30m和30～40m这两个区间均发育崩塌9处，分别占崩塌总数的39.13%，共占78.26%；40～50m区间内发育3处崩塌，占总数的13.06%；坡高大于50m的共有崩塌1处，占崩塌总数的4.34%。由此可知：该段崩塌主要发育在坡高为20～40m区间内，随着坡高的增大，崩塌的数量有所减少，这是由边坡开挖高度所影响的。该段灾害发育的主要原因是人类开挖坡体所致，从这个统计图上我们也可以很直观地看出该段坡体开挖坡体高度主要集中在20～40m。

5）斜坡宽度

崩塌宽度跨度范围比较大，分布于50～400m之间。宽度在100～150m的崩塌最多，有10处，占崩塌总数的43.50%，见图6；其次是50～100m的有6处，占崩塌总数的26.08%；200～250m的有4处，占崩塌总数的17.40%；250～300m、300～350m和350～400m这3个区间内都仅发育崩塌灾害1处，分别占崩塌总数的4.34%。由此可知，该段发育的崩塌宽度主要在50～150m之间。

6）斜坡厚度

崩塌厚度分布范围为1～5m，主要集中在3m和5m（图7）。23处崩塌中有10处厚度约3m，8处厚度为5m，而厚度为1m和2m的崩塌个数分别为3处和2处。由此说明研究区节理裂隙切割块体深度主要是3m和5m。

图5　不同斜坡坡高崩塌数量

图6　不同宽度范围区间内分布的崩塌个数

图7　不同厚度分布的崩塌个数

2.2.2 滑坡

该区地处北部中低山区，第四系坡残积层广布，厚度一般3～5m，下伏寒武系和震旦系片岩、灰岩，由于地形陡峻，汛期土岩接触面含水量较大，在自重作用下发生滑动，个别地段由于国道或通村公路建设开挖，坡脚临空失稳，上覆土体发生滑动（图8）。滑坡一般顺坡向长20～50m，垂直于坡向宽度60～100m，厚度与坡积层等厚，一般3～5m，滑坡后壁为长条形、方形、簸箕形，有的周界不清，后缘可见拉张裂缝，大都断续出露，长度、深度、宽度不等，滑体上常见粒径不等的块石散布，前缘剪出口附近可见地下水呈点滴状渗出。

重点地段发育的13处滑坡，1处黏土滑坡，12处残坡积层滑坡；其中，小型滑坡9处，中型滑坡4处；按稳定状态分，稳定性差5处，其余8处稳定性较差。

图8　塘里滑坡下部

2.2.3 泥石流

该区水系为褒河水系，其支沟为“V”字形沟谷，沟谷纵坡降大，两岸谷坡坡度较陡，开采石英矿和锰矿在沟脑形成大量废渣，具备泥石流的形成物源和地形条件，在降水作用下发生泥石流灾害，冲洪积物所到之处如有重要设施，必致灾，即对老316国已造成影响。HT0038黑崖子泥石流、HT0039小清沟泥石流沟短，形成区、流通区、堆积区界线不清，冲洪积物沿整个沟道散布，最终堆积于潘家河左岸；HT0073大东沟泥石流、HT0078小东沟泥石流沟较长，形成区、流通区、堆积区界线可辨（图9），形成区位于沟脑的矿区集中开采区，废渣规模较大，流通区位于沟的中游，狭窄且长，下游主沟与支沟交汇处为堆积区，对316国道和耕地形成威胁。

综上所述，316国道沿线地质灾害以滑坡、崩塌、泥石流为主，主要沿316国道或通村公路、矿山开采区分布。崩塌以中型基岩为主，稳定性较差，滑坡以小型残坡积层滑坡为主，稳定性较差，泥石流以小型沟谷型泥石流为主，中易发和低易发各占一半。引发因素主要为人类工程活动，即道路建设开挖坡体导致斜坡失稳，或采矿形成大量废渣引发矿山地质环境问题。

2.3　地质灾害成因

汉台区地质灾害多分布在公路、居民区、矿山企业附近，而人口稀少的高山或深山处，地质灾害的发生率相对较低。这种分布并不是偶然的，而是因为地质灾害的发生与人类生产、生活活动密不可分，人类活动往往使已经应力平衡的坡体发生应力集中和应力重分布的现象，必然导致稳定的坡体向不稳定状态发展，从而产生崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。河东店镇之北、万年桥以南、沙河沟口以东、潘家河流域以西，是汉台区地质灾害密集分布区域，作为本次调查的重点地段，对其灾害多发的原因，从以下几个方面进行论述。

图9　东沟泥石流（HT0088）平面示意图

（1）地形地貌：该段地貌单元为中低山区，海拔较高，“V”字形沟谷发育，切割深度大，一般为200～400m，山坡陡峻，坡度角一般在35°～50°之间，山背狭长，陡坡处基岩裸露，缓坡处残坡积土覆盖，植被较发育，一般在人类活动强的地区，植被欠发育，在降雨充沛时易发生松散层滑坡，在坡脚遭开挖的地段，因存在临空面易发生崩塌灾害，区内发育的23处崩塌灾害皆因坡脚开挖所形成。

（2）岩土体条件：根据区内地质灾害点的调查分析，区内滑坡体均为含砾黏土，而崩塌堆积体除HT0013、HT0014两处灾点发生在万年桥附近的花岗岩出露区外，其他多为坚硬—较软黑云母石英片岩类，316国道周边出露的地层以软弱变质岩为主，这类岩体较破碎，风化严重，节理裂隙发育，在降雨条件下，岩石的吸水率和膨胀率变化都较大，易发生崩滑现象。

（3）降水：是诱发滑坡的主要因素，尤其是雨季连阴雨、暴雨时段是滑坡高发期。当遇连阴雨时，经过表层残坡积层下渗的水量不断增加，在土岩接触面浸润面，进而产生滑坡；当遇降雨量较大的暴雨时段时，雨水在地表形成汇水，对表层浸润冲刷，在动水压力的作用下产生流滑。

（4）人类活动：区内沟谷与两侧斜坡人类工程活动频繁，如褒河左岸、老丈沟左岸、沙河沟右岸、蒋家沟左右岸、孙家沟左右岸、潘家河左岸、沥水沟左岸等切坡建房、斩坡修路等人类活动强烈，削坡挖脚，一方面，改变坡形和坡角，使斜坡应力重分布并出现应力集中；另一方面，坡脚开挖，使坡体前缘临空，同时边坡开挖时，采用不合理爆破方式，使得岩体结构破碎，地质环境恶化，从而导致斜坡的变形与破坏，易产生滑坡、崩塌灾害，另外公路上车辆运输对坡体也起到一定的振动作用，加剧了灾害的发生，因人类活动强烈，该重点区在316国道沿线发育崩塌灾害23处，皆与人类工程活动有关。

（5）地质构造与岩性：通过现场调查并结合前人的研究成果，得出重点地段地质灾害多发生在构造活动强烈、岩性软弱、岩体破碎的顺向结构边坡中，尤其在316国道沿线是地质灾害的高发段，主要是由于修路，人工开挖切坡形成具有一定高度差的临空面，导致边坡体内的应力分异及应力重分布，造成局部应力超过岩体自稳条件，易发生边坡失稳破坏。而这个区域出露的主要是寒武系的软弱变质岩，变质岩与沉积岩和火成岩最大的区别在于它在形成时经过了高温、高压作用下，形成了定向的劈理结构，并且在形成后还不断受构造活动改造，以至于岩体相对比较破碎，体内存在大量的节理裂隙，岩体内结构面极为发育，使其强度降低，表层岩体在雨水、温度等影响下易发生风化，边坡内、外岩体的风化程度和岩体力学性质也存在较大差异，当风化层不能满足自身稳定时也会出现失稳，发生崩滑现象；而316国道沿线灾害发生不仅具有发生数量多、范围广的特点，而且具有连带性，如316国道周边崩塌群，主要是由于一定范围内的边坡结构、地质条件、应力分布基本相同，加之已滑（崩）边坡对相邻边坡不但起不到支撑作用，反而会产生向下拖拽等不良影响，所以边坡易成群、成片发育。

由此可见，重点地段地质灾害发育与区内特殊的地形地貌、岩土体、地质构造与岩性、人类工程活动、充沛的降水等密切相关。

3　地质灾害的发展趋势和防治对策

3.1　发展趋势

纵观影响公路地质灾害的分布、类型、成因等有关因素变化趋势，可以对部分地质灾害进行预测，以便提前防治。调查区公路的发展趋势为：夏秋季节，因降雨集中，崩塌、滑坡发生的几率会增大，而冬春季节，因降雨量相对较少，灾害发生的几率较小，但过往车辆较多，产生的震动较大，对沿线的危岩体也有一定的影响，不容忽视。公路沿线旁应禁止开挖等，这样因人为因素造成的灾害会有所降低。

3.2　防治对策

地质灾害的防治应本着“以防为主、避让与防治相结合”的原则，掌握时机，及早治理，目标是减少地质灾害的发生，把灾害损失降到最低，保证现行公路的安全运行等。地质灾害的防治主要有两方面的措施：一是阻止地质灾害作用与受灾对象相遇，即避绕措施；二是致灾地质作用的防治，即防止灾害发生、减少其灾害损失。

沿线地质灾害和工程地质问题类型多，成因复杂。针对崩塌、滑坡和泥石流灾害的特征，采取不同的工程防治措施。

3.2.1 崩塌的防治措施

对于表层岩体破碎且容易发生坠落的高陡边坡地段，应对其表层破碎物进行清理，从而使得边坡消方减载，利于坡体的稳定；对节理裂隙发育且岩体相对较大，或者存在负地形的高陡边坡地段，应对其进行坡面防护，如柔性防护网等。同时，应在危岩区域外侧修建截排水沟，将地表水和地下水排出崩塌危岩区以外。

3.2.2 滑坡的防治措施

在滑坡的后缘和中部设置截水沟，在前缘和两侧设置排水沟，减小或者消除地表水诱发滑坡的可能；本区发育的绝大多数滑坡为残坡积层滑坡，对于那些中小型滑坡，可以对表面的残坡积层进行清理，削坡从而减重，使其坡体趋于稳定；而对于滑动面积较大、危害较多的大中型滑坡，可以选用先削除坡体的残坡积层，然后对其设置抗滑桩；有些还可以在其前缘设置挡墙等；对于那些技术条件不成熟、治理难度较大的滑坡，可以让其居民搬迁避让等。

3.2.3 泥石流的防治措施

该区4处泥石流均为开发矿产资源废渣乱堆乱放所形成，所以在泥石流的治理上，首先要规范矿产资源的开发，在开发前要做好矿山地质环境恢复治理与保护方案，同时遵循谁开发谁治理的原则，对废渣的堆放提出严格的要求；对已存在于沟内的废渣必须进行有效的拦挡；从治理泥石流的长远角度考虑，工程措施应与生物措施相结合，在泥石流易发生地区进行人工造林，加强生态环境保护，封山育林等。

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