地质灾害认识与防治

地质灾害认识与防治_秭归产学研基地野

第五节　地质灾害认识与防治

我国地质灾害种类繁多，分布面广，是灾情最为严重的几个国家之一。随着经济的发展和自然环境的破坏，地质灾害发生的频度和规模有逐年增加的趋势，这给人民群众的生命财产安全造成了极大的威胁。加强防灾减灾工作已成为促进经济建设和维护社会安定的重要任务。我国政府非常重视防灾减灾工作，并为此成立了专门的领导机构，落实了各项措施。多年的抗灾救灾经验告诉我们，只有认真贯彻执行“以防为主、防治结合”的方针，加强对各种地质灾害的监测，注重对地质灾害的危险性进行评价，积极开展地质灾害预报预警工作，对可能发生的地质灾害进行预防与治理，对突发性灾害建立防治应急指挥系统，才能将地质灾害造成的损失降到最低程度。

一、地质灾害的概念

（一）灾害的定义与类型

灾害是由自然因素或人为因素引起的不幸事件或过程。它对人类的生命财产及人类赖以生存和发展的资源与环境造成危害和破坏。联合国减灾组织（United Nation Disaster Reduction Organization，UNDRO）（1984）给灾害下的定义是:一次在时间和空间上较为集中的事故，事故发生期间当地的人类群体及其财产遭到严重的威胁并造成巨大损失，以致家庭结构和社会结构也受到了不可忽视的影响。联合国灾害管理培训教材把灾害明确地定义为:自然或人为环境中对人类生命、财产和活动等社会功能的严重破坏，引起广泛的生命、物质或环境损失。这些损失超出了受影响社会靠自身资源进行抵御的能力。

（二）地质灾害及其内涵

地质灾害是指在地球的发展演化过程中，由各种自然地质作用和人类活动所形成的灾害性地质事件。地质灾害在时间和空间上的分布及变化规律，既受制于自然环境，又与人类活动有关，后者往往是人类与地质环境相互作用的结果。一般认为，地质灾害是指由于地质作用（自然的、人为的或综合的）使地质环境产生突发的或渐进的破坏，并造成人类生命财产损失的现象或事件。地质灾害与气象灾害、生物灾害等都是自然灾害的一个主要类型，具有突发性、多发性、群发性和渐变影响等特点。由于地质灾害往往造成严重的人员伤亡和巨大的经济损失，所以在自然灾害中占有突出的地位。

（三）常见地质灾害

1.地震

我国地处世界两个最活跃的地震带上，东频临环太平洋地震带，西部和西南部是欧亚地震带所经过的地区，是世界上多地震的国家之一，地震灾害在世界上居于首位。同时地震灾害也是我国最主要的地质灾害。

2.崩塌、滑坡和泥石流

作为地质灾害的主要灾种，崩塌、滑坡和泥石流（以下简称崩滑流）具有突发性强、分布范围广和一定的隐蔽性等特点，每年都造成巨大的经济损失和人员伤亡，是国民经济建设及社会发展的严重制约因素。

3.地面塌陷

在我国地面塌陷可分为岩溶塌陷、采空塌陷及黄土湿陷3种。它们对国民经济建设和人民生命财产造成了严重危害，而且随着人类工程经济活动的日益增强，其危害程度也将越来越大。

4.地面沉降和地裂缝

从成因上看，地面沉降和地裂缝绝大多数是由地下水的超量开采所致。有些地区还有其他成因，如地壳运动、石油开采等，但同时都伴有地下水过量开采的因素。地裂缝的主要危害是造成房屋开裂、破坏地面设施和农田漏水。

5.水土流失

水土流失又称土壤侵蚀，是一种累进性或渐变性的地质灾害。它所造成的危害是很严重的，而且在我国环境状况持续不见好转的情况下，有愈演愈烈的趋势。

6.土地沙漠化

沙漠化的发展，不但影响土地质量和农作物生长，随着地表形态发生改变，也迫使土地利用方向发生改变，而且直接危害到人类的经济活动和生活环境。其危害表现为:破坏农业生产；使草场退化，使牲畜质量、数量下降；阻塞交通；影响工程建设；破坏生态环境。

二、山区地质灾害认识与防治

（一）滑坡

1.定义

滑坡是指斜坡土体和岩体在重力作用下失去原有的稳定状态，沿着斜坡内某些滑动面（或滑动带）作整体向下滑动的现象。

2.滑坡的形态要素

一个典型滑坡所具有的基本形态要素如图3－33所示，其说明如下。

（1）滑体。与母体脱离经过滑动的那部分岩土体。岩土体内部相对位置基本不变，还能保持原来的层序和结构面网络，但由于滑动作用，在滑坡体中有时出现褶皱和断裂现象，岩土体结构也会松动。

图3－33　滑坡形态要素示意图

（2）滑床。滑坡体之下未经滑动的岩土体。它保持原有的结构而未变形，只是在靠近滑坡体部位有些破碎。

（3）滑动面（带）。滑坡体与滑坡床之间的分界面。由于滑动过程中滑坡体与滑坡床之间相对摩擦，滑动面附近的土石受到揉皱、辗磨作用，可形成厚数厘米至数米的滑动带。所以滑动面往往是有一定厚度的三度空间。根据岩土体性质和结构的不同，滑动面的形状多种多样，大致可分为圆弧状、平面状和阶梯状等。一个多期活动的大滑坡体，往往有多个滑动面，一定要分清主滑面与次滑面、老滑面与新滑面，尤其要查清高程最低的那个滑动面。

（4）滑坡周界。滑坡体与周围未变位岩土在平面上的分界线。它圈定了滑坡的范围。

（5）滑坡壁。滑坡体后缘由于滑动作用所形成的母岩陡壁，坡角多为35°～80°，平面上往往呈圈椅状。滑坡壁上经常可以见到铅直方向的擦痕。

（6）滑坡台阶。滑坡体下滑时各部分运动速度不同而形成的一些错台。大滑坡体上可见到数个不同高程的台面和陡坎。

（7）滑坡舌（滑坡前缘）。滑坡体前部伸出如舌状的部位。它往往伸入沟谷、河流，甚至对岸。最前端滑坡面出露地表的部位，称滑坡剪出口。研究滑坡剪出口高程对研究滑坡的形成年代以及滑坡与该地区近期地壳抬升运动的关系有重要意义。

（8）滑坡裂隙。由于滑坡体在滑动过程中各部位受力性质和大小不同，滑速也不同，因而不同部位产生不同力学性质的裂隙，有张拉裂隙、剪切裂隙、鼓张裂隙和扇形裂隙等。张拉裂隙位于滑体后部，有时滑床后壁附近也有，呈弧形分布，与滑动方向垂直。剪切裂隙呈羽状分布于滑坡体中前部的两侧，它是因滑坡体与滑坡床之间相对位移的力偶作用而形成的，与滑动方向斜交。鼓张裂隙一般分布于滑体前缘，由于滑体后部的推挤鼓起而成，与滑动方向垂直。扇形裂隙位于滑体舌部，是因前部岩土体向两侧扩散而产生的，作放射状分布，呈扇形。

（9）主滑线。滑坡在滑动时，滑体运动速度最快的纵向线。它代表整个滑坡滑动方向，位于滑床凹槽最深的纵断面上，可为直线或曲线。

除上述要素外，还有一些滑坡标志，如封闭洼地、滑坡鼓丘、滑坡泉、马刀树、醉汉林等可以帮助人们识别滑坡。

3.滑坡的形成条件及诱发因素

（1）岩土类型。岩土体是产生滑坡的物质基础。一般说，各类岩、土都有可能构成滑坡体，其中结构松散、抗剪强度和抗风化能力较低、在水的作用下其性质能发生变化的岩、土，如松散覆盖层、黄土、红黏土、页岩、泥岩、煤系地层、凝灰岩、片岩、板岩、千枚岩等及软硬相间的岩层所构成的斜坡易发生滑坡。

（2）地质构造条件。组成斜坡的岩土体只有被各种构造面切割分离成不连续状态时，才有可能成为向下滑动的条件。同时，构造面又为降雨等水流进入斜坡提供了通道。故各种节理、裂隙、层面、断层发育的斜坡，特别是当平行和垂直斜坡的陡倾角构造面及顺坡缓倾的构造面发育时，最易发生滑坡。

（3）地形地貌条件。只有处于一定的地貌部位，具备一定坡度的斜坡，才可能发生滑坡。一般江、河、湖（水库）、海、沟的斜坡，前缘开阔的山坡、铁路、公路和工程建筑物的边坡等都是易发生滑坡的地貌部位。坡度大于10°、小于45°，下陡、中缓、上陡，上部成环状的坡形是最容易产生滑坡的。

（4）水文地质条件。地下水活动，在滑坡形成中起着主要作用。它的作用主要表现在:软化岩、土，降低岩土体的强度，产生动水压力和孔隙水压力，潜蚀岩、土，增大岩、土容重，对透水岩层产生浮托力等。尤其是对滑面（带）的软化作用和降低强度的作用最突出。

（5）诱发因素。主要的诱发因素有:地震、降雨和融雪、地表水的冲刷、浸泡、河流等地表水体对斜坡坡脚的不断冲刷；不合理的人类工程活动，如开挖坡脚、坡体上部堆载、爆破、水库蓄（泄）水、矿山开采等都可诱发滑坡；还有如海啸、风暴潮、冻融等作用也可诱发滑坡。

4.滑坡的防治

（1）消除和减轻水的危害。滑坡的发生常和水的作用有密切的关系。水的作用，往往是引起滑坡的主要因素，因此，消除和减轻水对边坡的危害尤其重要。其目的是:降低孔隙水压力和动水压力，防止岩土体的软化及溶蚀分解，消除或减小水的冲刷和浪击作用。具体做法有:防止外围地表水进入滑坡区，可在滑坡边界修截水沟；在滑坡区内，可在坡面修筑排水沟；在覆盖层上可用浆砌片石或人造植被铺盖，防止地表水下渗；对于岩质边坡还可用喷混凝土护面或挂钢筋网喷混凝土。排除地下水的措施很多，应根据边坡的地质结构特征和水文地质条件加以选择。常用的方法有水平钻孔疏干、垂直孔排水、竖井抽水、隧洞疏干、支撑盲沟。

（2）改善边坡岩土力学强度。通过一定的工程技术措施，改善边坡岩土体的力学强度，提高其抗滑力，减小滑动力。常用的措施有以下几个。①削坡减载。用降低坡高或放缓坡角来改善边坡的稳定性。削坡设计应尽量削减不稳定岩土体的高度，而阻滑部分岩土体不应削减。此法并不总是最经济、最有效的措施，要在施工前做经济技术比较。②边坡人工加固。常用的方法有:修筑挡土墙、护墙等支挡不稳定岩体；钢筋混凝土抗滑桩或钢筋桩作为阻滑支撑工程；预应力锚杆或锚索，适用于加固有裂隙或软弱结构面的岩质边坡；固结灌浆或电化学加固法加强边坡岩体或土体的强度；SNS边坡柔性防护技术等；镶补沟缝，对坡体中的裂隙、缝、空洞，可用片石填补空洞或水泥沙浆沟缝等以防止裂隙、缝、洞的进一步发展。

（二）崩塌

1.定义

崩塌是位于陡崖、陡坎、陡坡上的土体、岩体及它们的碎屑物质在重力作用下失稳而突然脱离母体发生崩落、滚动、倾倒、翻转堆积在山体坡脚和沟谷的地质现象。它又称之为崩落、垮塌或塌方。

2.崩塌的形成条件及影响因素

1）地形地貌

地形地貌主要表现在斜坡坡度上。从区域地貌条件看，崩塌形成于山地、高原地区；从局部地形看，崩塌多发生在高陡斜坡处，如峡谷陡坡、冲沟岸坡、深切河谷的凹岸等地带。崩塌多发生于坡度大于55°、高度大于30m、坡面凹凸不平的陡峻斜坡上。

2）地层岩性与岩体结构

岩性对岩质边坡的崩塌具有明显控制作用。一般来讲，块状、厚层状的坚硬脆性岩石常形成较陡峻的边坡，若构造节理和（或）卸荷裂隙发育且存在临空面，则极易形成崩塌。相反，软弱岩石易遭受风化剥蚀，形成的斜坡坡度较缓，发生崩塌的机会小得多。

3）地质构造

各种构造面，如节理、裂隙、层面、断层等，对坡体的切割、分离，为崩塌的形成提供脱离体（山体）的边界条件。坡体中的裂隙越发育，越易产生崩塌。与坡体延伸方向近乎平行的陡倾角构造面，最容易导致崩塌的形成。

4）风化作用

风化作用也对崩塌形成有一定影响。风化作用能使斜坡前缘各种成因的裂隙加深加宽，对崩塌的发生起催化作用。干旱、半干旱气候区，由于物理风化强烈，导致岩石极易破碎而发生崩塌。高寒山区的冰劈作用也容易导致崩塌的形成。

5）人为影响因素

地震、人工爆破和列车行进时产生的振动可能诱发崩塌。地震时，地壳的强烈震动可使边坡岩体中各种结构面的强度降低，甚至改变整个边坡的稳定性，从而导致崩塌的产生。因此，在硬质岩层构成的陡峻斜坡地带，地震更易诱发崩塌。

修建铁路或公路、采石、露天开矿等人类大型工程开挖常使自然边坡的坡度变陡，从而诱发崩塌。如工程设计不合理或施工措施不当，则更易产生崩塌。开挖施工中采用大爆破的方法使边坡岩体因受到振动破坏而发生崩塌的事例屡见不鲜。

3.崩塌灾害防治的一般措施

1）主动撤离、躲避

2）防护措施

其指采用遮拦建筑物，对崩塌运动的岩土体进行消能拦挡，限制崩塌体的运动速度，同时对建筑物进行遮拦，隔离崩塌体与受灾体，使之不能成灾。主要防护措施有:山坡拦石沟、落石沟、落石槽、落石平台，拦石桩、障桩，拦石墙（混凝土拦石墙、笼式拦石墙、钢轨拦石墙、钢丝拦石墙）、拦石网，遮挡明洞、棚洞。

3）地质体改造措施

地质体改造内容是多方面的，包括地质体材料、结构面、结构体和环境条件的改造。

（1）地质体材料的强化改造一般采用注浆加固，常用水泥、水玻璃、环氧树脂和化学灌浆。

（2）结构面的强化改造。岩体表面一般采用喷混凝土或挂网喷锚，进行岩土体表面处理，用以提高岩土体表面结构完整性和表层强度，多用于崩塌危岩体临空面处理和地下洞室或采空区处理。

岩体内部结构面的强化改造可采用灌浆增加结构面之间的联结力；采用锚固（预应力、柔性结构）增加结构面之间的法向应力，用以增加其摩阻力；采用抗滑桩、抗滑键楔（刚性结构）以及桩锚、键锚结合等工程，增加结构面之间的摩阻力和支撑力。

（3）结构体改造。主要指对崩滑体的形态、体积、重量、结构进行较大规模的改造和重新配置，以减少其重力形成的变形破坏力，增加支撑力和平衡力，改善其力学平衡条件，提高崩塌体的稳定性。主要措施有:顶部刷方减重；削坡降低坡度；坡脚堆载、支挡、锚固或反压，常采用堆筑土石扶壁反压、加筋土石扶壁墙、浆砌石挡墙、混凝土框架墙、锚索墙等；采空回填支撑，常采用混凝土键、柱、浆砌石、毛石等回填支撑空区；倾倒、悬空危岩支撑，常采用浆砌石、混凝土墙、柱、梁等进行支顶、支撑、嵌补，为其增加支撑结构体。

（4）地质环境条件的改造。①水域边岸崩滑体坡脚防护。主要措施有抛石护坡、防波堤、护坡墙、导水墙、丁坝、拦沙坝等。其中导水墙、丁坝的原理是疏导高速水流或改变主流线，避免直接冲刷坡脚或降低流速。拦沙坝是在紧邻崩滑体下游筑坝，以减轻水流冲蚀并造成淤沙反压坡脚。②地表排水工程。主要包括防渗工程和排水工程。防渗工程主要是疏干并改造崩滑体范围内的地表水塘和积水洼地，封闭地表裂缝，对易入渗地段进行坡面防渗（喷浆、抹面、铺填黏性土等）、增加植被。排水工程包括修筑集水沟和排水沟，拦截并排出地表水。③地下排水工程。地下防渗工程:用防水帷幕截断地下水。地下排水工程:水平排水孔、水平排水隧洞、竖直集水井、泄水洞、洞孔联合、井洞联合等。④抗风化工程。填缝、灌浆、抹面、喷浆、嵌补等。

（三）泥石流

1.概述

泥石流是指发生在山区的暂时性急水流。泥石流常在暴雨（或融雪、冰川、水体溃决）激发下产生。具有暴发突然、来势凶险、运动快速、能量巨大、冲击力强、破坏性大和过程短暂等特点。泥石流对山区开发和建设危害很大，尤其对点多线长的山区铁路、公路和水利等设施的危害更为突出。

2.泥石流的形成条件

泥石流的形成，必须同时具备3个基本条件。它们是地形条件、地质条件和气象水文条件。

1）地形条件

泥石流总是发生在陡峻的山岳地区，一般是顺着纵坡降较大的狭窄沟谷活动的，可以是干涸的嶂谷、冲沟，也可以是有水流的河谷。每一处泥石流自成一个流域。典型的泥石流流域可以分为形成区、流通区和堆积区3个区段（图3－34）。

（1）泥石流形成区（上游）。为三面环山、一面出口的半圆形宽阔地段，周围山坡陡峻，多为30°～60°的陡坡。其面积大者可达数平方千米至数十平方千米。坡体往往光秃破碎，无植被覆盖。斜坡常被冲沟切割，崩塌、滑坡发育。这样的地形条件，有利于汇集周围山坡上的水流和固体物质。

图3－34　典型泥石流流域示意图

Ⅰ.泥石流形成区；Ⅱ.泥石流流通区；Ⅲ.泥石流堆积区；Ⅳ.泥石流堵塞河流形成的湖泊；1.峡谷；2.有水沟床；3.无水沟床；4.分区界线；5.流域界线

（2）泥石流流通区（中游）。泥石流流通区是泥石流搬运通过的地段，多为狭窄而深切的峡谷或冲沟。谷壁陡峻而纵坡降较大，多陡坎和跌水。所以泥石流物质进入本区后具极强的冲刷能力，将沟床和沟壁上的土石冲刷下来携走。流通区纵坡的陡缓、曲直和长短，对泥石流的破坏强度有很大影响。当纵坡陡长而顺直时，泥石流流动顺畅，可直泄下游，造成很大的危害；反之，则由于易堵塞停积或改道，因而削弱了能量。

（3）泥石流堆积区（下游）。泥石流堆积区是泥石流物质的停积场所，一般位于山口外或山间盆地边缘，地形较平缓。由于地形豁然开阔平坦，泥石流的动能急剧变小，最终停积下来，形成扇形、锥形或带形的堆积体。典型的地貌形态为洪积扇，地面往往垄岗起伏，坎坷不平，大小石块混杂。由于泥石流复发频繁，所以堆积扇会不断淤高扩展，到一定程度逐渐减弱泥石流对下游地段的破坏作用。

以上所述的是典型泥石流流域的地形地貌的情况。由于泥石流流域的地形地貌条件不同，有些泥石流流域上述3个区段就不易分开，甚至流通区或堆积区有可能缺失。

2）地质条件

地质条件决定了松散固体物质的来源，也为泥石流活动提供了动能优势。泥石流强烈活动的山区，都是地质构造复杂、岩石风化破碎、新构造运动活跃、地震频发、崩滑灾害丛生的地段。这样的地段，既为泥石流活动准备了丰富的固体物质来源，又因地形高耸陡峻，高差对比大，具有强大的动能优势。例如，南北向地震带是我国最强烈的地震带，也是我国泥石流最活跃的地带，其中的东川小江泥石流、西昌安宁河泥石流、武都白龙江泥石流和天水渭河泥石流，都是我国最著名的泥石流带。

在泥石流形成区内有大量易于被水流侵蚀冲刷的疏松土石堆积物，是泥石流形成的最重要条件。堆积物的成因多种多样，有重力堆积的、风化残积的、坡积的、冰碛的或冰水沉积的等类型。粒度成分相差悬殊，巨大的漂砾和细小的粉、黏粒互相混杂。一旦湿化饱水后，易于坍塌而被冲刷。此外，泥石流源地常见的基岩，往往是片岩、千枚岩、泥页岩和凝灰岩等软弱岩层。

3）气象水文条件

泥石流形成必须有强烈的地表径流，它为爆发泥石流提供动力条件。泥石流的地表径流来源于暴雨、冰雪融化和水体溃决等。由此可将泥石流划分为暴雨型、冰雪融化型和水体溃决型等类型。

在冰川分布和大量积雪的高山区，当夏季冰雪强烈消融时，可为泥石流提供丰富的地表径流。西藏东部的波密地区、新疆的天山山区即属这种情况。在这些地区，泥石流形成有时还与冰川湖的突然溃决有关。

3.泥石流的防治措施

为了有效地防治泥石流灾害，应从山地环境的特点和泥石流演化发展规律出发，贯彻综合治理的原则，全面规划整个泥石流沟流域，并突出重点；工程措施与生物措施相结合，要因地制宜，因害设防。

泥石流形成区是全流域防治的重点地段。一般采用植树造林和护坡草坡，来加强水土保持，并修建坡面排水系统调节地表径流，以防止沟源侵蚀。采取上述措施的目的，是为了减少或消除泥石流固体物质的补给来源，以控制泥石流的爆发。

泥石流流通区一般修筑拦挡工程。最常采用的措施是沿沟修筑一系列不高的低坝或石墙，以拦截泥石。坝高一般5m左右，坝身上应留有水孔以排泄水流。为了使较多的泥石停积下来，必须选择合适的额坝距。

泥石流堆积区一般采用排导措施，以保护附近的居民点、工况企业、农田及交通线路。主要的排导工程是泄洪道和导流堤。

泄洪道能起到顺畅排泄泥石流的作用，使之在远离保护区停积下来。泄洪道应尽可能布置成直线形，其纵坡、横断面、深度等，要根据当地情况具体考虑。导流堤能起到引导泥石流转向的作用，必须修筑于出口处，以确保被保护对象的安全。这种措施还要有合适的停积场地与之配套。

此外，为了确保交通线路的安全，还需采取一些行之有效的专门防治措施，如跨越泥石流的桥梁、涵洞，穿越泥石流的护路明洞、护路廊道、隧道、渡槽等防护工程。

在泥石流形成区，由于地形开阔且坡体极不稳定，一般是不允许线路通过的，所以交通线路应选择在流通区和停积区通过。

在泥石流流通区通过的路线，要修建跨越桥，此处地形狭窄，工程量较小。但因冲刷强烈，桥梁易受损坏。所以，只有在线路有足够的高程，沟壁又比较稳定的情况下才能通过。

在泥石流停积区，可有扇前绕避、扇后绕避及扇身通过等几种方案加以比较。扇前绕避方案，即是在洪积扇的前部绕过。如果洪积扇的前部已紧靠河岸，则不得不修筑跨河桥在河的对岸绕过。扇后绕避方案，即是在洪积扇的后部通过，此处为流通区和停积区的过渡地带，冲刷已不严重，大量堆积又未开始，所以是比较理想的方案。最好用高、净、空大跨度单孔桥或明洞、隧道的工程形式通过。扇身通过的方案，原则上应该是愈靠近扇前部愈好，而且需修建跨扇桥。由于洪积扇的不断发展，将会迫使线路不断改变。

总之，在泥石流地段选择交通路线时，应尽量绕避泥石流分布集中且危害严重的地段。当受其他条件限制而必须通过时，则应根据泥石流的特点，从受影响较小的部位，采用最经济、安全的工程形式通过。