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是什么因素导致公路崩塌、滑坡和泥石流?

公路地质灾害是众多因素综合作用的结果,其影响因素涉及区域地质条件、地形地貌特征、气象水文条件、公路工程建设与运营以及人类活动等诸多方面。这些影响因素有宏观层面的,也有微观层面的;有自然的,也有人为的。公路设施的各种地质灾害是这些因素的耦合作用造成的。 

在公路建设和运营过程中,公路地质灾害类型多,发生频繁。总的来说,常见的,对公路交通影响较为严重的公路地质灾害主要有崩塌、滑坡、泥石流和路基沉(塌)陷等。下面主要介绍这些灾害的影响因素。 

1、崩塌、滑坡和泥石流的主要影响因素

崩塌、滑坡和泥石流(简称崩、滑、流)灾害活动的时间、地点、规模与强度虽然具有很大的不确定性,但从总体看,它们并不是孤立的,仍具有群发性和地域性的特点。崩、滑、流灾害的发生受到特定自然地理环境、地质背景及社会环境的影响,其影响因素可按作用方式划分为不变因素(如地形、 地貌、岩性、构造)、缓变因素(如河流侵蚀作用、植被条件等)及频变因素(如降雨、地震及人类活动等)3种。不变因素和缓变因素在崩、滑、流形成过程中起着积累物质、积蓄能量、孕育灾害发生的作用;频变因素激发灾害的生成,完成由渐变到突变、由量变到质变的转化。 

1.1地质条件

地质条件主要包括地形地貌、岩土类型、地质构造及水文地质条件等。 这些因素是各种地质灾害形成的基础条件。 

崩塌、滑坡、泥石流等公路地质灾害与地形地貌有密切关系,甚至受地貌类型和地形(如边坡的高度、坡度和临空面的曲直形态等)的严格控制。我国的许多山地和丘陵地区,沟谷发育,地形起伏大,沟深坡陡,岩体破碎、松散,极易诱发崩、滑、流等各类地质灾害。据统计,崩、滑、流灾害主要发育在海拔1 000~3 500m的中山区,其次是在低山、高山、高原,少量发育在丘陵地区。从局部地形看,地形起伏剧烈、沟谷切割严重的地带是崩、滑、流灾害易发区,其中,崩塌主要发生在坡度大于55。、高差大于30m、坡面凸凹不平的陡峭崖坡上。 

岩土的类型、成因、矿物成分、结构、物理化学性质及其组合情况等,是影响公路路基、边坡强度与稳定性以及地质灾害发生的重要因素。密实坚硬、抗风化性好、强度高、整体性好的岩土边坡,稳定性较好;反之则较差。 

地质构造(主要是水平、倾斜、褶皱、断裂等特征)在很大程度上决定了地质灾害类型及发育程度。我国现代地形地貌主要形成于新构造运动时期, 

持续至今的构造运动的地势反差(西部地区强烈隆升、东部地区抬升缓慢),是造成我国地质灾害种类繁多的内在原因之一。而且,边坡开挖可能导致岩土体中残余构造应力的释放,严重时会引起边坡的变形破坏。 

同时,地下水活动可以对崩塌、滑坡、泥石流等灾害的形成起到促进作用。地下水可以软化、泥化软弱岩土层,使崩塌、滑坡更易发生,对边坡岩土体的稳定性影响很大。 

1.2地表水的冲刷、浸泡

江河、水库等地表水体的冲刷、侵蚀或浸泡岸坡,削弱坡体支撑或软化岩土体,降低坡体强度,可能诱发滑坡、崩塌,危及附近公路设施的安全性。 

1.3植被作用

植被对边坡的作用要从正负两方面来分析。多数情况下,植被覆盖良好的边坡比裸露的边坡更为稳定。坡面植物的根系(包括草本类和木本类)具有“加筋、锚固、支撑”的力学效应,茎叶具有对降雨截留、削弱溅蚀和抑制地表径流的水文效应,有助于提高边坡浅层土体的稳定性。但是林草茂密的边坡也可能是浅层滑坡和泥石流的易发区,这是因为植被的生长增加了地表土层的粗糙度和渗透性,降水易渗入而使土体饱水、提高土体的孔隙水压力;高大的树木在风力的作用下对土体产生不利的荷载;生长在岩石裂隙中的植物,随着根系的长大,对裂隙壁产生挤压、使之扩大,最终引起岩石崩解,这就是根劈作用。 

2008年4月5日凌晨2时10分许,长江宜都市枝城镇洋溪码头附近发生河岸崩滑,连带岸坡边的红东公路S254线K35+600处公路路基、路面也在凌晨4时许发生塌滑,长100多米、宽30多米的路面垂直塌陷迭12m,塌方总体积约3万1113.红东公路被拦腰截断。预计公路交通3个月后才能恢复(资料来源:人民图片网,2008年4月6日) 

1.4气候条件

降水,特别是强降水和持续降雨,是诱发崩、滑、流灾害的主要因素。多数地质灾害由降雨引发。近年来,由于受全球气候变化的影响,我国部分地区出现了罕见的灾害性天气,区域特大暴雨和强降雨等引发了大量的崩、滑、 流等地质灾害。 

气温变化是高寒地区冰川型泥石流、冻融泥石流的直接诱因。由于随季节变化气温升高,大量冰川积雪和冻土消融,诱发各类泥石流。 

1.5风化作用

边坡表层的岩体在太阳辐射、大气、水和生物等各种风化营力的长期作用(如昼夜温差风化、冰劈作用、岩石释重、可溶盐的结晶与潮解、水溶液和气体的化学风化作用以及生物的机械或化学风化作用)下,发生物理和化学的变化,其强度和稳定性不断降低,最后导致崩、滑、流等地质灾害的发生。在边坡坡度、高度等条件相同时,岩石的风化程度越高,岩体就越破碎,发生地质灾害的可能性就越大。 

2008年10月下旬,由于云南连续10d的强降雨,截至1I月20,大理、保山、楚雄等地发生塌方和泥石流等地质灾害,共造成20人死亡,42人失踪。楚雄到大理、大理刘保山、保山到腾冲三条高速公路分别中断。经全力抢险抢修,楚大、大保两条高速公路恢复通行,傈龙高速公路由于塌方量多达6万多立方米,完全恢复通车预计要到2009年春节(中国交通报,2008年11月4日) 

1.6地震

地震是引发公路地质灾害的重要因素之一。在地震力的作用下,公路边坡坡体承受的惯性力发生改变,破坏坡体平衡,直接触发了滑动和流动。另一 方面,地震造成地表出现大量变形和裂缝,有利于降雨和融雪的渗透,减小了岩土体的力学强度指标,导致地下水位的上升和径流条件的改变,为崩、滑、 流创造了形成条件。地震触发的崩塌、滑坡以及其他水源条件的变化等又为泥石流提供了大量的松散固体物质和水源,形成了“地震_崩塌/滑坡寸泥石流”或“地震一崩塌,滑坡一堰塞湖一溃决洪水/泥石流”的灾害链。 

因此,地震发生以后的几年内,因为降雨、融雪等诱发的崩、滑、流, 甚至可能比地震发生时所触发的还要多。 

2008年5月12日14时28分,四川省汶川县发生8.0级地震。主震及余震造成公路沿线发生多处崩塌和滑坡(陕西交通志愿灾区公路抢修保通突击队发自青川,2008年5月)

1.7不合理的人为工程活动

除上述自然因素外,人为因素也是引发地质灾害的另一个重要原因。忽视地质环境保护的大规模人类活动,如乱砍滥伐森林、无计划采石开矿与削坡修路、过量开采地下水、坡顶加载等均可能引发地质灾害。边坡施工开挖的高度、坡度及防护,也关系到边坡的稳定性。一般来说,当公路边坡高度小于6~8m或边坡坡面防护、排水系统完善,并且没有变形迹象或植被完好时,公路边坡的稳定性较好。 

公路施工可能改变公路沿线岩土体的自然稳定状态,易引发崩塌、滑坡等各种地质灾害。所以,应事先制订科学合理的防治措施,规范施工流程和工艺,并加强施工过程中的预加固、截排水等辅助施工措施和监测预警工作。 

同时,上述因素对不同灾种的影响程度和方式也是有差别的: 

(1)泥石流的规模受沟谷汇水面积、地形坡度、岩性、植被等条件影响, 地形地貌条件决定其能量大小,岩性、植被条件决定固体物质的多少。暴雨是激发泥石流的重要条件之一。在具有充分松散的固体物质和适宜的地形条件下,暴雨易激发泥石流。暴雨强度越大,泥石流活动规模也越大。 

(2)滑坡的发生很大程度上取决于边坡岩(土)体的物质组成及滑动面的性质。降水可引起边坡岩(土)体的软化、泥化,抬高地下水位,造成孔隙水压力升高,使抗滑力降低。此外,河流的侵蚀作用会造成坡体临空而失稳。大规模滑坡多由地震引发,震前静止的坡体,由于地震力的作用使边坡失稳。 

(3)崩塌主要发生于陡峭岩壁和裂隙发育、岩体破碎且在岩性组合上具明显上硬下软差异的陡崖。 

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