第八章 工程地质灾害 第一节 边坡的变形和破坏 第一节 边坡的变形和破坏 在地表标高发生突变处，较高的一侧被称为边坡。按边坡体的形成原因，边坡被分为天然边坡和人工边坡，前者也称为自然山体边坡，指在自然地质作用下形成的山体斜坡、河谷岸坡、冲沟岸坡、海岸陡崖等，而后者一般简称工程边坡，是指在人类的工程活动中形成的斜坡，例如基坑边坡、路堤边坡、路堑边坡、露天采矿场边坡、堆料边坡、土石坝边坡、以及在水利工程中常见的渠道、船闸、溢洪道、坝肩边坡等。按边坡体介质的构成情况，边坡又被分为石质边坡和土质边坡。 斜坡上的土石体在自身重力作用下，有自动降低其重力势能的趋势。在自然降低其势能的长期地质变化过程中，边坡土石体会不断产生变形，并促使边坡土石体从逐渐出现一些微观破坏发展到最后出现许多断裂、裂隙面，使原有边坡体的稳定性大大降低。这些低稳定性的边坡体如果受到诸如地震、地表水和地下水冲刷、水动力作用以及某些人为因素影响时，就可能会在极短的时间内失去平衡和稳定，并发生突然滑塌或其它形式的破坏，形成严重的地质灾害。
自然界大、中型边坡的滑动或崩塌是人类经常遇到的自然地质灾害之一，目前人们还难以完全控制它们。自然边坡的破坏常是各种地质因素长期综合作用的结果，整个作用过程是一个缓慢、渐进的过程，但其最后的破坏却具有突发的特点，并常常具有很大的毁坏性和灾难性。边坡体的最后破坏常是由其它因素触发引起的，如暴雨、地震及人类的不当工程活动等。以下是边坡变形、破坏的类型和一些实例。 一、 边坡体松弛、开裂 除人工堆填式边坡外，开挖及切削式的边坡（如地壳升降、河谷深切、岸坡侵蚀及人工开挖等形成的边坡）在形成过程中，必然有一个侧向力的消减或解除的过程。而侧向力的消减或解除必然会使坡体内的岩土体受力状况发生改变，产生侧向应力的松弛现象，在坡脚处出现较大的剪应力，而在坡顶部位及临空面附近，则会出现拉应力。在拉应力作用下，岩土体向临空面方向移动，并造成岩土体开裂而形成许多微裂隙。卸荷张拉裂隙一般与沟谷岸坡平行发育或迁就已有的高角度构造结构面发育，随着河谷的进一步深切，松弛张拉裂隙进一步向岩体内部及深处延伸，并使裂隙扩展，这些裂隙严重时发育深度可达百米以上。发育在边坡岩土体上的裂隙慢慢在各种外力地质作用下进一步扩大，并造成边坡岩土体的进一步风化、开裂和破坏。失去完整性的边坡岩土体稳定性下降，并有可能在一些偶然因素诱发下产生边坡失稳破坏。图8-1所示是边坡体开裂的常见情况示意。
图8-1 边坡岩体开裂示意
二、崩塌 陡峻的山崖或岸坡上方的剧烈风化岩土体在水和重力的作用下，或在地震及工程振动等其它荷载作用下，从边坡高处突然崩落、塌跨的现象称为崩塌。崩塌以自由坠落为其主要运动形式，岩块在斜坡上滑动、滚动并在运动过程中相互碰撞破碎，最终塌落在山脚下形成岩堆。规模巨大的崩塌称为山崩，小型崩塌一般被称为坠石。风化严重的岩质边坡常会发生危石坠落、柱状或层状岩体倾倒以及大量岩土体沿着其内部的结构面或裂隙面脱离母体的崩塌现象，黄土高原地区的高陡土坡也常因人为的掏挖、水的冲刷或浸泡而产生崩塌。 我国长江三峡区段，由于川东山地地壳上升，长江垂直侵蚀强烈，河谷深切，岸坡陡峭。在湖北西部西陵峡江段有一处著名的急流险滩叫新滩，该处在北宋天圣4年（公元1026年）发生了一次大规模的山体崩塌，数亿立方的土石体落入江中，堵塞江道近15km，严重影响通航达25年之久。公元1523年（明嘉靖2年）该处又一次发生大崩塌，巨量土石方再次落入江中。1985年6月，新滩再度发生崩塌和滑坡，滑动和崩落的岩土体总量约为3×107m3。船只被迫停航。图8-2为陕西境内蓝田至商洛公路某段路边岩坡的情况，有崩落、滑动危险的巨石位于公路的斜上方，为了防止危石对公路安全的影响，公路在该段采用了半明洞防护 。
图8-2 山坡上方有崩落和滑动危险的巨石
三、蠕动及滑动(滑坡) 岩质和土质边坡在一定的地形地貌、地质构造、岩土性质、水文地质等自然条件下，由于地表水及地下水的作用或受地震、爆破、切坡、堆载等因素的影响，其斜坡上的土石体在重力作用下失去原有的稳定状态，沿着斜坡方向向下作长期而缓慢的整体移动，这种蠕动或缓慢滑动现象称为滑坡。受外界因素突然触发时，土坡的滑动也可能在瞬间完成。按滑动面通过岩层的情况可将滑坡分为均质滑坡、顺层滑坡和切层滑坡；按滑动时的受力状态特征可将滑坡分为推力式滑坡和牵引式滑坡。国内外滑坡的例子非常多，危害也极严重。图8-3所示是1961年9月6日发生在我国台湾的珊珠潭地块滑动情况。 图8-3 我国台湾珊珠潭地块滑移示意图 上图为滑移之前的情况；下图为滑移后的情况
在绪论中我们已经介绍了几个滑坡灾害的例子，这方面的例子枚不胜举。据有关资料介绍，我国铁路沿线的大小滑坡数以千计，其中的绝大多数分布在西南、中南、华北、西北（陕西、陇东）等地区。在宝成、成昆、川黔、湘黔、襄渝、西康等铁路沿线上滑坡的分布密度一般平均在每百公里10处左右，个别严重路段滑坡数量百公里甚至可达20～30处。 四、泥石流 泥石流是边坡岩土体破坏的另外一种形式。泥石流是在地质不良、地形陡峻的山区，由于暴雨或骤然融雪造成的地面汇流所形成的夹带有大量泥沙、石块等固相颗粒物质的特殊洪流。这种特殊洪流依仗着陡峻的山势，以较高或极高的速度沿着峡谷深涧、顺着山坡冲向地势低处。因其含有大量的岩石块体等碎屑物质，所以具有强大的冲击力和毁坏作用，是山地地貌中一种常见的地质灾害。 广义的泥石流也称山洪急流或山洪泥石流，是泥流、泥石流、水石流的总称。但一般所说的泥石流则仅指固相夹带物大于15%（指体积含量）的泥流和泥石流。泥石流具有突发性、毁坏力强，能冲出沟谷很远，摧毁村镇、道路、桥涵和建构筑物，埋没农田和森林，甚或阻断河流、改变山河面貌，给山区的各项建设和公路、铁路建设造成极大危害。
除泥石流外，坡体的另一种流动破坏是干流。干流是斜坡体上的不含水或仅含有极少量水的碎石、碎片、土块、砂、粉末、土末等所产生的大规模急速流动现象。这种流动一般和地震、火山爆发、山崩、大爆破等有关，在自然界中比较少见。1920年宁夏南部发生的8.5级大地震就曾造成黄土坡体发生大规模干流，滚滚而下的粉状黄土干流淹没了许多村庄和沟谷。 第二节 滑坡 一、 滑坡的形态特征 滑坡的规模有大有小，小型滑坡的滑动土石体仅有数十或数百立方米，大型滑坡中的滑动土石体则可高达数百万、数千万甚至数亿立方米。滑坡的规模越大，其造成的破坏通常也越大。滑坡在其滑动过程中通常会形成一系列的形态特征，这些形态特征就是我们识别滑坡的重要标志。一个发育完整的滑坡一般都具有滑坡体、滑动面、滑坡床、滑坡壁、滑坡台地、滑坡鼓丘、滑坡舌、滑坡裂隙等滑坡特有的形态特征。图8-4所示为一个发育完全的典型土质滑坡。
图8-4 典型的土质滑坡形态特征示意图 1—滑坡体； 2—滑动面；3—滑坡床；4—滑坡壁；5—滑坡台地；6—鼓张裂隙；7—滑坡鼓丘；8—滑坡舌；9—滑坡舌上的扇形裂缝；10—后缘裂缝 滑坡体是边坡体上产生滑动的那一部分岩土体，简称滑体；滑坡床是边坡中滑坡体之下固定未动的岩土体；滑动面是滑坡体和滑坡床之间的界面，简称滑面；滑坡壁是滑坡体最后方保留在母体上的出露的陡峭滑动面；滑坡平台又称滑坡台阶，是指滑坡体各段由于滑动惯性和速度的差别在滑坡体上部形成的台阶状小型阶地，工程上也称台坎；鼓张裂隙分布在滑坡体的下部，是因滑体下滑受阻、土体隆起过程中形成的张性裂隙；在滑坡体与
滑坡壁之间。岩土体分离拉开成沟槽，相邻土楔形成反坡地形，四周高中间下洼，这样的地表形态成为封闭洼地；滑坡舌又称滑坡前缘或滑坡头，因其形状如舌，故称滑坡舌，滑坡鼓丘是位于滑坡舌之后，因受后方滑动土体挤推，又受滑坡舌阻碍而鼓胀隆起的滑动土石体； 土质滑坡的外形多呈扁平的簸箕状，斜坡上常有数级滑坡平台，但其错距往往不大，向下缓倾或后倾；上部的滑坡壁清晰可见，往往有封闭洼地，下部则常隆起；滑坡体上新生沟谷纵横，坡面陷落，参差不齐，滑坡体表面及两侧常出现裂缝，并随滑坡的发展而逐步增多；在均质土层中，滑动面光滑，有明显的擦痕；在土夹石层中，滑动面粗糙不平，擦痕尤为明显。此外，生长在滑坡体上的树木因为滑体的滑动或转动而呈歪斜状，单个生长时，在工程上俗称“醉汉树”，成片生长时则被称之为“醉林”。 滑坡稳定后，台阶后壁较高，常常长满草木，再加上很长时间的雨水淋蚀、冲刷，已找不到当初的擦痕。滑坡平台宽大且已夷平，土体密实，地表无明显的裂缝。滑坡前缘的斜坡较平缓，已无滑动过程中的松散坍塌现象。滑坡两侧的自然沟谷切割很深，有的甚至已达基岩。有时在滑坡舌附近会有泉水出露。此外，原来的“醉汉树”又重新向上竖直生长，形成所谓的“马刀树”等等。这些现象表明滑坡已基本稳定。如果触发滑动的因素已经消失，滑坡就将长期稳定。否则，还可能重新“复活”。
石质坡体所产生的基岩滑坡在顺层滑坡中其滑坡床的剖面多呈平面或多级台阶状，形状常呈U形或平板状，滑动面光滑、擦痕明显。基岩滑坡的滑坡壁多上陡下缓，两侧有互相平行的擦痕。此外，在滑坡体的上部和中部多发育有横向裂缝。 二、滑坡的分类 滑坡现象不论在成因上还是在形态方面都十分复杂，因此可根据不同的目的、原则和指标对其进行类别划分。滑坡分类的目的在于对滑坡作用的地质环境、滑坡的形态特征、形成滑坡的各种因素以及影响滑坡稳定性的诸因素进行概括，以便能反映出滑坡的工程地质特征和发生发展规律，从而有效的预测或控制滑坡的发生或发展，选择与之相对应的合适的整治措施。 1．按滑动面与岩土层面的关系分类（滑坡按构造的分类） (1) 均质滑坡：发生在均质土或者岩性大体均一的泥岩、泥灰岩等岩层中的滑坡。滑动面不受层面的控制，滑动面形状多接近于圆柱形，在横剖面上则为圆弧形。滑动面均匀光滑。 、
（2）顺层滑坡：顺着斜坡上岩土体中的岩层面、土层面或一定产状的软弱结构面发生的滑坡。残积物活坡积物顺着下伏基岩面的滑动也属此列，滑动面的形状受岩土体层面或软弱结构面的影响和制约，滑面常为倾斜平面、倾斜阶梯状或折线状斜面。 （3）切层滑坡：在层面产状较平缓或与斜坡面反倾向的非均质层状岩土体中，滑动面穿切岩土层面而发生的滑坡。滑动面在顶部比较陡直，常沿着岩土体中的裂隙面发育，下部则常为较平缓的曲线状、圆柱状。即滑动面多为曲面和平面的组合形式。 （a）均质滑坡 （b）顺层滑坡 （c）切层滑坡
2．按滑动时的受力状态特征分类 （1）推动式滑坡：由斜坡上方过重的荷重或斜坡上方不恰当的加荷（如建造建筑物、弃土、行驶车辆或堆放荷载等）所引起滑坡。其活动方式是上部岩土体先开始破坏开裂，最后裂缝向下发展，贯穿整个边坡体并最终导致边坡滑动。 （2）牵引式滑坡：边坡体的坡脚由于受到河流的下切、侧向淘刷冲蚀或人工开挖，而使土坡稳定性降低并最终失稳滑动。其活动的特点是由于坡脚被切蚀，整个土坡的下滑力增大，抗滑力减小，边坡先在下部形成开裂破坏，而后牵动上部土体一起滑动。 3．按边坡体岩土类别分类 按照构成边坡的岩土体介质类别，可将滑坡划分为岩层或岩体滑坡、破碎岩石滑坡、堆积物滑坡、粘性土滑坡、黄土滑坡和堆填土滑坡等。岩体岩层滑坡多沿岩层面或岩体软弱结构面滑动；堆积物滑坡或沿着下伏基岩面、或沿着土体中的某个软弱夹层或在土体内部滑动但很多情况下都和地表水和地下水的活动有关；粘性土滑坡多发生在湖岸、河岸或水库岸坡或开挖的土坡中；黄土滑坡则多发生在我国西北部的高原地区；堆填土滑坡主要是指路堤等人工堆填物的滑动破坏。
4．按滑体厚度分类 滑坡还可按滑体的厚度来进行分类，可将滑坡划分为浅层滑坡（厚度一般不大于5m）、中层滑坡（厚度5～20m）、厚层滑坡（厚度20～50m）和巨厚层滑坡（厚度为50m以上）。 此外还有一些别的分类方法，例如按照滑动土石方量规模分类（将滑坡分为小型滑坡、中型滑坡、大型和超大型滑坡）、按主滑面成因类型分类等等。 三、滑坡的形成条件 滑坡产生的根本原因在于边坡岩土体的性质、坡体介质内部的结构构造和边坡体的空间形态，滑坡的形成与地层岩性、地质构造、地形地貌等这些内部条件密切相关。水的作用、地震、大型爆破和其他人为因素影响是滑坡的催生剂，是产生滑坡的外因。滑坡的形成条件分述如下： 1．边坡体的岩性条件 天然边坡是由各种各样的岩体或土体所组成。由于介质性质的不同，其抗剪切能力、抗风化能力和抗水冲刷、破坏能力也各不相同，抗滑动的稳定性自然各异。例如由土体组成的边坡体，由于坡体介质力学指标易受水的影响而明显降低，因此较其它介质的边坡更容易滑动。
2．边坡体内部的结构构造 边坡体内部的结构构造情况如岩层或土层层面、节理、裂隙等常常是影响边坡体稳定性的决定性因素。这些部位易于风化、抗剪强度低，尤其当其中的一些裂隙或结构构造面的产状比较陡峻时，就和容易引起边坡体的滑动。滑坡常在以下情况下发生： (1)硬质岩层中夹有薄层软质岩、软弱破碎带或薄的风化层，软弱夹层的倾角较陡且有地下水活动时，岩层可能沿着软弱夹层产生滑动； （2）边坡体为页岩等层状介质时，极易顺岩体的层面发生顺层滑坡，含煤地层，易沿煤层发生顺层滑坡； （3）边坡体由玄武岩组成且玄武岩地层中有下伏的凝灰岩存在时，易沿着凝灰岩发生顺层滑坡。 （4）变质岩类中的片岩、千枚岩、板岩等的结构构造面密集，易产生滑坡。 （5）坡积地层或洪积地层下方常有基岩面下伏，下伏的基岩面坚硬且隔水，当大气降水沿土体孔隙下渗后，极易在下伏基岩面之上形成软弱的饱和土层，使土体沿此软弱面滑动。 （6）存在断层破碎带、节理裂隙密集带的边坡体，易沿此类构造面发生滑坡。
3．地形地貌条件 边坡的坡高、倾角和表面起伏形状对其稳定性有很大的影响。坡角愈平缓、坡高愈低，边坡体的稳定性愈好。边坡表面复杂、起伏严重时，较易受到地表水或地下水的冲蚀，坡体稳定性也相对较差。另外，边坡体的表面形状不同，其内部应力状态亦不同，坡体稳定性自然不同。高低起伏的丘陵地貌，是滑坡集中分布的地貌单元；山间盆地边缘区、山地地貌和平原地貌交界处的坡积和洪积地貌也是滑坡集中分布的地貌单元。凸形山坡或上陡下缓的山坡，当岩层倾向与边坡顺向时，易产生顺层滑坡。 4．水文地质条件 地表水及地下水的活动常是导致产生滑坡的重要因素。据有关资料介绍，90%以上的边坡滑动都与水的作用有关。水的作用表现在以下几个方面： （1）因水的进入而使边坡体的重量发生变化并导致边坡的滑动。大气降水将落到地面以后沿土坡表面下渗，使上层土体的重量增加，改变了土坡原有的受力状态，因而有可能引起土坡的滑动。
（2）水的进入造成土坡介质力学性质指标的变化而导致边坡滑动。在粘性土的物理状态一节中我们已经论述过，细粒土会随着含水量的增大而引起其物理状态的改变，其力学强度指标也会随土体含水量增加而降低，介质力学性质的降低自然可能导致边坡体的滑动破坏。斜坡堆积层中的上层滞水和多层带状水极易造成堆积层产生顺层滑动。斜坡上部岩层节理裂隙发育、风化剧烈，形成含水层，下部岩层较完整或相对隔水，这种水文地质结构，具有季节性的充水条件，在雨季易沿含水层和隔水层界面产生滑坡。 （3）断裂带的存在使地下水、地表水和不同含水层之间发生水力联系，使坡体内水压力变化复杂，导致坡体滑动，或渗流动水力作用导致边坡体受力状态的改变并进而导致产生坡体滑动。 （4）地下水在渗流中对坡体介质的溶解溶蚀和冲蚀改变了边坡体的内部构造而导致边坡滑动，或河流等地表水对土坡岸坡的冲刷、切割致使边坡产生滑动。地表水体（河、湖等）水位的涨落是岸边滑坡的诱因，水位上涨使岸边土体浸湿软化，水位下降时土体内部产生朝向斜下方的动水压力，极易导致岸坡滑动。 5．气候和地震作用
气候条件变化会使岩石风化作用加剧，炎热干燥的气候会使土层开裂破坏，这些都会对边坡的稳定性造成影响。在地震过程中，受地震波的反复作用，边坡岩土体结构很容易遭受破坏，并造成边坡沿其中的一些裂隙、结构面或其它软弱面向下滑动。一般认为，地震烈度在五度以上时就可能诱发边坡滑动。地震引起滑坡具有数量多、频次高的特点。根据有关资料，我国公元前780年至公元1976年发生6级以上地震656次，其中引起大型滑坡的次数达169次，占地震发生次数26％。地震引起滑坡具有规模大、灾害重的特点，1933年我国四川叠溪地震引起的滑坡，滑坡体长2500m，宽1800m，滑坡后壁高达100m，滑动土石方达1．5亿立方米。并造成2500余人丧命。 6．人为因素影响 人为因素影响是边坡滑动破坏的另一个重要因素，人们在平整场地、修筑道路、开挖渠道、基坑以及采矿过程中，如果不合理的开挖坡脚，不适当的在边坡体上弃土堆重或进行工程项目建设，都有可能破坏边坡原有的稳定性而引起滑坡。不适当的开挖坡脚，可导致牵引式滑坡，或引起古滑坡复活；不适当地在坡体上部堆放荷载，可引起推移式滑坡；不合理地开采矿藏，使山体斜坡失稳滑动或引起崩塌性滑坡。大型爆破产生的动力效应也能诱发山体滑坡；斜坡上部修筑渠道或铺设管道，由于渠道或管道漏水，引起坡体滑动；深基坑开挖引起的基坑周边土体失稳滑动并造成周围地面其它市政设施的破坏；如此等等。
四、滑坡的防治 自然或天然边坡是地壳在长期的运动过程中，部分地表隆起的结果；或是隆起的地表在各种外力地质作用下被风化、剥蚀后，其风化剥蚀产物又经过搬运、堆积而形成的一种斜坡状地表形态。总而言之，它是一种不以人的意志为转移的客观存在。人类的许多建设项目、工程活动甚至一部分人的生活生存空间都会涉及到这种客观事物。 在前述内容当中，我们已经讨论了滑坡的基本概念、滑坡的各种类型划分方法和划分结果以及滑坡的形成条件。有关边坡体的稳定性分析和滑动的机理探讨将在土力学部分予以详细介绍。但是滑坡的规模大小、边坡产生滑动时对人类的工程项目和生命财产危害程度如何、如何避免或减轻滑坡对人类造成的危害、哪些边坡的滑动不可制止、哪些可以制止、如何制止等等，所有这些有关滑坡的防治问题都是人类所必须面对的现实问题。 滑坡的防治原则是以预防为主，治理为辅。要做好滑坡的防治工作、减轻或避免滑坡造成的危害，可考虑从以下方面入手： 1． 做好滑坡的工程地质勘察 对于稳定性较差、具有滑动可能、滑动趋势或已经确定正在滑动的边坡，必须首先做好滑坡的工程地质勘察工作。查明滑坡的类型、影响要素、范围、规模、性质、地质背景、影响范围及其危害程度。为滑坡的稳定性分析、发展趋势预测、防治对策确定和治理方案设计提供必需的基础资料。
1． 在项目选址或居住、生活环境选址时应尽量避开不稳定的山坡滑动影响地段 稳定性较差、有滑动可能或易于滑动的边坡以及已经确定正在滑动或滑动已经完成的古滑坡地段，一般不宜选为工程项目建设场址，在项目选址、交通线路选择或居住、生活环境选址时应尽最大可能予以避开。 2． 在建设项目规划时，应尽量避免大挖大填 大挖大填不仅改变了原有的边坡形状，而且往往会破坏场地和边坡的稳定性，人为地增大了边坡失稳的可能。例如山西大寨曾在农田建设过程中挖山填石，兴修梯田，但又没有采取相应的边坡稳定防护措施，致使修建于虎头山的数百亩梯田在暴雨中一夜全毁。因此，在建设项目规划时，应尽量避免大挖大填，并尽量依山傍势，利用原有的有利地形条件，因地制宜地、合理地进行项目的平面布置。 3． 做好防水和排水工作 如前所述，绝大多数的滑坡都与水的作用有关，因此，防止外围水进入边坡体内部、排除或疏导边坡体中危害边坡稳定性的地下水，是滑坡防治中的一种重要举措。其中防止外围水的常见措施有：在滑坡体上方、滑坡边界之外修筑截水沟；在滑坡坡面上修筑集水
沟、排水沟、应用浆砌片石铺筑、喷浆、注浆等方法对坡面进行防护，防止地表水进入边坡内部或对边坡坡面产生冲蚀；改善边坡的植被状况，减轻地表水对边坡的冲刷和坡面形态的改变。 1． 注意和分析开挖对原来处于安全状态的边坡的稳定性影响 人为开挖是导致边坡滑动的诱因之一，在山坡整体稳定情况下开挖边坡时，如发现有滑动迹象，应立即停止开挖，并应尽快采取恢复边坡稳定性的措施。为了预防滑坡，当在地质条件良好、岩土性质比较均匀的地段开挖时，对高度在15m以下的岩石边坡或高度在10m以下的土质边坡，其坡度允许值可按《建筑地基基础设计规范》有关表格确定。可以进行开挖的边坡地段，开挖工作宜从上到下，依次进行，尽量避免先挖坡脚，挖填应尽量保持平衡。土方开挖工程一般宜尽量分散处理弃土，如必须在坡顶或坡腰上堆弃土石时，应对边坡的整体和局部稳定性进行验算，确保开挖工程安全进行。 2． 改变滑坡体表面形态、降低“滑动体”的重心 改变滑坡体表面形态的目的是改善滑坡体的受力状态，降低“滑动体”的重心和下滑力，通过削坡、减荷使边坡高度降低、坡度变缓，稳定性增加，以达到防止边坡滑动的目的。具体实施时应根据坡高和坡面情况确定挖填方位置和土石方量，填方部分除应尽量夯实外还要做好地下排水设施。
1． 设置支档构筑物，增大边坡的抗滑移能力 当设置支档结构物可以保证边坡的安全性且又经济合理时，可考虑采用被动或主动的支档方式对边坡加以防护。被动式支档主要是修筑挡土墙或设置抗滑桩，当空间不成问题且经济可靠时还可考虑通过在坡脚御土来防止边坡的滑动。主动式的支档主要是通过抗拉能力强的若干锚固杆体将可能滑动的“滑动体”锚固在不可能滑动的滑坡床中去。介于主动和被动支档之间的桩、锚支档体系近年来更是得到了大力发展。在道路工程中还可通过设置抗滑明洞来保证车辆安全通过浅层滑坡多发地段。抗滑明洞基部岩土体稳固可靠，滑动体位于斜坡上方的一定位置，在明洞靠滑坡方向一侧和洞顶回填土石以支撑侧帮推力，让滑坡体从洞顶滑过。但由于这种方案造价昂贵，且拱脚连接部位（明洞侧帮）稳定性必须严格保证，因此工程中应该慎用。 2． 采用物理的或者化学的方法改变滑动面的力学形状或岩土性质 外部形状相同但构成介质不同、内部结构、构造不同的边坡，其抗滑动稳定性也不相同，采用物理的或者化学的方法改善边坡岩土体、特别是滑动面上的岩土体性质无疑可以起到增大边坡抗滑能力、防止边坡滑动的目的。灌浆法和局部注浆法是其中常用的方法，
以抗剪作用为主的锚杆及人工边坡中的加筋土也属此列，基坑支护中的土钉墙也有这方面的效应。 对于无法防止滑动或治理费用昂贵无法实施防治的具有滑动可能或正在缓慢滑动的、对人民生命财产具有潜在危害的边坡，应进行位移观测和地下水动态、水压监测，以便及时了解这些滑坡的活动状态，分析并及时预测滑坡的发展趋势，尽量减轻滑坡造成的危害。
第三节 崩塌 崩塌现象一般是急剧、短促、猛烈和突发性的，因而常具有灾难性的后果，规模小的崩塌崩落的土石方仅有数立方米到数十立方米，大者可达数百、数千直至数万立方米，崩落土石体达到数十万、上千万甚至更多的山体大崩塌多和地震相关联，发生的次数也极为有限。大型山崩如果发生在江河岸坡，有时会堵塞河道，形成堰塞湖，一旦堵塞体溃决便会造成重大灾难。1933年8月25日，地震引起四川选溪境内岷江岸坡山体大崩塌，崩落体市岷江堵塞，形成三个堰塞湖，致使6800余人死亡，一个多月后，堵塞体被江流冲垮溃决成灾，泛滥的江水淹没了下游的大片农田和村庄，又造成2500余人死亡。残留的崩塌岩堆至今仍保留在选溪的岷江河谷中。 崩塌对山区铁路和公路及道路的安全营运危害很大，也是交通线路上常见的病害之一。在施工中由于崩塌的发生，可造成严重的人身安全事故。在运营线上产生的崩塌、落石，严重威胁行车安全，大型的崩塌还会中断交通运输，给国民经济造成巨大损失。我国西南、西北和华东地区，如宝成、宝天、成昆、黔昆、鹰厦等铁路线历年均有崩塌、落石的发生，沿着这些铁路线常形成崩塌岩堆群。据不完全统计，崩塌和坠石几乎占到全部铁路路基病害工点的50%以上。
一、崩塌的分类 崩塌可按其发生的性质进行分类，并将崩塌分为：断层破碎带崩塌、节理裂隙崩塌、风化破碎体崩塌和软硬岩层接触带崩塌等。 二、崩塌的形成条件 1．地形条件 产生崩塌现象的区域有两个基本的地形特点，：其一是斜坡高峭陡峻，其二是斜坡表面凹凸不平。一般情况下崩塌多发生在大于45o的斜坡上，其中尤其以55o～75o的斜坡居多，其规模亦相对较大。有人通过鹰厦线漳平工务段内崩塌与坡度和坡高的统计关系得出，该路段90%的崩塌都发生在55o以上的斜坡上，所以，高峻陡峭的地形最有可能发生边坡岩土体或岩土块体的崩塌坠落现象。边坡的表面形态对崩塌的形成也有一定影响，崩塌一般较易发生在上陡下缓、表面凹凸不平的斜坡上。 2．岩层条件 实际上，自然边坡的形态及坡度的陡缓与岩土体的性质有着密切的关系。岩土体性质不同，其强度、抗风化和抗冲刷的能力也各不相同。硬质岩石往往可形成直立陡壁的自然斜坡，软质岩石由于强度低、抗风化能力、抗地表水冲蚀能力弱，边坡坡度也相应较缓。
因此在一般情况下，崩塌现象多发生在风化的坚硬岩石构成的高陡斜坡地段，而软质岩石形成的低缓斜坡地带则较为少见。另外，边坡岩层的组成情况，也对斜坡的坡形和坡度也有直接的影响。如均质粘土岩所形成的自然斜坡多为凹形，而由非均质的砂页岩互层构成的自然斜坡多为阶梯形或锯齿形。软弱的页岩风化凹进，硬质的砂岩凸出，当页岩进一步风化剥落时，就可能引起凸出的砂岩块体崩落。下软上硬的斜坡，下方软质岩石风化剥落后，其上方岩体在坡面上凸出，也易引起较大规模的崩塌发生。 3．边坡岩土体的结构构造条件 边坡岩土体的结构构造条件是影响边坡稳定的主要因素之一，受构造作用、卸荷作用和其他外力地质作用的影响，边坡岩土体中大都存在有很多结构面，将岩体切割成若干不连续块体，使崩塌的发生成为可能。主要介质结构面顺着斜坡的边坡体易发生顺层滑坡现象，而介质主要结构面与斜坡倾向相反或近直立时，则易发生崩塌现象。但对具体情况尚需作具体分析： (1)若有两组主要结构构造面倾向坡面，其中一组倾角大于斜坡坡度或大于45o，另一组倾角小于斜坡坡度[如图8-6（a）所示]，斜坡上的岩石块体最易沿低倾角产生崩塌。 (2)若有两组主要结构构造面都倾向坡面，且倾角较低(在25o～45o之间)时，是对斜坡稳定的最为不利条件[见图8-6（b）]。
(4)若两组主要结构面的倾向均为背向坡面或一组背向坡面一组接近水平[见图8-6（e）]时，斜坡亦可保持较好的稳定性。 (3)若两组结构面中有一组倾向与斜坡相反，另一组虽倾向坡面，但倾角陡于斜坡坡度时，斜坡一般较为稳定，如另一组的倾角小于斜坡坡度时，则也易造成崩塌，如图9-6（c）、8-6（d）所示。 (4)若两组主要结构面的倾向均为背向坡面或一组背向坡面一组接近水平[见图8-6（e）]时，斜坡亦可保持较好的稳定性。 图8-6 结构构造面与崩塌的关系
4．水的作用 同对滑坡具有重要影响一样，水也是产生崩塌的极其重要的外部诱因，据统计绝大多数崩塌都发生在雨季以及暴雨天气或暴雨之后，当大气降水充足时，地表水大量渗入岩土体的孔隙、裂隙中，使岩土体发生软化或引起动水压力等作用，降低了岩土体的强度，或冲刷岩石块体的裂隙，加速了岩土体或边坡上的不稳定块体的崩塌和坠落。据统计在宝成、成昆、鹰厦等铁路线路上，崩塌发生的时间有70%以上是在雨季。 5．其它因素的影响 地震、爆破、人工开挖边坡土石体甚至列车的震动等都有可能增大边坡或边坡岩土块体不稳定性，导致崩塌的发生。强烈的地震作用首先会使岩土体结构发生破坏，并在地震力的反复震动、冲击下，使边坡土石体沿原有结构面或沿地震新生结构面产生崩塌。强烈地震触发的崩塌，一般速度均较快，且多集中在极震区和地面震动烈度较高的区域，发生崩塌的规模一般也较大。爆破施工，人工开挖也是造成崩塌的常见原因。正在行使的列车产生的振动也能引发崩塌或坠石，京广线永济桥至乐昌间的一处大崩塌，就是在1973年4月20日某次列车通过后二、三分钟发生后的，具事后分析认为是行使列车产生的振动效应所致。
三、崩塌的防治 崩塌的防治应尽量以根治作为基本原则，对一些重要区域或重要交通线路路段，要确保边坡体不发生崩塌现象。当不能根治时，可采取以下措施来防治崩塌和崩塌造成的危害。 1．清除斜坡体上的危石 对于道路或山地建设工程周边总体稳定、但存在数量有限的有坠落危险的危石的边坡，应尽量将危石予以清除，这往往能够收到事半功倍的效果。 2．支补 当斜坡上凸出的岩石块体基本稳定但安全性又不高、或者岩石块体不太稳定但又难以清除时可采用支补的方法加以固定。支补是在上部探头下方悬空的危岩下设置浆砌片石支墩或混凝土支顶墙等支撑体。其基本条件是支墩或支顶墙基础稳固，无滑动崩落危险。当坡面陡峻，危岩分散而坚硬，既无支撑条件，又不宜清除时，可采用插别的方法予以加固。插别是用圆钢或铁路部门废弃的钢轨紧贴危岩体（块），并将圆钢或钢轨垂直插入其下的稳定岩体，并用水泥砂浆将其与岩体锚接在一起，用圆钢或钢轨的抗弯能力来保证危岩体不发生崩落。 3．压注浆
当斜坡上的岩石风化破碎、有崩落可能但又无法一一清除时，或者危岩体（块）巨大、被节理面或裂隙面从母岩上切割开来时，可用压浆或注浆的方法来加固。前者是将破碎的大小岩块胶结为一个整体，而后者是通过在有限的裂隙中注浆，通过注浆或勾缝将危岩体（块）与稳定的母岩胶结在一起。 4．做好防排水工作 如前所述，崩塌有很多发生在雨季。因此修筑防排水设施，防止水流对坡面的冲刷是防治崩塌的重要一环。 5．拦截措施 当山坡上方的岩石风化破碎严重，崩塌、坠石规模不大却频频发生，而且建筑物或线路与坡脚之间有足够空间或地势合适时，可修筑拦截构筑物以拦截落石。常见的拦截构筑物有落石平台、落石槽、拦石堤(拦石墙)、拦石栅栏、桩障等。 6．遮挡措施 当山坡上方的岩石风化破碎严重，崩塌、坠石规模较大且频发，采用拦截措施又存在困难时，可采用遮挡措施，线路上常用的遮挡构筑物有拱形明洞、板式棚洞、悬臂式棚洞及半明洞等。 (1)拱形明洞：由拱圈和两侧边墙构成。结构坚固牢靠，可抵御较大的崩塌推力。
2)板式棚洞：由钢筋混凝土顶板和两侧边墙构成。顶部填土，山体侧压力全部由内边墙承受，外边墙只承受由顶板传来的垂直压力。 (3)悬臂式棚洞：由悬臂式顶板和内边墙组成。内边墙承受洞顶填土的压力和侧压力等全部压力。 (4)半明洞：在山坡上开凿出的半拱形凹槽（见图9-2），其遮拦原理与悬臂式棚洞完全相同，是让崩塌物顺着山坡滚向线路下方的沟谷中去。采用这种措施的前提条件是半明洞顶部和侧帮的岩石强度高、坚固性好、抗风化能力强。 7．加固措施 当无条件修筑拦截或遮挡构筑物、而且山坡上的危岩体（块）又不便清除时，可对危岩体采取加固措施。除前述勾缝、灌浆等压注浆方法可加固危岩体外等。镶补和锚固也是常用的加固方案，尤其是山坡的个别部位或个别岩石块体的稳定关系着整个坡体的稳定时，镶补和锚固更能起到奇效。如图8-7（a）所示，被锚固的两个岩块的稳定关系着其上方许多岩块的稳定亦即关系着图示整个坡体的稳定。图8-7（b）所示的镶补部位也是一样。
上述各防止崩塌的措施并非是万能的，对于可能发生大型崩塌的地段或崩塌严重且频发地段，在工程建设选址或线路选择时应尽量避开。 镶补体 镶补体 （a） （b） 图8-7 锚固和镶补 8．避让措施 上述各防止崩塌的措施并非是万能的，对于可能发生大型崩塌的地段或崩塌严重且频发地段，在工程建设选址或线路选择时应尽量避开。 补
第四节 泥石流 典型的泥石流发生地由形成区、流通区和堆积区三个区段构成。 形成区多为山区，高原和丘陵地带也有发生，该区域分布在泥石流流域的上游或中上游地区，它又可被划分为汇水区和固相物质供给区，汇水区居上，固相物质供给区位于其下方。汇水区是承受暴雨或冰雪融水的场所，是泥石流中水的来源地。固体物质供给区是为泥石流储备与提供大量泥沙、石块等松散状固体颗粒的地段，这一区段一般山体裸露、风化严重，分布有大面积的崩塌、滑坡等不良地质现象，地表水土流失严重。总体而言，形成区是泥石流中的液、固两相物质形成、汇集、交融的地段，是充沛的地表水流与丰富的固相岩石风化颗粒物质借助于陡峻山势形成泥石流的地段。 流通区一般位于泥石流流域的中下游地段，其地形往往为沟壁陡峻的狭窄沟谷。其两侧山体一般较稳定，沟床顺直，纵坡比降大。流通区的长度一般也较形成区为短。 沉积区位于泥石流流域的最下游，大多都在山谷冲沟出口以外，纵向坡降不大、地形开阔。泥石流在此处分散漫流，大量夹带于水流中的固相物质沉积下来，并最终形成以山谷冲沟出口为顶点的锥状或扇形堆积物。
一、泥石流的形成条件 1． 形成泥石流的地形条件 泥石流的形成区一般呈现为三面环山、另一面仅有一个狭窄出口的瓢状或漏斗状，周围山坡高陡、山体表面岩石破碎，但山势开阔，汇水面积大，使水和碎屑物质易于集中；流通区的纵坡坡度大，沟谷狭窄，岸坡陡峻，使泥石流得以迅猛直泻；堆积区为开阔的山前倾斜平原。 2． 形成泥石流的地质条件 泥石流分布密集、活动频繁的地区多新构造运动活动显著、地质构造复杂，断裂、褶皱发育，裂隙密布，滑坡、崩塌等不良地质作用强烈；山体岩石结构疏松，软弱、易风化，地表岩石风化破碎，有形成泥石流所需的大量颗粒状松散固体物质来源。 地震是地壳活动性的明显标志之一。在地震活动过程中，山体的稳定性和掩体完整性会遭受严重破坏，岩层破碎，不良地质现象如崩塌、滑坡等普遍发育。在地震之后，常常会在受地震活动强烈影响的某些区域发现一些活动的泥石流沟，泥石流的爆发次数和规模也都比以往增多增大，有些原来已经处于稳定状态的泥石流流域，泥石流重新复活，而一些原来不完全具备泥石流形成条件的沟谷，可能突然爆发泥石流。从很多实例可以看出，许多泥石流活动强烈的地区，也是地震烈度较高的地区，如喜马拉雅山脉及云南小江流域、甘肃武都地区、华北太行山等。又如西藏古乡泥石流的形成就与该
地首次特大泥石流的形成准备了丰富的物质来源。 1． 气象条件 地表水的迅速而大量汇流是形成泥石流的根本条件，因此泥石流流域常发生强度较大的暴雨或具有开阔的山坡，堆积有大量的积雪或冰川，气温回升强度大，有产生骤然融雪的可能。 2． 人为因素影响 人类的滥砍滥伐、垦荒造田、修路切坡、开山劈石、采石弃渣甚至过度放牧等活动都会严重破坏山区的地表植被，加速地表岩体的风化，加大水土流失程度，甚至会直接生成许多颗粒状松散固体物质。大量调查研究结果表明，很多泥石流的发生都与人类的上述各种活动有着或多或少的关系，有的就是导致泥石流发生的直接原因，有的会加大泥石流的发生程度。 二、泥石流的特征 1．重度大、流速高、阵发性强 泥石流含有大量的泥沙石块等松散固体物质，其体积含量一般超过15％，重度一般大于13kN/m3。粘稠的泥石流固体物质的体积含量可高达80%以上，与其相对应的重度可达23kN/m3。泥石流的流速大，其变化范围也大，一般为2.5～15m/s不等，具有强大的动
能和冲击破坏能力。这种高速粘稠的特殊流体在发生过程中往往产生多次阵流现象，有的在一次发生过程中的阵次有数十次甚至上百次。 2．流动具有直线性特征 泥石流发生后在其运动过程中若遇到反坡阻碍，由于其惯性作用，仍具有强烈的沿直线运动的特点。若遇障碍物挡住去路时，则前面的固体物质就堆积下来，为后续泥流铺平道路，使沟床底抬到和障碍物顶部一样高时，便翻越过去，直线前进。 3．发生具有周期性 在任何泥石流的发生区，较大规模的泥石流并不是经常发生的。泥石流的发生具有一定的周期性，只有当其条件具备时才可能发生（除了能突然汇集大量水流外，其形成区还必须有足够多的松散固体物质）。若其中某一条件不具备时，泥石流的就不会发生。一次泥石流发生后，其形成区地表的松散物质全部被冲走或大部分被冲走，因此需要间隔一定时期，待该区域又重新积累了足够
多的风化碎散物质时，才可能在下一次骤然汇水时引发泥石流。如果气候变化，区域降水丰富，地表的风化物质来不及累积就被水流冲走，即使有形成泥石流的地面水流条件，泥石流也不会发生，但如果仅有丰富的地表风化碎散物质，而没有突然的地面汇水发生，泥石流自然也不会发生。因此不同区域的泥石流发生周期不同；同一地区甚至同一发生区域的泥石流发生周期也会因气候及环境条件的变换而发生变化。有的区域泥石流平均每年或几年就发生一次，有的则需十几年、几十年或更长的时间才能发生一次。 4．堆积物特征 泥石流的堆积物，分选性差，大小颗粒杂乱无章，其中的石块、碎石等较大颗粒的磨圆度差，棱角分明；泥石流堆积物表面一般垄岗突起，巨石滚滚，状似一片“石海”；堆积扇轴部高耸，扇角小、呈丘状；扇体上的沟槽不固定，常分布有垄岗状、舌状或岛状堆积体。以上这些特征可供人们在非发生期来识别和判断泥石流，帮助人们研究泥石流的类型、发生频率、夹带介质情况、规模大小、形成历史和堆积速度。
三、泥石流的分类 不同类型的泥石流其形成条件、物质组成、物理力学性质、运动规律以及对周围环境的影响和破坏作用大小等皆不相同。所以有必要根据不同条件和工程需要来对泥石流进行类别划分，以便能根据其类型差别采取与之相对应的不同防治措施，避免或减轻泥石流灾害。 有关泥石流的划分方法有很多种，以下着重介绍如下几种： 1．按泥石流的组成物质分类 按泥石流的组成物质可经泥石流划分为粘性泥石流和稀性泥石流。 （1）粘性泥石流：粘性泥石流（层流状态）也称结构性泥石流，其中砂石等山体表面风化固相物质含量高达40%～80%，重度可达17～23kN/m3。它是由水、泥砂、石块等充分混合凝聚而成的一种粘稠的整体流动体，所含各物质成分以相同的速度作整体流动，其中的大石块能漂浮表面而不下沉。在河谷中甚至在河滩上都能保持原来的宽度和高度而不流散，淤积后会保持原来结构不变，有明显的阵流现象。流经弯道时，有明显的外侧超高现象和爬高能力以及对河道的截弯取直能力。
（2）稀性泥石流：稀性泥石流（紊流状态）中含有的固相物质为15%～40%，重度为13～17kN/m3。稀性泥石流中粘粒和粉粒含量较少，其主要成分是水，因而不可能形成粘稠的整体流动体，其中的水为搬运介质，固相物质为其中的悬移质或推移质漂浮物，水与泥砂组成的泥浆流动速度远远大于推移质的石块运动速度，石块在河底跳跃、滚动式前移，沉积物有一定的分选性，在洪积扇上呈散流状，岔道交错，改道频繁，不易形成阵流现象。 2．按泥石流沟谷流域形态特征分类 按泥石流沟谷流域形态特征可将泥石流划分为标准型泥石流、山坡型泥石流、漫流型泥石流和河谷型泥石流等。 （1）标准型泥石流 泥石流流域可明显划分为形成区、流通区和堆积区三个区域，形成区呈瓢形，流通区为直线形，堆积区呈扇形，流动沟槽固定，流通区不长。 （2）山坡型泥石流 山坡型泥石流的形成区也是其流通区，流通沟坡与山坡基本一致，呈线形或长舌形，沟口即为沉积区，呈锥形或扇形，锥体坡度较陡。 （3）漫流型泥石流
漫流型泥石流产生于基本山坡以外的洪积扇上，沟口以上的古供给区供给的物质很少，雨后的清水携带少量固体物资，一出沟口后便在宽阔的洪积扇上进行刮掘改道。洪积扇是其供给区，又是其流通区，沉积区常不稳定。 （4）河谷型泥石流 发育在河沟地带的泥石流称为河谷型泥石流，流通过程中携带沿途支谷的物质以及岸坡坍方体。 3．按泥石流的规模及危害程度分类 按泥石流的发生规模及危害程度可将泥石流划分为特大型泥石流、大型泥石流、中型泥石流和小型泥石流等。 （1）特大型（极严重）泥石流 特大型泥石流多为粘性泥石流，其流域面积大于10平方公里，最大泥石流流量约为2000m3/s，一次或每年多次冲出的土石方量总和超过50万m3。发育地沟谷地表裸露、岩石破碎，风化作用强烈，水土流失十分严重，不良地质现象极为发育，分布面积占流域总面积的30%以上，沟谷纵坡坡度大，沟床中有大量巨石，河道内阻塞现象严重，破坏作用巨大。
（2）大型泥（严重）石流 大型泥石流的流域面积为5～10平方公里，最大泥石流流量约为500～2000m3/s，一次或每年多次冲出的土石方量总和为10～50万m3。发育地地表侵蚀和风化作用强烈，水土流失严重，不良地质现象发育，分布面积占流域总面积的10%～30%，沟谷狭窄、纵坡坡度大，有较多的松散物质淤塞沟道，破坏作用严重。 （3）中型（中等）泥石流 中型泥石流的流域面积为2～5平方公里，最大泥石流流量约为100～500m3/s，一次或每年多次冲出的土石方量总和为1～10万m3。发育地地表侵蚀和风化作用较强烈，水土流失较严重，不良地质现象较发育，分布面积占流域总面积的10%以下，沟道中有淤积现象，破坏作用较大。 （4）小型泥石流 小型泥石流的流域面积小于2平方公里，最大泥石流流量小于100m3/s，一次或每年多次冲出的土石方量总和小于10000m3。发育地地表侵蚀和风化作用较弱，大部分地区水土流失不严重，不良地质现象零星发育，规模较小，以沟坡坍塌和土溜为主，破坏作用不大。 4．按发育阶段分类
按发育阶段可将泥石流划分为发展期泥石流、活跃期泥石流、衰退期泥石流和终止期泥石流等。发展期泥石流是指由刚开始发生到活跃期以前这一阶段发生的泥石流。其主要特征是重力侵蚀作用正在增强、松散物质聚集速度加快、爆发频率不断增高、发生规模不断加大、输送能力不断加强、堆积扇不断发展，与此同时，其危害程度也在不断加大。活跃期泥石流是指正处于强烈活动且持续稳定时期的泥石流。其主要特征是重力侵蚀作用强烈、爆发频率高、发生规模大、输送能力强、堆积扇强烈发展。衰退期泥石流是指发生于活跃期以后直至终止期阶段的泥石流。终止期泥石流是已经停止不再发生的古泥石流沟谷。其堆积扇上已出现清水沟槽，沟槽以外的扇体表面开始被植被覆盖。 5按发生频率并考虑规模及危害情况的分类 《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）根据泥石流的发生频率并考虑了泥石流的规模及危害情况对泥石流沟谷进行了工程分类，该分类方法将泥石流沟谷划分为两大类，并将每个大类各划分为三个亚类。
1）高频率泥石流沟谷 高频率泥石流沟谷基本上每年均有泥石流灾害发生，固体物质主要来源于滑坡、崩塌。泥石流暴发雨强小于2～4mm/10min。除岩性因素外，滑坡崩塌严重的沟谷多发生粘性泥石流，规模大；反之，多发生稀性泥石流，规模小。按发生规模、流域面积、危害严重程度等细分为严重型、中等型和轻微型三类。 （2）低频率泥石流河谷 低频率泥石流沟谷中泥石流灾害发生周期一般在10年以上，固体物质主要来源于沟床，泥石流发生时“揭床”现象明显。暴雨时坡面的浅层滑坡往往是激发泥石流的因素。泥石流暴发雨强一般大于4mm/10min。泥石流规模一般较大，性质有粘、有稀。按发生规模、流域面积、危害严重程度等也细分为严重型、中等型和轻微型三类。 粘性泥石流呈层流状态也称结构性泥石流；稀性泥石流呈紊流状态，有的将流动状态介于这两者之间的称谓过渡性泥石流，其状态从紊流到似层流都可能出现。泥石流的速度从2～3m/s到10～15m/s不等，速度变化较大，毁坏力也各不相同。
四、泥石流的防治 （1）考虑到严重型高频率和低频率泥石流沟谷中的泥石流均具有突发性强、发生频率高、危害性极强的特点，加之防治工作困难，防治费用高、效果差，故各类建筑进行工程场地选址时应避开其危害区域，线路选择也一样。 （2）中等型高频率和低频率泥石流沟谷在一般情况下也不宜被选为建筑物建设场址或道路路线。当必须选为建筑物场址时，应采取各种治理措施对其进行综合治理；线路横越该类泥石流沟谷的堆积物时，宜架桥通过。桥的位置应能顺畅渲泄泥石流，桥址一般应选在沟床固定、沟形顺直、纵坡坡度比较一致、冲淤变化较小，桥渡工程量小、与沟槽尽量直交的地段。桥墩应选在地质条件良好、基岩稳定处。桥下一定距离内自然流通坡度应陡于该泥石流结构体流动时的最大淤积坡度。铁路在流通区或扇顶通过时，应尽量一跨跨越或用大跨减少桥墩数量。在泥石流堆积物的扇中和扇尾部位设置桥梁时，净空宜高，宜分散设桥，不宜改沟、并沟集中设桥，并应尽量做到一沟一桥。在泥石流下切严重地段桥墩基础深度宜深勿浅，桥孔跨度宁大勿小，高度宁高勿低，长度宁长勿短。
3）小型高频率和低频率泥石流沟谷中泥石流的发生规模和危害性均较小，防治起来也较为容易，所需治理费用也不高，可作为工程项目的建设场地。线路工程也可在其堆积扇上通过，但在该设置桥梁处仍应设置桥梁，其原则同样是宜分散设桥，不宜改沟、并沟集中设桥，并应尽量做到一沟一桥。此外还应根据具体情况，作好排洪和泥石流疏导工作。 （4）线路通过泥石流地区时，应作好方案比较。线路在泥石流沟的沟口(洪积扇顶部)通过时，与泥石流的遭遇范围最小，且该处一般有较固定的河床，冲淤变化缓慢，桥渡工程量小，对线路安全威胁较小，是线路选址优先考虑的方案。在洪积扇中部通过是线路最不理想的选址方案。因为，这里沟床迁移变动不定，泥砂石块淤积严重，危害较大，线路通过时所需花费的代价也一定较大，应尽量不予考虑。洪积扇的下部边缘地段冲淤危害较中部为轻，在顶部通过方案难以实现时，可考虑此方案。另外在流通区的上游布设线路，采用隧道方案穿过泥石流形成区，也是一个可供选择的方案。对于泥石流分布集中，规模较大、发生频繁和危害严重、整治困难的地段，前述方案均不可取时，可采取绕线、改线方案。如成昆线，为避开东川地区的严重泥石流，放弃了走小江的中线方案；成昆线在泥石流频发的海螺沟，改走龙川河左岸进行绕避。
（5）隧道与明洞遭遇泥石流沟谷时，两端洞口位置一定要选择好。在平面上，洞口首先要避开形成泥石流的松散坍滑体和泥石流沟可能漫流改道的范围；在立面上，要充分考虑泥石流沟床的淤积上涨，为洞口顶上泥石流沟排导堤的加高留有足够的宽度，防止泥石流漫溢改道进入隧道。否则，所造成的病害将比一般病害更难以处理。洞体应设置在泥石流流域的崩塌、滑坡危及不到的岩体中。泥石流地区的路基绝对禁用挖方，最好选用路堤式的填方路基。 （6）稳固山坡岩土体，减少固体风化物质补给量是整治泥石流的重要措施之一，具体措施有植被防护和工程防护两种。植被防护（植树造林、种植草皮）不仅能加固土壤、抵抗风化、减缓地面径流、防止水土流失，还可在一定范围内气候状况，也是我国目前正在加紧实施的一项环境综合治理基本国策。工程措施包括：在山坡上做截水沟、分洪沟等，减少水流对山坡的冲刷；封固风化坡面、填充冲沟，消除固体物质供给源；支档锚固、排水泄水，确保边坡不产生滑动或崩塌。 （7）在泥石流发生的主沟和支沟的适当地点（一般多在中游流通区）设置一级或多级拦挡构筑物（拦沙坝、拦石坝、溢流坝等）将泥石流的一部分或全部拦截在流通区以上；设置急流槽、渡槽、导流堤、丁坝等构筑物顺利排泄泥石流。
泥石流的防治是一项艰难而持久的工作，根据被整治对象的具体情况，考虑泥石流的形成条件、具体特征、发生危害规模及其类型差别等多种因素，因地制宜地选用上述防治措施中的几项或多项措施，对泥石流进行综合治理，才能够有效防治泥石流造成的工程危害。
第五节 岩溶和土洞 一、岩溶的基本概念 在漫长的地质历史时期内，水溶性的碳酸盐类岩石（主要是石灰岩、白云岩）长期遭遇地表水和地下水而发生的以溶蚀为主的地质作用或由此产生的地质作用现象统称为岩溶。岩溶现象在国外又被称为喀斯特现象。原南斯拉夫与意大利交界处的狄纳尔里克山西北部的一处高原名为喀斯特高原，那里是石灰岩区域，发育着各种奇特的溶蚀和侵蚀作用所形成的地形地貌，喀斯特一词即得名于此并为国际所通用。1966年2月我国第二次喀斯特学术会议确定将其更名为岩溶。 常见的岩溶现象有溶洞、溶槽、溶沟、孤峰、石林、天生桥、漏斗、落水洞、暗河、钟乳石、石柱、石芽、石笋等。 我国的碳酸盐类岩石分布面积很广，出露地表的面积就有120多万平方公里，被埋覆于地下的面积更大，主要分布在云贵高原、广西、广东丘陵地带、四川盆地边远、湖南湖北西部以及山西、山东、河北的山地和丘陵地带。图8-8为李尚宽绘制的岩溶地貌示意块体图。其中：Ⅰ—岩溶侵蚀面；Ⅱ—溶沟、溶槽等地表溶隙发育区；Ⅲ—地表强烈溶蚀区；Ⅳ—石林丘陵区；Ⅴ—峰丛洼地；Ⅵ—峰林谷地；Ⅶ—孤峰平原区；Ⅷ—残丘平原区；Ⅸ—溶蚀沉积平原；10—裂隙；11—溶沟；12—溶蚀漏斗；13—地表溶洞；14—溶蚀洼地；
15—盲谷；16—干河谷，17—溶蚀峡谷，18—坡立谷；19—地表石芽；20—半棵石芽；21—溶柱；22—峰丛；23—峰林；24—孤峰；25—残丘；26—天生桥；27—泉华阶地；28—河流阶地；29—落水洞；30—溶蚀竖井；31—地下溶洞；32—地下廊道；33—洞厅；34—钟乳石；35—石笋；36—石柱；37—石幕；38—石盘；39—洞内阶地；40—埋藏石芽，41—溶沟暂时流水；42—地表常年河；43—地表间歇河；44—伏流；45—喷泉；46—山麓泉；47—泉口湿草地；48—湖底泉；49—溶斗湖；50—断陷湖；51—地下河出口；52—岩溶裂隙水和层间水；53—滴流；54—地下河；55—地下瀑布；56—地下湖；57—隔水层；58—洞穴化石；59—洞穴砂矿；60—油气苗等矿产露头。 图8-8 岩溶地貌示意块体图（据李尚宽绘）
有关岩溶产生的微观机理已在风化作用一章中作了介绍。岩溶的产生和发育破坏了岩体原有的完整性，降低了岩体本身的强度、增大了岩体透水性及含水性，往往会对工程建设及建设工程的使用造成许多不利影响甚至重大灾害。例如在俄罗斯捷尔仕斯克市，有300km2的面积内共有3000个岩溶漏斗。自1935至1959年，在那里发生了54次岩溶坍陷。其中一个最大的坍陷坑直径近90m，深约28m。地表坍陷引起了许多建(构)筑物发生变形和破坏；在我国黔昆铁路某隧道施工中，曾遇到一个长80～lOOm，宽15～30m，高10～20m的溶洞，因无法进行适当处理而被迫将隧道改线；岩溶还常常给矿山开采带来很大的危害，1956年江西省某矿山在一个斜井的爆破掘进过程中揭穿了一个岩溶溶洞，超过1000m3的岩溶水突然涌入斜井，并造成了重大的人身死亡事故；岩溶地区的公路、铁路线路常因岩溶的存在而发生路基塌陷事故，对交通安全构成极大隐患。 二、岩溶的形成条件 岩溶地形是在一定的条件下天然发育而成的一种奇特的自然地貌景观，对大量岩溶发育地区进行分析、统计和研究后发现，岩溶地貌的形成必须具备四个基本条件，缺少其中的任何一个条件，岩溶地貌都不可能形成。
1．可溶性的岩石 地下和地表水对岩体产生溶蚀溶解的前提是构成岩体的岩石是水溶性的，可溶性岩石的存在是某个地区形成岩溶地貌的自身必备物质基础。 自然界中的水溶性岩石主要有石灰岩、白云岩、石膏和岩盐等。在这几种可溶性岩石中，以岩盐的溶解度为最大，石膏次之，石灰岩和白云岩的最小。但是就分布面积来看，石灰岩和白云岩的分布极为广泛，而石膏和岩盐则极小，岩溶主要也分布在石灰岩和白云岩地层中。因此，一般情况下岩溶主要是指由石灰岩和白云岩构成的地层中的发育的岩溶。资料分析表明，石灰岩中的杂质对其溶解性有着和大影响，岩质愈纯（或含量愈高）溶解性愈强，岩溶也就愈容易形成。 2．具有溶解能力的水 “具有溶解能力的水”的存在，是导致岩溶现象发生的外部原因，没有水对岩石的长期溶解溶蚀，岩溶现象当然也不会出现。试验研究发现，纯净的水对石灰岩地层的溶解溶蚀能力是极其有限的，但是当水中的等酸性物质含量提高时，其对碳酸类岩石的溶蚀性就明显增大。这一点从碳酸钙溶于水的化学反应过程不难看出：
水中的主要来自于土壤和大气。大气中含有大量的，地表的土壤受动植物活动的影响也含有一定量的，水与大气接触或在土壤中流动时，其中的一部分就会溶入水中，形成对碳酸类岩石“具有溶解能力的水”。水中的含量愈高，对碳酸类岩石的溶蚀性就愈强。地下水对岩石产生溶解溶蚀的同时，会不断消耗，水的溶蚀性就会减弱，因此地下水的溶蚀性会随着深度的增加而减小。另外必须指出，水中的含量会随着压力的增大而增加。 3．岩石的透水性 岩石具有透水性是岩溶向地壳内部发育的必要条件。如果可溶性岩石不透水，岩溶作用只能在地表发生，岩溶地貌中的落水洞、溶蚀竖井、地下溶洞、地下廊道、洞厅、钟乳石、石笋、石柱、石幕、石盘、洞内阶地、埋藏石芽等地下岩溶现象就不会产生，地表岩溶现象也将大幅度减弱，其中的地表石芽、石林等地表岩溶地貌也会大量消失，工程中也只需要考虑如何防止地表水对可溶性岩石的局部冲蚀，其它岩溶灾害将不复存在。例如石膏和岩盐的溶解度远大于碳酸类岩石，但由于这类岩石中的裂隙一般较少，透水性差，
因此其中的岩溶现象相比石灰岩区域反而十分微弱。碳酸盐中的孔隙非常少，岩石的透水性主要取决于其裂隙性，褶皱轴部、断层附近、构造复杂地带等裂隙发育区，也是岩溶发育相对强烈的区域。 还必须指出，碳酸盐的溶解速度是非常缓慢的，我国即使在岩溶作用最为强烈的广西中部地区，水对岩石的溶蚀速度也仅有12～30mm/百年。目前存在于地球上的岩溶形态和景观乃是漫长地质历史时期中的岩溶作用结果。 4．水的运动 水的运动是岩溶不断发育、发展的根本保证。在水流长期运动过程中，岩体裂隙周围的岩石被溶解溶蚀，裂隙发育成溶隙，并不断扩大，裂隙的扩大为水流的运动提供了更大的空间，增大了流水和岩石的接触面积，进一步加强了对岩石的溶解溶蚀作用。运动空间的增大使运动水量的增加成为可能，运动水量的增加不仅会加速流水对岩石的溶解溶蚀作用，而且会增大水流对周围岩石的机械冲蚀能力，促使岩溶的发展并最终形成各种岩溶地貌单元。 三、影响岩溶发生、发展的主要因素 影响岩溶发生、发展的因素很多，但其中最主要的有以下几种：
1．地层岩性及可溶性岩层厚度 地层岩性和岩溶的发育速度直接相关，岩盐的溶解溶蚀速度大于硫酸盐的石膏，石膏的大于碳酸类岩石；碳酸类岩石中质地纯的大于含杂质量大的。可溶性岩层的厚度越厚，岩溶发育得越强烈、发展的规模愈大。 2．地质构造和岩石的微观构造 地质构造会严重影响岩体的裂隙性和岩体中的裂隙分布，因而会影响到岩溶的发生和发展。岩石的微观构造也会影响岩溶的发展速度，颗粒结晶愈大，水对岩石的溶蚀和冲蚀速度愈快。 3．新构造运动 地壳强烈上升的地区，岩溶发育以垂直方向为主；地壳运动相对稳定的地区，岩溶发育以水平方向为主；地壳下降的区域，原来垂直发育为主的岩溶会改变为以水平方向发育为主的岩溶。 4．地形地貌 在地形陡峻、地表径流大的地区，各种地表岩溶形态丰富、密集，地下岩溶形态不发育；而在地形相对平缓，地下水运动活跃的地区，地下岩溶形态则较为发育。
5．气候条件 地区气候条件直接决定着该地区地表水和地下水的补给量，而地表水、地下水的流量和运动情况则流量关系着岩溶的发育发展速度。在气候湿润、多雨的都区，地表水和地下水充沛，岩溶易发育、发展。 四、岩溶的类型 岩溶的类型划分方法有多种，各种方法都采用不同的依据来进行类别划分。岩溶的类型划分主要有： 1．按埋藏条件分类 按可溶性岩石的埋藏条件可将岩溶划分为裸露型岩溶、覆盖型岩溶和埋藏型岩溶。从工程角度出发，这种类别划分结果与工程建设的关系更为密切，因为岩溶的埋藏条件与建筑工程场地的适宜性和稳定性直接相关。 裸露型岩溶的可溶性岩石基本上都出露地表，仅有零星的小片为洼地所覆盖。各种地表和地下的岩溶形态均较为发育，地下水和地表水直接相连、相互转化，地下水位变化幅度大，岩溶形成的地下空洞也大，对工程的危害极大。我国大部分岩溶均属此类。覆盖型岩溶的可溶性岩石表面大部分为第四纪沉积物所覆盖。其中覆盖厚度小于30m的为浅覆盖型岩溶。当覆盖层较薄时，石芽、石针等常出露于地表；当覆盖层较厚时，由于下伏基岩中发育有各种岩溶空洞，
地表的覆盖层中也常发育有各种空洞、漏斗、洼地和浅水塘，也是一种对工程危害较大的岩溶类型。埋藏型岩溶的可溶岩大面积埋藏于不溶性基岩之下，岩溶发育在地下深处，在地下千余米的奥陶纪灰岩中也有发育，岩溶形态以溶孔、溶隙为主，也有规模较大的溶洞存在。一般而言，埋藏型岩溶对地面工程的危害不大，但对采矿工程却有较大危害，井下洞室或巷道若遭遇岩溶水，就会发生淹井等严重透水事故。 2．按区域气候状况分类 按区域气候状况可将岩溶分为热带岩溶、亚热带岩溶、温带岩溶、干旱地区岩溶和海岸岩溶。热带岩溶形成于气温高、湿度大、雨量充沛、植被茂密的湿热气候带地区，如早期发育在我国的云南、贵州、广西等地的岩溶即属此类型，大气降水常通过以消水点为中心的洼地潜入地下并形成地下河系。但现在这些地方的气候已经改变为亚热带气候。亚热带岩溶在我国主要发育在川、鄂、湘、皖一带，大致以秦岭、淮河为北界，岩溶地貌以丘陵洼地为典型特征。温带岩溶在我国主要分布在晋、冀、鲁、豫一带，由于这里气温较低、降雨量也少，故岩溶多发生在地层深部，而地表的岩溶形态则较为少见甚至没有。岩溶以干谷和岩溶泉为其特征。在我国的内蒙、新疆等干旱地区，年降雨量极少，年均降雨量在
300mm一下，有的局部地区则更少，这里植被稀少、气温变化大、地表岩石在温度作用下的机械（物理）风化严重，但岩溶发育则非常微弱，常见的岩溶形态仅为一些溶隙、溶沟和小型的岩溶漏斗。海岸岩溶除受气候带的影响之外，更多是受到海水水质、水温、海水面升降等因素的影响，岩溶作用也较为强烈。 此外，还有按形成时代、水文地质标志等进行的岩溶类别划分方法。 五、土洞的概念 土洞一般是特指存在于岩溶地区的可溶性岩层之上的第四纪覆盖层中的空洞。其形成和发生发展均与岩溶有关。受其下可溶性岩体中的岩溶洞隙影响，覆盖型岩溶之上的第四系松散堆积物或在地表水的冲蚀下顺着土体的裂隙向其下的溶洞、溶隙中排泄，在土体中形成冲蚀空洞；或由于其下存在较大的空穴而发生塌陷，形成塌陷洞穴。 六、岩溶和土洞的工程灾害防治 1．做好工程地质勘察工作 岩溶地区的岩土工程地质勘察重点是通过调查、研究和分析确定岩溶的类型；查明岩溶洞隙和土洞的发育条件、发展规律和趋势
和主要影响因素；查明岩溶洞隙和土洞的分布状况、发育规模、埋置深度、有无岩溶堆填物、堆填物的性状、地表水与地下水的水力关系、地下水特征和岩溶土洞的工程危害大小，给工程设计、施工和岩溶土洞灾害防治提供可靠的分析、治理依据。 2．建筑物场址或铁路公路线路尽量避开岩溶发育区 当岩溶发育强烈、治理困难或治理费用过高时，在建筑物场址或铁路公路线路选址时尽量避开岩溶发育地段。 3．避开或跨越 当场地大多数区域稳定，场地（线路）中仅存在个别溶洞或溶隙影响工程稳定性时可采用局部避开（避绕）或跨越的方法。例如建筑工程可通过调整柱距或设置梁板、桁架等来避开或跨越个别溶洞、溶隙；道路可通过局段绕线或架桥来避绕或跨越个别溶洞或溶隙。 4．清、爆、挖、填 对于埋深不大的浅层或薄顶岩溶洞体，可采用清、爆、挖、填的方法进行处理，即清开表层覆盖浮土、爆裂溶洞薄顶、挖出洞内淤积软土或烂泥、用块石、碎石、砂、粘土等分层回填夯实，或用毛石混凝土砌筑填实。有时还可视具体情况通过设置柱体、桩体等穿越空洞，将上部结构荷载传递给下部完整稳定的岩体。
5．灌浆、冲填 对于埋深较大，空间有限的岩溶裂隙或洞穴，可通过灌浆的方法或冲填的方法对裂隙或洞穴进行充填处理。 6．支顶或加固洞体 当岩溶洞体过大，但顶板及围岩较为稳定时可采用支顶的办法或加固洞体围岩的办法来保证洞体不产生垮塌，并进而保证其上的工程建设设施或道路的安全。 7．水工建构筑物的岩溶灾害防治 对水工建构筑物而言，岩溶灾害主要体现在渗漏和塌陷两个方面，其相应的处理措施主要有设置铺盖、截水墙、防水帷幕、堵塞、导排等。 七、黄土地区的土洞和陷穴 黄土陷穴的产生是地下水不断对黄土进行潜蚀的结果，也与黄土自身特性有着密不可分的关系。潜蚀作用是与地下水活动有着十分密切的关系。黄土是一种质地疏松、具有大量大孔隙、竖向裂隙发育的土，通常具有湿陷性甚至自重湿陷性，还含有大量可溶性胶结物质。因此地下水较易在黄土中发生渗流。渗流水将其中的一部分可溶性物质溶化、带走，致使黄土的微观结构强度降低。当渗透水流的水力梯度较大时，水流会进一步将黄土的粉粒、粘
粒带走，这样就会扩大黄土的裂隙或毛细孔隙，使之发育成为管状孔道。发生渗透的水流断面扩大后，渗透水流流速加快，更加提高了水流的侵蚀和搬运作用。并最终在黄土内部形成空洞，这种空洞在工程上也被形象地称为“黄土喀斯特”。一旦在土体内部产生的空洞体积不断扩大，上覆黄土就有可能在一些因素影响下发生垮塌，在地表形成陷穴。 黄土陷穴的产生与地形有很大的关系。并不是所有地区的黄土地层中均发育有黄土陷穴，其分布具有一定的规律性，陷穴一般形成于地形起伏变化较大处，特别是由缓坡突然转为陡坡的地段。黄土陷穴分布具有如下规律： (1)地貌上的分布规律：在河谷阶地边缘及黄土塬、梁、峁周围的冲沟两岸以及沟床中常发育有黄土陷穴。阶地高差越大陷穴越深。例如在渭河、泾河、洛河等高阶阶地边缘及冲沟两岸陷穴发育较为广泛，一般深5～10米。 (2)地层层位上的分布规律：黄土陷穴易产生在疏松黄土层中，主要分布在近代黄土及马兰黄土中，离石黄土上部也偶见分布，而下部离石黄土及午城黄土由于形成时代较早，土质密实，钙质夹层多，裂隙多为钙质结核所充填，而使陷穴的发育受到极大限制。
黄土陷穴发育地带具有如下地貌特征： （1）黄土碟状凹地：边缘稍陡的碟形凹地，直径可达数十米，呈椭圆或圆形，多分布在地势平坦的易积水凹地中。 （2）漏斗状陷穴：直径数十米至十几米，多分布在沟脑及沟岸处。 （3）圆筒状陷穴：陷穴为圆筒状，穴壁陡峭，直径可达数米，深5～10m，最深可达20m。此种陷穴初期穴壁完整；后期穴壁倒塌，底部堵塞。多分布在阶地边缘和坡度突变地带。 （4）串珠状陷穴：整个陷穴呈直线分布，穴地为潜流暗洞，潜流出口多在陡坡底部，系由漏斗状，圆筒状陷穴进一步发展而成。 （5）黄土天桥：为串珠状陷穴进一步发展而成。
图8-9 黄土中的串珠状陷穴和天桥
黄土陷穴发生发展的主要原因是地下水潜蚀的结果，所以防治黄土陷穴首先要做好建筑物附近的地面排水工程，隔断流向建筑场地的地下水。此外对已有的陷穴，目前采用的有灌砂、灌浆及开挖回填夯实等几种处理方法。其中开挖回填夯实效果最好，采用地也最为普遍。 不良地质作用和地质灾害还包括采空区、地面沉降、活动断裂、场地和地基的地震效应及地震灾害等。本书限于篇幅，不再一一而论。 思 考 题 8-1 何谓边坡？区分天然边坡和人工边坡的概念差别。 8-2 边坡的变形和破坏方式有哪些？ 8-3 掌握滑坡、崩塌、泥石流和岩溶土洞的概念。 8-4 简述滑坡的主要形态特征。 8-5 简述泥石流的主要特征。 8-6 简述岩溶和“黄土喀斯塔”的成因差别。 8-7 主要的岩溶形态有哪些？
习 题 8-1 简述滑坡的主要分类方法和分类结果。 8-2 滑坡的形成条件有哪些？ 8-3 简述滑坡的防治和治理方法。 8-4 简述崩塌的形成条件。 8-5 如何防止崩塌的发生、如何防治崩塌灾害？ 8-6 简述泥石流的形成条件。 8-7简述泥石流的分类方法和分类结果。 8-9如何防治泥石流灾害？ 8-10 简述岩溶的形成条件。 8-11 影响岩溶发生、发展的主要因素有哪些？ 8-12 简述岩溶的分类方法和分类结果。 8-13 简述岩溶和土洞的工程防治。