作者：黃德志 古黃玲 辛宇佳 單位：中南大學地球科學與信息物理學院

地質災害主要類型

地質災害按致災地質作用的性質可劃分為很多類型，其中危害性十分突出的主要有：（1）地殼活動造成的災害，如地震、火山噴發；（2）淺層次地質變形造成的地質災害，如地面塌陷、地面沉降及地裂縫；（3）地質塊體失穩帶來的地質災害，如崩塌與滑坡、泥石流；（4）礦山開采造成的綜合地質災害，如洞井塌方、突水、瓦斯爆炸、水土污染等；（5）土地退化帶來的地質災害，如沙漠化、水土流失；（6）河、湖、水庫水體作用下地質災害，如塌岸、淤積、滲漏、浸沒、潰決等；（7）海洋地質災害，如海平面升降、海水入侵、海崖侵蝕、海港淤積、風暴潮、水下滑坡、潮流沙壩等。按照造成地質災害的地質應力類型又可分為：內應力地質作用造成的地質災害，如地震、火山噴發等；外應力地質作用造成的地質災害，如崩塌與滑坡、泥石流等。上述地質災害的分類可理解為學術上分類，這種學術分類，不同學者或基于不同出發點，可能不盡相同。但根據地質災害的誘發源，即與人類活動的關系，地質災害只能分為由自然地質作用引起的自然（原生）地質災害及人為（次生）地質災害。在上述按致災地質作用的性質劃分的類型中，各種類型都有可能是人類生產和社會活動導致的人為（次生）地質災害。人為地質災害主要起因于人類活動改變了地球，包括地表及其以下的巖石圈（主要是地殼巖石圈）的物理結構和化學環境的改變以及兩者的聯合作用。

地殼結構破壞與巖石破裂

巖石破裂基本機理很多次生地質災害與人類活動致使地質體或巖石破裂相關，巖石破裂的根本原因是巖石所受附加應力超過了其所能承受極限。以剪破裂為例，當巖石所受的剪應力超過了其抗剪強度時，巖石就會發生剪破裂。圖1為材料剪破裂時的庫倫剪破裂示意圖，圓C代表材料內（地質上即為巖石內）某點的應力莫爾圓，線FP和FP′為某種巖石的庫倫剪破裂線，隨著σn的逐漸增大，圓C達到如圖所示與剪破裂線FP和FP′相切，P及P′點既代表巖石內某點一個特定方向切面上的應力狀態，又在剪破裂線上，即滿足巖石剪破裂條件，此時巖石發生剪破裂。對于張破裂，巖石破裂的基本機理與剪破裂相似，當巖石所受的張應力超過巖石的抗張強度時，巖石就會發生張破裂。因此，巖石破裂的基本機理就是巖石內積累的地應力超過了其臨界值。

巖石結構破壞與地應力集中由巖石破裂機理知道，當巖石內應力積累到一定程度而達到巖石的抗剪或抗張強度時，巖石就會發生破裂。受力物體的應力分布狀況不僅隨外力的性質、大小和方向以及截面方位的不同而變化，還同物體本身的結構有關。材料力學研究表明，如果物體內部存在空洞、微裂隙或截面方位發生急劇改變時，則會造成應力的局部劇增，這種現象稱為應力集中，受力物體往往在應力集中處首先開始破壞。材料力學研究中，通常以應力集中系數σk表示應力集中的程度。圖2示意材料內一圓孔附近的應力集中現象，其最大應力σmax與該方向上的主應力σ（或平均主應力）之比為σk（即σk=σmax/σ），這就是材料結構缺陷產生的應力集中現象。地殼中的巖石并非完整無缺的，在外力作用下，其內部某些部位極易產生應力集中現象，巖石內部若有早期的裂隙和斷裂存在，受力后，就會在裂隙的端點（圖3）、斷裂的端點、拐點、尖滅點、交匯點、分叉點或弧形轉折拐角的外側等部位出現應力集中現象。若外力不斷增加，應力集中也隨之增強，最后可導致材料首先在應力集中處破壞。由于地殼無時無刻不在變動，因此地殼內的應力集中也由小到大，當其積累到超過巖石所能承受的限度時，就會使那一部分巖石產生破裂而釋放出大量能量，地震往往由此產生。人類社會生產活動，如礦山開采、道路、橋梁和水庫等修建、城市建筑等，都有可能在巖石中產生新的裂隙，由此就有可能導致應力集中，從而誘發地質災害。

礦山開采和道路建設過程中人為造成地殼結構破壞與誘發地質災害

人類社會生產活動造成的地質災害類型很多，其中與人為造成地殼結構破壞相關的最突出地質災害包括如下幾個方面。

礦山開采造成地殼（或地質體）結構破壞的人為地質災害礦山地質災害是地質災害的一個分支，是人類開采礦山而直接誘發的人為地質災害。我國是采礦大國，開采技術和設備相對落后，導致礦山開采環境不斷惡化。近年來，冒頂、地表塌陷、礦坑突水等重大地質災害發生頻率明顯上升[1]。礦山開采造成的地質災害包括：地下型——由采礦或抽水引起的誘發構造型地震或巖爆；地表型——主要表現為由地下開采引起的地表沉陷和山體失穩；地上型——廢礦石堆放引起的滑坡、泥石流及環境污染。在這些礦山開采造成的人為地質災害中，構造型地震、巖爆、滑坡及地面沉降與地質體結構人為破壞而產生地應力變化直接相關。實際上，誘發構造型地震只是天然構造地震的特殊表現形式，應力積累和斷層的產生同樣可用上述的庫倫剪破裂準則解釋。已有研究表明，礦區構造地震多與誘發的逆斷層有關[2]，根據Anderson斷裂模式[3]，逆斷層的應力狀態是最大主應力σ1水平、最小主應力σ3直立，由于地下采掘導致垂向上σ3明顯減小，從而使得差應力σ1-σ3增大，應力莫爾圓直徑增大，斷裂更易發生。巖爆的發生也與開采造成地質體結構破壞而產生應力集中有關，由于開挖的坑道導致地應力分異，圍巖應力發生集中，在應力作用下產生破裂。礦區大多崩塌、滑坡及地面沉降起因于地質體的結構破壞而導致地應力狀態改變，從而打破地應力狀態平衡。因此，減少礦山人為地質災害，除了保證盡量地合理開采外，還可人為的對破壞的地質體進行復原和補修，例如，采礦過程中及時回填采空區，實施復田及人工地殼和地質體結構的盡量恢復，對減少礦區人為地質災害可起到一定的作用。

交通建設造成地質體結構破壞誘發的人為地質災害交通建設包括公路、鐵路、橋梁及隧道等建設，在各類工程建設中，公路是遇到地質災害危害程度最嚴重的工程建筑之一[4]。影響交通工程中地質體穩定的因素眾多，包括地形地貌、地層巖性、地質構造、水文地質特征、第四系地質特征及氣候條件等。交通建設過程造成的人為地質災害嚴重，主要表現為由地質體結構破壞造成地應力狀態改變而導致的人為地質災害十分顯著，如崩塌、滑坡、泥石流、巖溶等地質災害。大量的研究表明，現在發生的各類地質災害約有50%與人類活動有關，公路地質災害70%以上，而公路滑坡85%以上是由于公路路線走向不合理，工程設計不合理和公路建設過程中施工方案不當等因素所造成或誘發的[5]。從地質角度看，地層的巖性及破碎程度及構造的發育程度對地質災害的影響至關重要。地質歷史過程形成的地層及構造特征已無可改變，但人為控制和減少交通建設過程因天然地質因素而造成的地質災害的可能性仍有可能，主要依靠早期的地質勘察與防范，包括施工前進行詳細的工程地質勘察、細致的工程地質和水文地質條件研究、客觀科學及全面的巖石力學實驗等，這對可能情況下的道路線路的科學設計和地質災害的預判及提前預防都有著重要指導價值。例如，在斷裂發育區，盡可能避開重要斷裂及構造破碎帶，尤其是斷層角礫巖膠結程度較低的構造破碎帶；在單斜巖層區，盡可能選取地面坡向與地層傾向相反的山坡，由此可以降低和控制因道路開鑿而誘發的滑坡。交通建設中人為地質災害十分顯著，其基本原因是施工使得原始地殼或巖石的結構遭到破壞，其破壞及對地質災害影響程度，一方面取決于巖石原始的地層及構造，另一方面也與上述的早期詳細工程地質勘探和合理的路線選取有關。例如，隧道的開挖打破了山體原有的地應力平衡，改變了山體的水文地質條件，如果隧道位置選擇不好，設計不合理，便會產生巖爆、冒頂坍方、地面沉陷等地質災害。與此同時，人為地質災害亦與施工過程有著一定關系，這就需要采取科學合理的施工方法，降低對原始巖石的結構破壞，盡可能避免大型爆破施工，以免產生新的破裂和局部地應力集中。