地质灾害及其防治技术

地质灾害及其防治技术我国山地丘陵区占国土总面积的69%，地质构造复杂、地形起伏度大，叠加极端强降雨、地震扰动、高强度工程活动等多重影响，是世界上地质灾害发育程度最高、受威胁人口最多、防治压力最大的国家之一。根据自然资源部2024年发布的《2023年全国地质灾害防治通报》，2023年全国共发生各类地质灾害3689起，其中滑坡占比61.2%、崩塌占比23.7%、泥石流占比8.9%、地面塌陷占比4.8%，地裂缝与地面沉降合计占比1.4%，灾害共造成直接经济损失13.2亿元，因灾死亡失踪90人，与近5年同期均值相比，灾害发生起数、因灾死亡失踪人数分别下降38.7%和62.1%，但受极端天气频次增加、高海拔山区灾害活跃度上升等因素影响，全国地质灾害防治仍面临“隐患点多面广、隐蔽性强、突发性高、链式效应显著”的挑战。从灾种特征看，滑坡是我国分布最广、发生频次最高的地质灾害，其中厚度小于10米的浅层土质滑坡占全国滑坡总量的85%以上，这类滑坡多由短历时强降雨触发，具有“大雨大滑、小雨小滑”的特点，滑动面多位于岩土分界面或土壤层内部，滑动速度从每小时数毫米到每秒数米不等，在强降雨触发下可在数十分钟内完成失稳滑动。崩塌多发生在坡度大于60度的高陡边坡，岩土体在重力作用下突然脱离母体崩落、滚动，运动速度可达每秒30米以上，预警窗口期极短，高位崩塌形成的碎屑流可运动数公里，破坏力极强，2022年贵州毕节“1·3”高位岩溶崩塌，就是岩体在长期溶蚀、冻融作用下结构破碎，失稳后运动距离达1.2公里，造成了重大人员伤亡。泥石流是山区沟谷中由暴雨、冰湖溃决触发的含大量泥沙石块的特殊洪流，流体容重可达1.2-2.3吨/立方米，流速每秒5-20米，冲毁力是普通洪水的10倍以上，单沟一次冲出量可达数百万立方米，西藏川藏公路沿线、甘肃白龙江流域、云南小江流域是我国泥石流最集中的高发区。地面沉降、地裂缝、地面塌陷属于缓变与突发结合的地质灾害，根据自然资源部2023年全国地面沉降监测报告，全国累计地面沉降量超过200毫米的区域面积达7.9万平方公里，主要集中在华北平原、长三角、汾渭盆地三大区域，核心诱因是长期超采地下水；地面塌陷中岩溶塌陷占83%、采空塌陷占15%，我国隐伏岩溶区分布面积达344万平方公里，当隐伏溶洞上方覆土层厚度小于10米时，地下水位波动、施工降水极易触发突发塌陷。从成灾驱动因素看，自然因素是地质灾害发育的基础条件，而极端天气、地震扰动、人类工程活动是最主要的触发因子。气象数据显示，近10年我国局地小时雨强超过50毫米的极端强降雨事件频次较上一个10年增加22%，降雨诱发的地质灾害占年度总灾数的90%以上，统计表明，当区域小时降雨量达到30毫米时，浅层滑坡发生概率较常时提升30倍；小时降雨量超过50毫米时，灾害发生概率提升300倍以上。地震对地质环境的扰动具有长期效应，2008年汶川地震触发近10万处地质灾害隐患，形成的松散堆积物总方量超过50亿立方米，根据成都理工大学地质灾害防治国家重点实验室连续15年的跟踪监测，汶川震中区域震后第12年的泥石流发生率仍为震前的7.2倍，震后地质灾害活跃期将持续15-20年。在高海拔的青藏高原及周边山区，年冻融循环次数可达150次以上，冻融作用导致岩体风化速率提升2-3倍，近5年该区域高位远程地质灾害发生频次较2000-2018年均值上升47%。人为活动方面，近5年人为因素诱发的地质灾害占年度总灾数的21%，其中山区切坡建房诱发的滑坡占人为诱发灾害的62%，矿山采空诱发的地面塌陷占人为塌陷总量的91%，公路铁路切坡、水利工程蓄水、地下空间开发等活动也会大幅提升周边地质灾害风险，三峡库区蓄水至175米后，库岸水位涨落带岩土体长期浸泡软化，累计发生库岸滑坡400余处。针对地质灾害的发育分布规律与成灾特征，我国已构建起“调查识别-监测预警-工程治理-生态协同-避险搬迁”的全链条防治技术体系，技术实用性、防控精准度逐年提升。调查识别是地质灾害防治的基础，截至2023年底，全国已完成1686个山地丘陵县的1:5万地质灾害风险调查，完成31.7万处已知隐患点的动态核销与更新，识别新增隐蔽隐患点7.2万处，目前已形成“空-天-地”一体化的隐患识别技术体系：空层依托高分三号、哨兵1号等合成孔径雷达卫星，采用时序InSAR技术识别毫米级地表形变，对缓变型滑坡、地面沉降的识别准确率可达87%，可有效覆盖高位、人迹罕至的隐蔽山区，识别效率较传统地面调查提升12倍；天层采用无人机机载LiDAR技术，可穿透植被冠层获取林下真实地形，识别精度达厘米级，能精准识别被植被覆盖的古滑坡堆积体、高位危岩体裂隙，对宽度5厘米以上的岩体裂隙识别率超过90%；地面层采用专业人员排查、手持终端上报、群测群防巡查相结合的方式，对坡体裂缝、泉水异动、房屋开裂等宏观前兆进行核查，形成三维立体的隐患识别网络。监测预警是实现“防未然”的核心手段，我国已建成覆盖国家-省-市-县四级的地质灾害监测预警平台，截至2023年底，共在2.8万处重点隐患点安装16.7万台（套）普适型监测设备，这类设备集成低功耗芯片、太阳能供电、物联网传输模块，单套成本仅为传统专业监测设备的1/5，静态位移监测精度达2-3毫米，数据采样频率最高1赫兹，可在-40℃到60℃的环境下稳定工作，续航能力达3年以上，主要监测降雨量、坡体位移、土壤含水率、孔隙水压力、泥位、泥石流次声等参数。针对泥石流灾害的次声监测技术，可捕捉泥石流运动产生的频率低于20赫兹的次声波，这类声波的传播速度比泥石流本身运动速度快8-10倍，可提前10-30分钟发出预警，监测距离达3-5公里，误报率低于15%。在预警模型方面，目前已从传统的单一降雨阈值预警，升级为“气象-水文-地质”多场耦合的机理预警，通过融合坡体形变数据、岩土体力学参数、实时降雨数据开展动态稳定性计算，预警准确率较单纯降雨阈值提升40%以上。2023年全国共通过监测预警成功避让地质灾害687起，转移受威胁群众2.6万人，其中普适型设备预警占比63%，群测群防员巡查发现前兆预警占比37%，群测群防体系共覆盖所有已知隐患点，在册群测群防员达32.7万名，是基层防灾的核心力量，例如2023年四川北川“7·16”滑坡发生前，监测设备捕捉到坡体位移速率从每日2毫米快速上升至每小时15毫米，当地自然资源部门联合群测群防员第一时间组织216名群众转移，滑坡发生后未造成人员伤亡。工程治理是降低隐患风险的直接手段，针对不同灾种已形成成熟的技术体系。滑坡治理坚持“以排为主、排挡结合”的原则：首先是截排水工程，由于90%以上的滑坡失稳与水作用有关——雨水入渗会使坡体容重增加10%-20%、滑带土抗剪强度降低30%-50%，抬升的孔隙水压力还会进一步削弱坡体稳定性，因此通过在滑坡后缘设置地表截水沟（按20年一遇暴雨标准设计，沟底纵坡不小于3‰）、在滑带位置设置深度50-80米的仰斜排水孔和地下排水隧洞，可有效排出坡体地下水，使滑坡稳定性系数提升0.15-0.25，治理成本仅为支挡结构的1/5-1/3；其次是支挡结构，针对厚度10-30米的中层滑坡，多采用截面1.5米×2米到3米×4米的抗滑桩，桩长30-50米，嵌入稳定基岩深度不小于桩长的1/3，依靠桩体抗剪强度抵抗滑坡推力；针对高陡岩质边坡，多采用锚索框架梁结构，单根锚索长40-60米，锚固段进入稳定地层长度不小于10米，设计抗拔力达1000-2000千牛，可实现边开挖边支护；针对厚度小于5米的浅层滑坡，多采用结构简单、施工便捷的重力式挡墙，依靠结构自重抵抗滑坡推力；对结构松散的厚层堆积体滑坡，可采用后缘削方减载、前缘压脚的方式调整坡体力学平衡，削方量一般不超过滑坡总方量的1/10，避免过度扰动坡体。崩塌治理针对危岩体特征采用差异化技术：对小体积散落危岩体采用人工或定向爆破清除；对大体积稳定性差的危岩体采用锚杆、锚索锚固；对落石多发的交通沿线边坡，采用能级5000千焦的被动防护网、顶部设置1-2米厚碎石缓冲层的钢筋混凝土棚洞进行防护，主动防护网系统抗拉强度可达150千牛/米，可覆盖坡面阻挡小型落石。泥石流治理采用“稳-拦-排”综合治理模式：在形成区修建3-5米高的谷坊群、营造水源涵养林，固定沟道松散物源，谷坊间距根据沟道纵坡设置为10-30米，可逐级降低沟道纵坡、减少沟床下切；在流通区修建重力式拦挡坝或格栅坝，格栅坝预留1-2米的格栅间距，可拦截大粒径石块、降低泥石流冲击力，建材用量较实体坝减少40%，拦砂周期延长2-3倍；在堆积区修建纵坡5%-15%的排导槽，将泥石流顺畅导排至安全区域，避免冲毁居民区、交通干线。地面沉降治理核心是控源，通过严格限制深层地下水开采、开展含水层人工回灌控制沉降速率，上海经60余年防控，中心城区年沉降速率从历史最高的110毫米降至目前的5毫米以内，为全国地面沉降防治提供了可复制经验；岩溶塌陷和采空塌陷治理主要采用高密度电法、地质雷达查明地下洞体分布，采用黏土、水泥浆注浆充填，施工过程中严格控制地下水位降深，避免渗透破坏。生态协同防治是当前地质灾害治理的重要发展方向，通过工程措施与生态修复结合，避免硬质工程破坏自然环境：对工程支护后的边坡采用厚层基材喷射技术，将植被种子、种植土、保水剂、黏合剂按比例混合后喷射在坡面上，喷层厚度10-15厘米，3个月后植被覆盖率可达80%以上，植物根系可深入土体30-50厘米，既提升坡体抗侵蚀能力，又恢复坡面生态；对泥石流流域实施封山育林、退耕还林，根据中科院成都山地所监测数据，当流域植被覆盖率超过60%时，坡面侵蚀量可减少75%，泥石流发生频率可降低70%以上；对治理难度大、风险等级极高的隐患点，实施避险搬迁，截至2023年底全国已累计完成地质灾害避险搬迁240余万户、860余万人，从根本上解除群众面临的灾害风险，搬迁后的旧宅基地同步实施生态修复，植被恢复率可达90%以上。当前我国地质灾害防治仍存在部分短板：极端强降雨、强震触发的高位远程链式灾害成灾机理尚未完全明确，岩崩-碎屑流-堵江-溃决洪水的链式过程预测难度大；普适型监测设备在高海拔低温、高湿度林区的信号传输、续航稳定性仍有提升空间；部分偏远山区预警信息传递“最后一公里”仍有堵点，基层防灾人员的专业识别能力有待加强。未来地质灾害防治技术将向智能化、绿色化、精细化方向发展：依托人工智能大模型实现多源遥感数据的自动解译，隐患识别效率较