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公路边坡病害对气象条件的响应 1 边坡主要病害 随着社会经济的快速发展，工业化和城市化进程的加快，世界生态环境的破坏和恶化日益突出。近200年来, 在人类活动对地球环境空前影响的同时, 也使气候系统面临失衡的危险。20世纪80年代以来, 全球气候显著变暖, 极端天气气候事件的发生频率显著增加, 强度显著增强, 气象灾害造成的生命财产损失越来越严重; 气候变化给生态、 环境、 经济和社会等带来的重大负面影响, 已引起各国政府和公众的普遍关注。高速公路的边坡是公路的重要组成部分, 它包括公路的路堤边坡及公路两旁的路堑边坡。坚实稳定的边坡可以保障路基稳定, 排水系统畅通, 路面系统完好和道路的安全运营。但是气象状况的变化会对边坡稳定性产生重要影响, 导致边坡滑坡或崩塌等病害发生。例如在连续几场大雨过后, 一些边坡会滑动、 崩塌和冲刷。此外, 干旱、 冻胀和高温的循环作用等也会引发和加速边坡病害的发生。“十个边坡九个水”形象地说明了边坡稳定性与地下水的活动关系。 气象灾害对公路边坡的影响是多方面的, 降雨强度、 降雨量、 降雨历时等都可能影响边坡的稳定性。公路边坡常见病害有剥落、 冲蚀、 泥流、 坍塌, 严重时造成边坡失稳出现滑坡。根据罗缵锦等和张少宏等的分析, 由于黄土高原地区高速公路路堤式和路堑式边坡坡度大多介于33.7°~73.3°之间, 因黄土土质松疏, 垂直节理, 干燥时尚相当坚实, 但一遇雨水浸泡, 极易发生水土流失, 而水土流失与暴雨和持续性降水关系密切。因此在黄土高原地区强降水(中雨、 大雨和暴雨)和持续性降水更容易造成公路土体强度的降低而形成边坡病害; 太阳辐射、 风力侵蚀以及温、 湿度的突变也会造成边坡病害。 平定高速公路由东西两段组成, 东段起于平凉市泾川县的罗汉洞, 经泾川、 嵋岘、 崆峒区, 止于甘宁界的沿川子, 西段起于宁甘界静宁县司桥, 经静宁、 太平店、 会宁、 西巩驿, 止于定西市安定区的十八里铺。处于水土流失严重和地质灾害频发的黄土高原地区, 经过地区大多为黄土沟壑、 峁梁、 丘陵地带, 高速公路建设中经常会遇到高路堤和深路堑路段。沿线又有泾河、 响河、 祖河、 祖厉河等河流穿过, 自然地理和气候条件特殊, 干旱、 冰雹、 局地暴雨等重大气象灾害及由此引发的山洪、 泥石流等自然灾害时有发生, 对当地人民生命财产构成严重威胁。 有关黄土高原地区的气候特征, 气象工作者已做了大量研究[6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16], 但针对平定沿线区域气候变化的研究还不多见。为了顺利执行“气象灾害对平定高速公路边坡的影响及防治技术研究”项目, 课题组首先收集了平定沿线气象台站资料, 分析了平定沿线不同路段近40年的气候变化特征, 以期为平定沿线进一步开展边坡土体与大气相互作用加强观测和最终在不同路段实施的边坡防护措施提供借鉴。 2 日降水和712月气温 选取平定沿线定西、 会宁、 通渭、 平凉、 泾川、 西峰6个测站1971\_2006年4~10月的逐日降水和1~12月气温资料; 1971\_2003年1~12月白银、 固原、 静宁3个测站的月平均气温和4~10月降水资料。对可能影响平定沿线边坡稳定性的主要因子, 如夏\, 秋季的强降水(中雨、 大雨和暴雨)和持续性降水, 以及冬季浅层土壤的反复冻融过程进行重点分析。 3 结果分析 3.1 沿线降水的时空分布 3.1.1 年降水、月降雨特征 图1为平定沿线区域多年平均降水量分布。由图可见, 平定沿线地区多年平均降水量的分布趋势为东多西少, 南多北少, 由东南向西北明显递减。在未仔细考虑山区地形降水的情况下, 从东面的西 峰年降水量538 mm到西面的白银降水量急剧降至200 mm左右, 降幅达338 mm。很明显, 平定沿线东西段年降雨量差异很大。钱正安等指出, 在更大范围的多年平均雨量图上, 平定沿线正好处于青藏高原东北侧明显南伸的“V”形干谷轴线白银-定西-武山-武都一线的东北侧。可见, 平定沿线降水自西向东明显增加, 特别是六盘山以东, 而雨量的南北向差异不大。故依据项目研究和边坡防护需要, 我们把400 mm等值线以西路段定为较干区域, 以东路段定为较湿润区域。 气象学中规定, 当日雨量10 mm时为小雨; 介于10~25 mm之间为中雨, 25~50 mm为大雨, 50 mm以上为暴雨。由于黄土高原的土质松散, 较小强度的降水也足以对公路边坡造成危害, 因此我们分别统计了沿线各站每年中雨以上不同等级(中雨、 大雨及暴雨)的总降水日数。图2为平定沿线多年平均中雨雨量日数分布。从图中可以看出, 多年平均中雨雨量日数分布和平均年降水量等值线的走向大体相一致, 也是东西差异特别明显, 从东到西依次减少。东端的泾川每年中雨日数平均为11.8