新安函谷關遺址邊坡安全風險勘察研究

張宏志 李鑫

摘要：該文針對“絲綢之路”世界遺產-新安函谷關遺址的巖土工程勘察中的安全評估進行了分析闡述。在對巖土文物進行遺址概況、病害現場調查、病害成因分析等工作基礎上，評估作為遺產載體的邊坡安全性評估，以為保護傳承遺產價值提供安全保障。

關鍵詞：世界遺產、函谷關遺址 巖土勘察、邊坡、病害、安全風險

一、函谷關遺址概況

新安函谷關遺址位于河南省洛陽市新安縣城關鎮東關村，北距黃河60千米，西鄰鎮區，東距洛陽市區23千米。公元前114 年（西漢元鼎三年），西漢樓船將軍楊仆將原設在河南省靈寶市的秦函谷關移建于此，史稱漢函谷關。

漢函谷關是中國歷史上建置較早的具有重要軍事作用的重要關隘，也是對東西方文明交流有著重大意義的絲綢之路的第一關，距今已有兩千多年的歷史，對研究我國古代歷史、經濟、文化、軍事以及絲綢之路等方面都具有至關重要的作用，是一處非常珍貴的歷史文化遺存。2014年漢函谷關作為中國、哈薩克斯坦和吉爾吉斯斯坦三國聯合申遺的“絲綢之路：長安——天山廊道的路網項目的一處遺產點，成功入選世界遺產名錄。

漢函谷關遺址北依鳳凰山，南眺青龍山，西有奎樓山，東望八陡山；關東為澗河，皂澗河流經漢函古關南與澗河交匯。函谷關遺存主要包括東西向座落的關樓、南北兩側的夯土關墻和闕臺遺跡，以及關墻外向南北兩側延伸的長墻遺跡，關樓遺址東西兩側發現有總長約 400 米的古代道路遺跡，東側發現 1 處建筑基址。漢函谷關關樓遺址與南北兩側的夯土關墻遺跡呈“H”形連接，整體東西長約 270 米，南北寬約 80 米，兩座闕臺建筑基址 在其東側南北對峙，二者之間為通關古道路。南北兩側漢代長墻遺跡分別與兩闕臺遺址相連，南側墻體遺跡殘長 150米，殘寬 2-7米；北側墻體遺跡殘長 270米，殘寬 6-13米。

二、風險安全勘察

本項目不同于一般的巖土邊坡的保護，具有一定的工程特殊性，如邊坡作為絲綢之路世界遺產的載體，同時邊坡又作為隴海鐵路的路基存在，這就要求我們必須保障遺產載體的安全和盡可能最少干預。

1.勘察內容與標準

根據國家現行相關規范及招標文件要求，結合本項目遺產特點，制定本次勘察內容與標準如下：

（1）對函谷關遺址周邊環境進行不良地質作用調查與評價，并對場地的穩定性和適宜性做出評價。

（2）查明場地周邊環境現狀特點、地形地貌、地層結構、分布規律，對各巖土層的物理力學性質進行分析評價，對場地土均勻性、壓縮性等作出評價。并提供各土層的承載力特征值與滿足設計、施工所需的巖土參數。

（3）查明場地地下水的類型、埋藏條件及變化幅度。

（4）判定場地水、土的腐蝕性。

（5）提供場地抗震設防基本烈度，判明場地類別，進行抗震地段劃分，查明場地內有無液化地層并對液化可能性作出評價。

（6）對場地內南護坡病害情況進行調查，查明病害類別、規模、危害程度，并分析病害原因，繪制病害圖。

（7）評價場地內南邊坡的穩定性，并提出可行的治理措施與建議。

2.邊坡病害現狀特征

通過現場調查，采用地質災害方法對巖質坡面上的災害點位置、類型、現狀進行了詳細工程地質測繪。工作區內的巖體病害類型主要表現為4種；破碎崩塌、風化凹槽、寬大裂隙發育、坡腳河水沖蝕。

（1）崩塌

本次調查共發現崩塌12處，編號為BT01～BT12。目前這些崩塌規模較小，大約為 0.05 ～0.80m3。崩塌后的危巖體處于基本穩定狀態，破裂面直立。詳見照片1-1至1-6。

（2）裂隙發育

根據現場調查，坡體上裂隙發育，經統計其中寬張裂縫（裂縫寬度≥5mm）約有12條，詳見照片2-1至6-6。編號為L-01～L-12。裂隙延展方向為順坡體，無充填。裂隙對巖體穩定性影響較大，不僅破壞了巖體完整性，同時成為空氣、水氣、水循環通道。對巖體穩定性起控制作用。

（3）風化凹槽

根據現場勘察，在坡體上存在因含泥量較大的砂巖體先行風化形成的凹槽4處，詳見照片3-1至3-4。編號為F-01～F-05。多分布于D區。凹槽高約0.3～0.5m，進深約0.20～0.50m，凹槽累計總長約80m。風化凹槽使上部巖體局部臨空，上方巖體垮塌可能性大，其危險性大，潛在損失大。

（4）河水沖蝕

坡腳斷斷續續發現有3條累計總長約80m的一段巖體根部殘蝕。根據前文澗河河水淹沒高度分析，殘蝕主要由河水沖蝕產生，編號為HS-01～HS-03。多分布于D區。詳見照片4-1至4-2。沖蝕凹槽高約0.8～1.5m，進深約0.30～0.70m，凹槽累計總長約210m。多處出現殘毀使根部支撐喪失，易導致上方巖體垮塌，其發展趨勢對邊坡穩定極為不利，正如所謂：“基礎不牢，地動山搖”。

三、邊坡病害原因分析

根據現場工程地質調查與分析，引起場地內南坡巖體病害的原因存在以下幾種：

1.內因——巖石本質

邊坡主要巖層為巨厚層泥鈣質膠結的中～細粒鈣質長石石英雜泥質砂巖。該巖層主造巖礦除石英外，強度低、不耐風化的長石、方解石、膠結物含量高達40%。該巖層易吸水軟化，自然狀態易風化，巖體強度低，易破壞。

2.地質構造切割

巖石邊坡存在一組水平層理，結構面組合切割破壞了巖體穩定性，易使“X”正下方被切成棱形法結構體失穩，形成崩塌隱患（見6.1.1節）。另外，尚有因節理裂縫風化形成開口縫，導致水沿縫滲入。水的滲入不僅加速裂面風化，而且可能在夏天雨季因裂縫儲水產生水的靜壓力破壞。

3.動荷載影響

隴海線位于在南坡坡體頂部。鐵路列車在運行時，將產生高強度、高頻率、施載周期短、影響時間長的特殊振動，隨著時間的流逝，該種特殊振動將對鐵路下面邊坡坡體的穩定造成不利影響。

4.風蝕作用

風蝕是南坡巖體表面侵蝕破壞的自然因素之一。新安縣“冬冷風多”，強風強烈沖擊和剝蝕巖體表面，在含泥量較大的巖體的表面形成大量的風蝕凹槽。

5.水的侵蝕

巖石中的水包括結合水和自由水，它們對巖體的作用主要是改變巖體的物質成分和結構形態，以及產生的空隙水壓力減少粒間有效接合力兩方面。

（1）楔劈作用：水分子在浸潤作用下，擠入細微裂縫中，對裂縫兩壁施加一定的壓力，使裂縫增大，巖石體積膨脹，產生一定的膨脹壓力，巖石強度有所下降，發生更多地微觀破壞；

（2）潤滑作用：水進入各種裂隙中，形成結合水膜；當裂隙兩壁發生相對剪切位移時，水分子將固體表面隔開而起到潤滑作用，使巖體摩擦力減少；尤其砂巖中長石風化變成高嶺土、伊利石、蒙脫石等礦物。這些礦物具有吸水減阻，摩擦力迅速下降特點；

（3）溶解作用：有可溶鹽或泥質膠結的巖石浸水時，可溶鹽或泥質成分迅速水化或水解，使原來較強的膠結連結變為較弱的水膠連結，連結力減弱，摩擦力降低，巖體強度降低。

（4）潛蝕作用：巖石中自由水可將巖石中的可溶物質溶解帶走，有時將巖體中的細顆粒沖走，這種潛蝕作用大大的降低了巖體強度，擴大裂縫寬度和深度，增大其變形量；

（5）水、巖、應力間的耦合作用：巖體中的滲透水流沿各種結構面流動，而結構面的滲透對應力是極為敏感的。應力的作用極大地影響著巖體的滲透性，而滲透性的變化又反過來影響巖體中的應力分布，進而影響巖體的強度和穩定性。

水對巖體的影響往往是幾種作用同時發生。飽水后，巖體的強度和變形模量都降低，常用軟化性來表征飽水后水對巖石強度影響。由于水的影響，巖體的力學性質下降。

新安縣屬北暖溫帶大陸性季風氣候，夏熱雨大，多為暴雨、大雨，年均降水量642.4毫米。暴雨、大雨，易形成涇流，沖刷坡面巖石；雨水滲入節理，形成較高的靜水壓力、滲透壓力，破壞巖體；水溶解巖石中的可溶鹽成分和膠結物；使砂巖在接近飽和時損失15%的強度。同時，裂縫存水在冬天結冰。

6.空氣污染作用

大氣環境質量的惡化，也是巖質邊坡損環的因素之一。大氣污染雖然對巖石材料的破壞作用在一般情況下比較緩慢，不易被人們所察覺。但它確實每日每時都在發生。有害氣體與大氣中潔凈程度有關。

新安境內礦藏資源十分豐富，已探明的礦種達20余種，煤炭、硫鐵、鋁礬土、石英石以其儲量大、品質高、易開采等特點，被譽為新安四寶。新安煤炭總儲量18億噸，是全國100個重點產煤縣之一；硫鐵礦儲量2.2億噸；2012年硫磺產量、質量均居全省第一位；鋁礦石及耐火粘土總儲量3.8億噸，為河南鋁土工業主要原料基地之一。

隨著工業的發展，新安縣大氣污染問題會日益嚴重，有害氣體對巖質邊坡的不利影響也就日趨突出。

四、邊坡穩定性評價

由于地質構造運動、自然環境及人類活動的影響，巖體中形成了許多的裂隙。

現已查明南坡巖體坡面上有兩組較大的裂隙。節理裂隙對巖體穩定影響較大，不僅破壞了巖體完整性，同時成為空氣、水氣、水循環通道。

1. 危巖體節理產狀統計分析

經對所測得70條節理產狀進行統計發現，節理點密度主要集中在100～110°、260°～270°區域，而走向約10°～20°左右的較為發育。具體詳見附錄11“節理裂隙等密度圖、玫瑰圖”。

2.邊坡穩定性地質方法分析

（1）本勘察采用地質方法對本邊坡穩定性進行分析，根據邊坡存在以下問題：

1）巖質邊坡陡峭，坡角82～90°，存在反坡現象；

2）節理組合切割破壞了巖體整體性，存在可向下滑移的棱形結構體；

3）坡腳存在崩塌塊石堆集；

4）近年不斷發生垮塌墜石現象。

五、結論

本次勘察采用赤平極射投影作圖法對邊坡穩定性組合計算分析，結果表明為邊坡組合基本穩定，邊坡處于基本穩定狀態。

（作者單位：陜西省文化遺產研究院古建設計一所1洛陽市文物局關林管理處 2）