新安函谷关遗址边坡安全风险勘察研究

张宏志 李鑫

摘要：该文针对“丝绸之路”世界遗产-新安函谷关遗址的岩土工程勘察中的安全评估进行了分析阐述。在对岩土文物进行遗址概况、病害现场调查、病害成因分析等工作基础上，评估作为遗产载体的边坡安全性评估，以为保护传承遗产价值提供安全保障。

关键词：世界遗产、函谷关遗址 岩土勘察、边坡、病害、安全风险

一、函谷关遗址概况

新安函谷关遗址位于河南省洛阳市新安县城关镇东关村，北距黄河60千米，西邻镇区，东距洛阳市区23千米。公元前114 年（西汉元鼎三年），西汉楼船将军杨仆将原设在河南省灵宝市的秦函谷关移建于此，史称汉函谷关。

汉函谷关是中国历史上建置较早的具有重要军事作用的重要关隘，也是对东西方文明交流有着重大意义的丝绸之路的第一关，距今已有两千多年的历史，对研究我国古代历史、经济、文化、军事以及丝绸之路等方面都具有至关重要的作用，是一处非常珍贵的历史文化遗存。2014年汉函谷关作为中国、哈萨克斯坦和吉尔吉斯斯坦三国联合申遗的“丝绸之路：长安——天山廊道的路网项目的一处遗产点，成功入选世界遗产名录。

汉函谷关遗址北依凤凰山，南眺青龙山，西有奎楼山，东望八陡山；关东为涧河，皂涧河流经汉函古关南与涧河交汇。函谷关遗存主要包括东西向座落的关楼、南北两侧的夯土关墙和阙台遗迹，以及关墙外向南北两侧延伸的长墙遗迹，关楼遗址东西两侧发现有总长约 400 米的古代道路遗迹，东侧发现 1 处建筑基址。汉函谷关关楼遗址与南北两侧的夯土关墙遗迹呈“H”形连接，整体东西长约 270 米，南北宽约 80 米，两座阙台建筑基址 在其东侧南北对峙，二者之间为通关古道路。南北两侧汉代长墙遗迹分别与两阙台遗址相连，南侧墙体遗迹残长 150米，残宽 2-7米；北侧墙体遗迹残长 270米，残宽 6-13米。

二、风险安全勘察

本项目不同于一般的岩土边坡的保护，具有一定的工程特殊性，如边坡作为丝绸之路世界遗产的载体，同时边坡又作为陇海铁路的路基存在，这就要求我们必须保障遗产载体的安全和尽可能最少干预。

1.勘察内容与标准

根据国家现行相关规范及招标文件要求，结合本项目遗产特点，制定本次勘察内容与标准如下：

（1）对函谷关遗址周边环境进行不良地质作用调查与评价，并对场地的稳定性和适宜性做出评价。

（2）查明场地周边环境现状特点、地形地貌、地层结构、分布规律，对各岩土层的物理力学性质进行分析评价，对场地土均匀性、压缩性等作出评价。并提供各土层的承载力特征值与满足设计、施工所需的岩土参数。

（3）查明场地地下水的类型、埋藏条件及变化幅度。

（4）判定场地水、土的腐蚀性。

（5）提供场地抗震设防基本烈度，判明场地类别，进行抗震地段划分，查明场地内有无液化地层并对液化可能性作出评价。

（6）对场地内南护坡病害情况进行调查，查明病害类别、规模、危害程度，并分析病害原因，绘制病害图。

（7）评价场地内南边坡的稳定性，并提出可行的治理措施与建议。

2.边坡病害现状特征

通过现场调查，采用地质灾害方法对岩质坡面上的灾害点位置、类型、现状进行了详细工程地质测绘。工作区内的岩体病害类型主要表现为4种；破碎崩塌、风化凹槽、宽大裂隙发育、坡脚河水冲蚀。

（1）崩塌

本次调查共发现崩塌12处，编号为BT01～BT12。目前这些崩塌规模较小，大约为 0.05 ～0.80m3。崩塌后的危岩体处于基本稳定状态，破裂面直立。详见照片1-1至1-6。

（2）裂隙发育

根据现场调查，坡体上裂隙发育，经统计其中宽张裂缝（裂缝宽度≥5mm）约有12条，详见照片2-1至6-6。编号为L-01～L-12。裂隙延展方向为顺坡体，无充填。裂隙对岩体稳定性影响较大，不仅破坏了岩体完整性，同时成为空气、水气、水循环通道。对岩体稳定性起控制作用。

（3）风化凹槽

根据现场勘察，在坡体上存在因含泥量较大的砂岩体先行风化形成的凹槽4处，详见照片3-1至3-4。编号为F-01～F-05。多分布于D区。凹槽高约0.3～0.5m，进深约0.20～0.50m，凹槽累计总长约80m。风化凹槽使上部岩体局部临空，上方岩体垮塌可能性大，其危险性大，潜在损失大。

（4）河水冲蚀

坡脚断断续续发现有3条累计总长约80m的一段岩体根部残蚀。根据前文涧河河水淹没高度分析，残蚀主要由河水冲蚀产生，编号为HS-01～HS-03。多分布于D区。详见照片4-1至4-2。冲蚀凹槽高约0.8～1.5m，进深约0.30～0.70m，凹槽累计总长约210m。多处出现残毁使根部支撑丧失，易导致上方岩体垮塌，其发展趋势对边坡稳定极为不利，正如所谓：“基础不牢，地动山摇”。

三、边坡病害原因分析

根据现场工程地质调查与分析，引起場地内南坡岩体病害的原因存在以下几种：

1.内因——岩石本质

边坡主要岩层为巨厚层泥钙质胶结的中～细粒钙质长石石英杂泥质砂岩。该岩层主造岩矿除石英外，强度低、不耐风化的长石、方解石、胶结物含量高达40%。该岩层易吸水软化，自然状态易风化，岩体强度低，易破坏。

2.地质构造切割

岩石边坡存在一组水平层理，结构面组合切割破坏了岩体稳定性，易使“X”正下方被切成棱形法结构体失稳，形成崩塌隐患（见6.1.1节）。另外，尚有因节理裂缝风化形成开口缝，导致水沿缝渗入。水的渗入不仅加速裂面风化，而且可能在夏天雨季因裂缝储水产生水的静压力破坏。

3.动荷载影响

陇海线位于在南坡坡体顶部。铁路列车在运行时，将产生高强度、高频率、施载周期短、影响时间长的特殊振动，随着时间的流逝，该种特殊振动将对铁路下面边坡坡体的稳定造成不利影响。

4.风蚀作用

风蚀是南坡岩体表面侵蚀破坏的自然因素之一。新安县“冬冷风多”，强风强烈冲击和剥蚀岩体表面，在含泥量较大的岩体的表面形成大量的风蚀凹槽。

5.水的侵蚀

岩石中的水包括结合水和自由水，它们对岩体的作用主要是改变岩体的物质成分和结构形态，以及产生的空隙水压力减少粒间有效接合力两方面。

（1）楔劈作用：水分子在浸润作用下，挤入细微裂缝中，对裂缝两壁施加一定的压力，使裂缝增大，岩石体积膨胀，产生一定的膨胀压力，岩石强度有所下降，发生更多地微观破坏；

（2）润滑作用：水进入各种裂隙中，形成结合水膜；当裂隙两壁发生相对剪切位移时，水分子将固体表面隔开而起到润滑作用，使岩体摩擦力减少；尤其砂岩中长石风化变成高岭土、伊利石、蒙脫石等矿物。这些矿物具有吸水减阻，摩擦力迅速下降特点；

（3）溶解作用：有可溶盐或泥质胶结的岩石浸水时，可溶盐或泥质成分迅速水化或水解，使原来较强的胶结连结变为较弱的水胶连结，连结力减弱，摩擦力降低，岩体强度降低。

（4）潜蚀作用：岩石中自由水可将岩石中的可溶物质溶解带走，有时将岩体中的细颗粒冲走，这种潜蚀作用大大的降低了岩体强度，扩大裂缝宽度和深度，增大其变形量；

（5）水、岩、应力间的耦合作用：岩体中的渗透水流沿各种结构面流动，而结构面的渗透对应力是极为敏感的。应力的作用极大地影响着岩体的渗透性，而渗透性的变化又反过来影响岩体中的应力分布，进而影响岩体的强度和稳定性。

水对岩体的影响往往是几种作用同时发生。饱水后，岩体的强度和变形模量都降低，常用软化性来表征饱水后水对岩石强度影响。由于水的影响，岩体的力学性质下降。

新安县属北暖温带大陆性季风气候，夏热雨大，多为暴雨、大雨，年均降水量642.4毫米。暴雨、大雨，易形成泾流，冲刷坡面岩石；雨水渗入节理，形成较高的静水压力、渗透压力，破坏岩体；水溶解岩石中的可溶盐成分和胶结物；使砂岩在接近饱和时损失15%的强度。同时，裂缝存水在冬天结冰。

6.空气污染作用

大气环境质量的恶化，也是岩质边坡损环的因素之一。大气污染虽然对岩石材料的破坏作用在一般情况下比较缓慢，不易被人们所察觉。但它确实每日每时都在发生。有害气体与大气中洁净程度有关。

新安境内矿藏资源十分丰富，已探明的矿种达20余种，煤炭、硫铁、铝矾土、石英石以其储量大、品质高、易开采等特点，被誉为新安四宝。新安煤炭总储量18亿吨，是全国100个重点产煤县之一；硫铁矿储量2.2亿吨；2012年硫磺产量、质量均居全省第一位；铝矿石及耐火粘土总储量3.8亿吨，为河南铝土工业主要原料基地之一。

随着工业的发展，新安县大气污染问题会日益严重，有害气体对岩质边坡的不利影响也就日趋突出。

四、边坡稳定性评价

由于地质构造运动、自然环境及人类活动的影响，岩体中形成了许多的裂隙。

现已查明南坡岩体坡面上有两组较大的裂隙。节理裂隙对岩体稳定影响较大，不仅破坏了岩体完整性，同时成为空气、水气、水循环通道。

1. 危岩体节理产状统计分析

经对所测得70条节理产状进行统计发现，节理点密度主要集中在100～110°、260°～270°区域，而走向约10°～20°左右的较为发育。具体详见附录11“节理裂隙等密度图、玫瑰图”。

2.边坡稳定性地质方法分析

（1）本勘察采用地质方法对本边坡稳定性进行分析，根据边坡存在以下问题：

1）岩质边坡陡峭，坡角82～90°，存在反坡现象；

2）节理组合切割破坏了岩体整体性，存在可向下滑移的棱形结构体；

3）坡脚存在崩塌块石堆集；

4）近年不断发生垮塌坠石现象。

五、结论

本次勘察采用赤平极射投影作图法对边坡稳定性组合计算分析，结果表明为边坡组合基本稳定，边坡处于基本稳定状态。

（作者单位：陕西省文化遗产研究院古建设计一所1洛阳市文物局关林管理处 2）