广东梅大高速路面塌陷致使20多辆小车坠落，边坡塌方为何防不胜防？

这个五一伊始，就爆出来一个坏消息。根据媒体的报道，五一凌晨2点多，广东梅大高速大埔往福建方向K11+900m（茶阳路段出口方向2公里左右）附近发生高速公路路面塌陷事故。事故目前已造成造成20多辆小车坠落，多人死亡。

高速公路与城市道路不同，路面塌陷不可能是因为地底下被挖空了。所以，高速路面发生坍塌，最大的可能就是“滑坡”。也就是说，这条高速修在山腰上。要么上方的土石发生了山体滑坡，冲断了路面，要么下方的土石发生了滑坡，造成了塌陷。而此次事故就属于后者，从航拍图上可以看到，事发路段恰好是半山腰，塌方的位置正好是路面下方。

塌方的土石，顺着山势蜿蜒下去，占据了整个高速的半个路面，纵向约10米左右，蜿蜒往下约100多米。航拍图上那一缕明显的“伤疤”，与周围的绿树成荫形成了鲜明的对比。既然这个路段绿化这么好，为何也会发生塌方？塌方的发生为何这么突然，难道没有任何痕迹可循？

塌方的防护，一直是土建类同学的一个重要研究课题，严格来讲应该叫“边坡防护”。这种自然灾害最本质的元凶，应该是“重力”。山体在重力场的作用下，有向下运动的趋势。此时，如果山体本身不结实，就会发生坍塌。下图中，有山体的崩塌，有水下滑坡，有泥石流，有塌岸，有滑坡，也有修建道路引起的滑坡，这些本质上都属于同一类。

如果这个山体是一个整体，那么即便是悬崖峭壁，也不太容易发生塌陷。地球上悬崖非常多，它们之所以能够屹立不倒，就在于其岩石是一个整体。但是，日积月累，时间长了，特别是以地球尺度来说，悬崖会慢慢风化，沧海桑田之后，这块整体的悬崖岩石分裂开来。在加上地震或者其他什么原因，屹立的悬崖将不复出现。

在农业工程领域，我们在做农作物种子播种研究的时候，经常会用到一个堆积角的对比试验。从某种角度来说，这跟山体的塌陷有异曲同工之处。将种子从一固定高度的地方倒下，种子在地面形成一个锥形体，堆积角就是这个椎体的角度。离散的种子，掉落后形成的堆积角有个临界值，当超过这个临界值时，种子会沿着斜面滑落。

实际上，山体的滑坡也有类似的这样一个角度。假设山体仍然是一整体，它受到的力只有向下的重力。那么山体底部岩石现有受到的力更大，极端条件下，山脚的岩层会承受不住上方的压力，而被压溃。现实中，这种情况当然不可能发生，因为那样的山太高了，即便真的存在，也早就压溃而沧海桑田了。同学们都知道，岩石属于脆性材料。脆性材料抗压性能很好，但是抗剪能力较弱。就比如铸铁压缩后，会形成一个45°的断裂面。岩石的压缩与铸铁类似，也会在大概45°的方向上形成压溃的裂纹面。

真实的滑坡并不是岩石的压溃，而是岩石上方土层的流动。正如刚刚所说，如果是一个整体，就不可能会发生塌方。岩石上方是土壤层，土壤的强度要比岩石弱小很多，其中就包括抗剪能力。土壤层的受力也是来自上方土壤的重力，同样承受的是压力。在这种压力作用下，理论上是越压越紧实。但是，表层的土壤较易流动，往下压不下去，就会往侧方向流，也就是抗剪能力弱，从而就造成了悲剧的发生。

从上述原理可知，想要防止滑坡的产生，最关键的是需要将这些土壤牢牢地固定在一起。相关的措施有很多，最为经济便捷的就是搞好绿化。利用植物根系的作用，将土壤牢牢地团结在一起。特别是那种高大的树木，其发达的根系，可以深入土壤十余米。

从媒体的画面来看，事发路段的边坡防护应该就是采用这种方式。由于这种方式跟地表的植物关系密切，所以防止效果就跟植物有关。显然，越是高大的植物，其根系越是发达，那么防治的效果也就越好。现场画面可以看到，这一段并不都是高大的植物，事发缺口似乎正是高大植物和地表草皮的分界处。

不同的坡度、用途，都有不同的防护手段。我们有时候在路边会看到一格一格的东西，里面再种植一些草皮，这种比单纯的草皮显然更加有效果一些。必须要说明的是，这种边坡防护的具体防护措施，都有相应的标准可以查询，并不是随随便便就可以胡乱决定的。在满足安全性的前提下，以最经济的方式完成。

从上面的力学原理应该可以知道，这种塌陷是经年累月的，必须长期监控才有可能有效预测。其受力是静态的力，在静力的作用下，其位移肉眼不可见。土壤在静力的作用下，其力学行为较为复杂，目前研究土壤力学的学者有很多，但是依然很难准确预测土壤的一些力学行为。就比如我们课题组，做大蒜的振动挖掘好几年了，研究生毕业的有三届了，但是仿真值与实验值想要误差很小，还是很难做到。

正是土壤力学行为的复杂性，才让边坡防护的研究变得困难。此外，边坡的防护，不仅仅是土壤本身而已，它还有很多其他的“杂质”，还有上方的植物，这些都影响了土壤本身的力学行为。所以，如果你觉得力学发展至今，用电脑就可以准备模拟出实际的塌陷，那你可能太高估力学了。而这，也正是我们继续从事力学研究的目的，我们也希望有更多的人投入进来。

虽然，无法通过电脑准确预测。但是，可以通过实验观测，及时发现预兆。比如，含水量是影响土壤性能的一个重要因素。含水量的增加，加剧了土壤的流动性，使之更易发生滑坡。所以，如果某地连续降水，那么就要小心了。近期，广州连续的暴雨，对于一些边坡来讲就是个非常危险的信号。不过，养护单位其实也挺难，这种塌陷前期的症状都比较小，很难感觉出来。一旦出现了较大的裂缝，那么离大规模塌陷也就不远了。

这种高速公路的修建，肯定有严格的边坡防护相关标准来把控质量。但是连续的降水，可能让土壤的力学性能弱化到了原有防护措施之外了。这种边坡的塌陷，前期产生的位移很小，很难发现。前期的土层流动慢慢积累到一个临界值，就会出现大规模的崩塌。所以，防不胜防。