庫區高陡邊坡破壞模式機理與模擬研究

羅祥明 王 路

(1.重慶市秀山縣公路局，重慶 409900； 2.江蘇省鎮江市交通局，江蘇 鎮江 212100)

1 概述

三峽庫區涉及面積極廣，湖北省、重慶市多個區縣均在其內。庫區多個庫區段，在蓄水時由于水位逐漸上升，靜水壓力的不斷增大而出現破壞變形現象。并且，新城區的建設和庫區移民，從而導致形成了大量的高陡邊坡，因為人工開挖或者庫區水位的上漲而形成的高切邊坡其地質條件極為復雜，并且巖層容易風化，巖體破碎，逐漸暴露出來諸多嚴重問題。該庫區與地震帶有一定交集，有頻繁的地質災害廣泛分布，其每年所造成的損失占自然災害方面經濟損失的1/5，嚴重制約了當今社會的可持續發展。

故而，在相關方面，國內外學者對其進行了大量的研究，例如常中華等針對奉節縣城庫區地段的邊坡巖土體結構類型及特征加以研究，劃分出了庫岸邊坡土石和基巖的分布區域，進一步明晰了庫岸邊坡的結構類種；董金玉等則研究了庫區當中硬軟交互層近地層高切邊坡的崩塌問題，且提出了一系列對策；殷躍平等針對庫區邊坡開挖前后的破壞過程加以分析，并詳細了解了庫區所涉及的邊坡結構分類；羅元華等將庫區內存在失穩崩塌隱患的邊坡進行歸類，針對不同類型的失穩崩塌隱患邊坡提出防護措施建議；祝介旺等人則對于庫區高切坡的防護措施、破壞模式、致災因素等進行了分析；沈強等人以庫區某一水平面層狀巖質邊坡為例，研究了庫區水平面層狀邊坡的多種破壞模式和穩定性。

本文參考已有的研究基礎，并結合三峽庫區其存在的高切邊坡崩塌失穩隱患，以及邊坡體破壞性，并深入研究了段邊坡崩壞形成的機制，及針對治理病害的措施。

2 庫區邊坡崩塌模式及機理分析

邊坡崩塌，指的是在一些高陡邊坡上存在有失穩隱患的巖體，其在自重作用下脫離邊坡，繼而引發一系列的土石崩塌，最后堆積在坡腳后趨于穩定的地質現象。其多發生在大于60°～70°的斜坡之上。崩塌會造成大量經濟損失，故而對于具有崩塌隱患的邊坡需加以研究。崩塌的規模大小、堆積形式、活動方式、破壞能力、結構構造、運動途徑、物質組成等差異性極大，但是所形成的機制則是有一定規律可循的。據調查，在庫區發生的崩塌災害可分為數種破壞模式。

2.1 傾倒式崩塌

庫區段所在地勢位于峽谷兩岸，巨大而直立的巖體較為常見，其沖溝地段與其他陡坡上，其以垂直裂縫或節理與穩定巖體分離，斷裂形式見圖1，這種巖體窄而高，橫向穩定力不足，當其發生失穩時會以坡腳某一點作為支點旋轉繼而崩塌。

2.2 滑移式崩塌

某些陡坡的不穩定的巖體下方有向下傾斜的軟弱面或者光滑結構面。一般來說這種崩塌如果巖體的重心偏移出了陡坡，則會發生崩塌，此外連續大雨導致巖土體的裂縫中滲入雨水，雨水產生相應的動水壓力和靜水壓力軟化土體軟弱面，以及重力的影響，均為巖體滑移的各類誘發因素。某些條件下，地震也可以引發這類崩塌。

2.3 鼓脹式崩塌

如果陡坡上的不穩定巖體層下存在較厚的軟巖層，巖層存在長節理，分離開了穩定巖土體和不穩定的巖土體，再加上雨水或者地下水的影響，其下部較厚軟弱層或者軟巖層會被軟化。或是巖土體本身是軟巖層，也可能會出現這種情況。上部巖土體由于重力作用，軟巖將會被擠出穩定巖體，因為其壓應力會超過軟巖天然狀態下無側限抗壓強度，隨后發生向外的鼓脹。不穩定巖體將會不斷下沉外移，變形的不斷延伸，并且巖體出現了傾斜，重心偏離開了陡坡，見圖2。所以下部的軟弱巖土層是這類邊坡崩塌是否產生的關鍵。

2.4 拉裂式崩塌

一些陡坡其巖層組成包含軟巖層和硬巖層，由于風蝕或者水蝕作用，軟巖層剝落而使硬巖層以懸臂梁的形式懸凸出，見圖3。除了重力的長期作用之外，震動等各類風化，尤其是寒冷地區的冰劈作用，均會促進產生這種崩塌。

2.5 錯斷式崩塌

邊坡村子柱、板式的不穩定結構時，在某些因素作用之下，使長柱狀、板狀不穩定巖體的下部發生剪切破壞而發生錯斷式崩塌，因為不穩定巖體的自重增加或是下部斷面減小，破壞形式見圖3。

3 崩塌模擬實驗

本次實驗利用變坡試驗槽進行模擬試驗，研究邊坡產生崩塌的機理。該變坡試驗槽長6 m寬2 m高1.3 m，槽上方設置最大降雨強度為100 mm/h的降雨設備，且雨量可調。模擬人工降雨試驗槽見圖4。2 mm以下的天然沙與粉粘土(含量約為24%)按一定比例混合成實驗用沙。粘土含量4%,8%,12%，而河沙、粉粘土及粘土含量是8%。試驗用沙顆粒級配曲線見圖5。

在坡面形態是平面情況時，選坡度30°,35°,40°三種坡度進行對崩塌影響的試驗，因為土質邊坡最易崩塌，并且出現崩塌之時坡度是30°～40°。對于坡度35°進行6種不同的坡面形態試驗。因為有六種坡形和三種坡度，所以有一種方案是重合的。試驗8組。其他條件見表1。

表1 試驗條件匯總表

位移計距槽底40 cm，設置在變坡槽的中心線、其末端以上4.0 m?？紫端畨河嫷奶筋^距槽底5 cm設置于變坡槽的中心線、其末端以上1.5 m處。試驗過程當中測量了土體移動量隨累積雨量的變化規律和孔隙水壓力。

結果顯示，邊坡崩塌與否的受控因素包括裂隙擴張以及卸荷裂隙的伸展。節理裂隙和結構面的組合是重要因素。邊坡崩塌防止其理論依據是對已經出現的危巖進行加固處理，防止其掉落，同時減緩阻止裂隙繼續發展，以保持陡坡穩定。

4 邊坡崩塌治理分析

對于庫區段高陡易塌邊坡的治理，需要有的放矢。歸結具體治理措施如下三類：1)減少或消除水對于誘導崩塌滑坡的影響；2)改變崩塌體土石質，從而阻滯崩塌滑坡體的活動；3)改變坡體外形來增加抗滑力。以下為具體措施。

4.1 遮擋避讓

對于加固成本高，或是直接加固困難的高陡巖坡，可采用遮擋避讓防治崩塌病害，是針對如公路和鐵路等經過峽谷區的線路工程的邊坡崩塌防治方法。

4.2 攔截

可以在坡腳或者半坡上設攔截構筑物來處理僅在雨后才有墜石和小型崩塌的地段。例修建擋石墻以攔墜石，或是落石平臺、落石槽以停積崩塌物質；也可利用廢鋼軌、鋼絲、鋼釬編制鋼軌或者鋼釬棚欄來攔截，這種方法也可用于鐵路工程。

4.3 支擋

可用于支撐的結構種類很多，有抗滑樁、抗滑垛、抗滑墻等，在巖石凸出或是不穩定的大孤石下修支柱、支擋墻或用廢鋼軌支護。

4.4 掛網噴護與錨固

用錨桿和掛網噴護錨固危巖體，從而減緩阻止裂隙發展，并可加固現有危巖體，用于裂隙密集的卸荷裂隙區及危巖區。牽引區加固后可減緩或阻止擴展區卸荷裂隙擴張及卸荷裂隙區發展。

4.5 護墻、護坡

對緩坡進行水泥護坡，或是對于易風化剝落的邊坡地段可修建護墻，一般邊坡均可采用。

4.6 排水

一些存在積水或流水的區段，可通過設置排水構筑物等來進行疏導或攔截積水。

5 結語

對于崩塌防治應以防為主，防治結合。平日應注重收集數據，在必要時做前期監測工作，并認真分析邊坡危害的原因。如果需要，就對現有的危巖進行加固，防止其脫落，并減緩或者阻止裂隙的發展，以保持邊坡的相對穩定。

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