施工期邊坡掛渣誘發泥石流的綜合防治體系研究

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2025.06.018

0 引言

泥石流作為一種山區工程建設中常見的自然災害，一般是由高速水流裹挾泥沙、石渣在地形險峻處集聚而形成的非均質固液兩相流，具有暴發突然、沖刷強勁、破壞力強等特點[1]，給山區工程建設與人民群眾安全造成嚴重威脅。根據其誘發因素，可分為自然演化和工程擾動兩種主要類型[2]。對于后者的形成，則是由于山區工程建設擾動了周邊環境的生態平衡[3]如：建設過程中常利用天然溝道堆棄渣料[4]，為泥石流的形成提供了物料基礎；工程設施的場地侵占會造成坡面水土流失加劇[5]，進一步擴大了泥石流的潛在風險與破壞規模。因此，針對山區工程建設誘發泥石流的防治工作刻不容緩。

抽水蓄能電站具有削峰、填谷、調頻、調相等功能，在現代電網建設中發揮著重要作用[。但由于抽水蓄能電站需要在短距離內積蓄較大高差，以保證電能轉化效率，其通常選址在地勢險峻的山區。在建設初期，受地形條件限制，大型機械設備缺乏有效的作業面，使得現場發生邊坡掛渣的現象十分普遍[7]。受短時強降雨的沖刷作用影響，高陡邊坡表面虛渣易隨水流遷移，在地勢低洼的沖溝內逐步集聚，最終誘發泥石流[4]，危及下游建筑物及人員安全。

現階段，對于泥石流的防治主要依靠消能樁、攔石壩、柔性防護網等工程措施進行正面攔擋[8]，并配合排洪溝、導流槽、停游工程等進行提前疏導和渣體停淤[1]。此外，泥石流防治還應關注生態措施的固基作用，秉持“巖土措施為主，生態措施為輔，因地制宜，多措施相互配合\"的綜合治理理念[9]

上述防治措施側重點是業主方對下游重要設施的永久保護，未能充分考慮施工期臨建設施運行風險需由施工方自行承擔的客觀實際。而由施工方主導的泥石流綜合防治措施，更關注實施成本與失事風險的平衡[4]，期望以較少的資源投人保證施工期的相對安全。然而，現階段適合施工期邊坡掛渣誘發泥石流短時防護的技術總結卻鮮有報道。為此，本文首先對邊坡掛渣誘發泥石流的致災機理進行系統剖析，討論現有泥石流防治措施對于臨建設施施工期短時防護的適用性；在借鑒現有防治理念的基礎上，結合施工期現場可利用的資源配置，設計了一套以“消能、攔渣、沉沙、溢流、導排、固基”為顯著特色的綜合防治體系，以期為完善施工期邊坡掛渣誘發泥石流問題的現場處置提供科學指導。

1邊坡掛渣誘發泥石流的致災機理

邊坡掛渣誘發泥石流是物質運移與能量轉化共同作用的耦合結果[10]。其形成一般需同時具備3個基本條件：物料基礎、地形地貌和水源補給[11] 。

具體來講，邊坡表面遺落的虛渣由于未經專門處理，與坡體的結合性較差，為泥石流的形成提供了物料基礎；山區險峻的地形地貌使掛渣體內賦存有較高的重力勢能，可作為泥石流啟動的初始能量來源；突發暴雨則成為最終誘發泥石流的水源補給條件。因此，不同情況下邊坡掛渣誘發泥石流的致災機理不同。

1.1 一般情況

在突發暴雨的沖刷濺蝕作用下，淺表層松散虛渣開始出現局部變形[4]。隨著降水的持續作用，掛渣體將發生面蝕剝離，并逐步過渡為液態流體，開始形成以小顆粒物質為主要裹挾物的早期泥石流。在早期泥石流匯流過程中，會對坡腳造成沖刷[12]，加劇了掛渣體的不穩定性。下滲的雨水也可起到潤滑作用，削弱結合面的黏聚力與內摩擦角[13]，致使掛渣體的下滑力超出穩定閾值，進而生成貫穿滑動面，發生整體失穩。這將導致早期泥流中的大粒徑石渣含量明顯提高，演化為典型的泥石兩相流。此時，掛渣體內積蓄的重力勢能在短時間內突然釋放，下泄的高速水流會對溝道進行揭底、掏蝕和沖刷，并伴隨大粒徑渣料的摩擦、刮鏟和碰撞作用，致使溝道的糙度降低，逐步喪失對泥石流的能量耗散功能，最終形成負反饋的惡性循環[10]

由此，一般情況下邊坡掛渣誘發泥石流的基本運動模式可概括為：淺表層松散虛渣局部變形 $$ 掛渣體發生面蝕剝離 $$ 以小顆粒物質為主要裹挾物的早期泥流沖刷坡腳 $$ 下滲雨水軟化結合面引發整體失穩 $$ 典型泥石兩相流形成 $$ 高速泥石流改造沖溝狀態 $$ 沖溝逐步喪失對泥石流的能量耗散功能 $$ 泥石流侵蝕循環負反饋機制形成。

1.2 存在淤堵-潰決連鎖反應的情況

當泥石流運動至較為平緩的開闊地帶時，擴大斷面與超長彎道將導致其水動力條件出現暫時性減弱[14]。泥石流中的石渣在減速過程中發生沉淤，并形成局部堰塞體[15]，淤堵溝道。上、下游多處堰塞體自身強度本就不足，在高速水流的沖刷下，極易發生潰決，并引發“滾雪球效應”與“消防管效應”[16]，致使災情規模進一步擴大。對于存在淤堵-潰決連鎖反應的情況，其運動模式變為：一般泥石流形成 $$ 開闊地帶暫時性沉淤 $$ 局部堰塞體形成 $$ 上、下游堰塞體在高速水流沖刷下潰決 $$ 泥石流災情擴大。

根據致災機理分析，可推斷邊坡掛渣誘發泥石流的總體規模雖然不大，但由于其裹挾石渣含量較高，且多為短時突發，使得其臨時防護同樣需應對水土流失、掏蝕沖刷、沖擊潰決、淤埋阻塞、侵占河道、污染水體等典型危害。

2 邊坡掛渣誘發泥石流的防治現狀

現階段，可用于泥石流防治工程措施的技術總結如下：

（1）非過流式攔渣壩[17]。通過修筑重力式攔渣壩截流攔砂，抬高水面，可有效防止溝道下切，穩定兩岸坡面，并能有效改變泥石流的流動狀態，削弱其掏蝕沖刷作用。非過流式攔渣壩多適用于對大型泥石流的工程防護，由于需直接經受泥石流的沖擊，其體型一般比較厚重，建設成本較高[13]。此外，受地形條件限制，其內部沉積物的清理還面臨攔擋區內交通不便等重重困難[18]。在渣料攔蓄過程中，泥石流中裹挾物易阻塞預留孔洞，造成行洪能力下降，進而引發水位壅高、漫流過頂等問題[19]。當攔渣壩淤堵嚴重，甚至超出設計工況時，便會因行洪不暢而形成堰塞湖。堰塞湖如不能及時處理，可能發生潰決等連鎖反應，引發更為嚴重的次生災害[20]。非過流式攔渣壩的建設規模與施工方的需求不相匹配，其成本超出其所能承受范圍，不適用于施工期臨建設施的短時防護。

（2）過流式攔渣壩[21]。該壩型的防護原理與非過流式攔渣壩基本一致，但由于其采用開放式的開口形式（如梳齒壩、縫隙壩、梁式格柵壩、窗口壩、格子壩、柔性網格壩等），具有更強的過流能力。過流式攔渣壩適用于對下游重要設施的永久防護，復雜的結構形式使其建設成本居高不下[1]。對于長期運行及高強度泥石流短時突發等工況，其在渣料截流過程中依然會出現嚴重的淤堵阻塞現象[22]，直接影響過流能力的發揮。此外，由于項身開設了泄流孔洞，會造成結構的整體性能下降。在大粒徑渣料的沖擊下，結構損壞后的修復難度較大[23]，其運行及維護成本較高。

（3）柔性防護網[24]。通過布設錨桿，在沖溝處布設柔性網狀攔滯結構，并配以環形消能器，以提高其在泥石流沖擊作用下的存活能力。柔性防護網能有效實現固體裹挾物與水流的過濾分離，且建設成本較低，但其自身結構較為單薄，抗沖擊能力較弱，在突遇短時、高強度泥石流時的存活率不高是其顯著短板[8]。因而，其只能作為削減洪峰流量的輔助手段，需配合其他工程措施聯合使用

（4）消能防沖裝置。為削弱泥石流對攔蓄結構的直接沖擊，可布設消能裝置，將渣料的巨大動能予以轉換、耗散，如消能樁林[11]、階梯－深潭系統[10]等。消能防沖裝置作為泥石流攔滯措施的輔助結構，其主要功能局限于消能處理，因而一般不單獨使用[25]，通常與其他工程措施相互配合，才能發揮其效用。

（5）導流排洪溝槽[26]。利用側向預留潰口及丁壩、順壩等河道整治建筑物改變水流方向，分階段逐級削弱泥石流的強度。導流排洪溝槽的行洪過程需要占用較大空間，且復雜的結構導致其建設成本較高[8]。對于施工期臨建設施，還應統籌考慮后續永久工程布置的總體規劃，對部分結構進行必要拆除。因而，如不能做好前期規劃，實現永臨結合，將會造成極大的資源浪費。

（6）截流淤沙結構。利用坡面格構[27]、溝槽沉淤架空格柵[28]等停淤設施，減緩泥石流的流速，使泥沙逐步沉積。截流淤沙功能實現的關鍵在于：依靠平緩的開闊場地確保泥石流的充分降速。但截流淤沙結構對地形地貌的要求較高，占用空間較大，常面臨空間受限、無法有效布置等問題的困擾[1]。此外，如短時突發泥石流的流速無法降至預定區間，則會導致截流淤沙結構的水沙分離作用失效。已沉積泥沙在高速水流沖刷下，也可能因表面壓強差的改變而被重新掀起，成為泥石流的物料補給源

（7）生態護坡。充分利用植被根系對土體的深層固基效益、表面侵蝕防護功能、徑流截蓄及裹挾物攔滯作用對泥石流進行生態防治。生態護坡是理想的泥石流防治輔助措施，但生態護坡恢復過程較為緩慢[12]無法在短時間內發揮效益。此外，生態護坡自身植被的抗沖擊能力有限，且其持水能力對土體的飽和程度有明顯依賴[13]。當根系束縛土體達到飽和后，其截留固基效益不再明顯。

綜上，現有防治體系主要是針對下游重要設施的永久保護，其建設成本遠超施工方的承受范圍，且需相互配合方可發揮互補優勢。因而，亟待研發面向施工方、行之有效、就地取材、成本低廉的綜合防治體系。

3邊坡掛渣誘發泥石流綜合防治體系

借鑒上述治理理念，結合施工期現有資源條件，綜合利用不同工程手段的互補特性，采用分階段治理原則，構建以“消能、攔渣、沉沙、溢流、導排、固基”為顯著特色的綜合防治體系（圖1＼～2）。對以“小規模、短時突發”為顯著特點的邊坡掛渣誘發泥石流進行逐級削弱，切實將其短時防護過程中的潛在風險控制在可接受范圍內，具體的實現形式如下。

核心思想 處置措施 技術特征消能 Q 旋轉式 D 利轉式消能群進轉施工期邊坡掛渣誘發泥石流綜合防治體系 攔渣 ？ 鋼筋石籠陣列 消能護樁群 消能取材，利用開挖渣料制作透水 性能良好的鋼筋石籠，與過水攔滯及過水攔滯網網共同攔擋大粒徑渣料利用鋼筋石籠透水攔蓄池發揮泥沙沉沙 2 透水攔蓄池 沉淤作用，對泥石流中小顆粒物質進行分離利用側向導流缺口對多余水流進行溢流 ？ 側向導流缺 二輔助溢流利用導排溝槽將多余水流有序引排導排 ？ 導排溝槽 2gt; 至下游需保護施工場地外圍的排水系統利用喬木、灌木及草本組成的生態固基 2 生態防護帶 2gt; 防護帶對下游需保護的施工場地進行固基處理

（1）第一階段。防治重點是進行消能處理，以削弱泥石流的強度。因而可借鑒消能防沖裝置的設計理念，采用旋轉式消能護樁群，通過旋轉卸荷及紊流擾動作用對泥石流進行消能處理，消納裹挾物由勢能轉化而來的巨大動能，并防止大粒徑渣料的沖擊破壞。該消能防沖裝置可布置于沖溝埡口處，由若干個間隔排列的旋轉式消能護樁（圖3）組成，具體包括：立柱、柔性旋轉桶、柱帽、上抱箍、下抱箍、上回旋圈、下回旋圈及高強螺栓等。

在該結構體系中，立柱應貫穿沖溝覆蓋層，并深埋于基礎中，從而為整體結構提供承載力和抵抗沖擊荷載的能力。立柱上部浸沒在水中部分固設有能自由旋轉的柔性旋轉桶，可利用其自身旋轉卸荷及紊流擾動作用對泥石流進行消能處理。立柱頂端設有柱帽，保護立柱免遭降水侵蝕。柔性旋轉桶的上、下兩端固定有兩兩一組、首尾相接的半環形上、下抱箍，可對柔性旋轉桶起限位、支撐作用。在柔性旋轉桶與上、下抱箍之間設置有上、下回旋圈作為輔助墊片，減少部件之間的相互摩擦，以利于柔性旋轉桶自由旋轉。上、下抱箍與立柱之間采用高強螺栓固定連接。柔性旋轉桶可采用聚乙烯等柔性材料制成，其內部設有配重塊，以增加自身轉動慣量，提高其旋轉卸荷消能效率。

（2）第二階段。防治重點是實現大粒徑渣料與水流的兩相分離。因而可借鑒過流式攔渣壩與柔性防護網的設計理念，就地取材，利用開挖渣料制作透水性能良好的鋼筋石籠組成攔擋陣列，與過水攔滯網共同發揮攔渣作用。該鋼筋石籠陣列（圖4）按品字形進行布置。在外部鋼筋框架的頂部焊接鋼筋網蓋，進行封閉處理，以防止泥石流引發鋼筋石籠的漫頂破壞。為保證鋼筋石籠在泥石流沖擊作用下的抗滑穩定，可在其后部施打一排基礎錨桿，以增強自穩能力。考慮到泥石流中夾雜大粒徑渣料對鋼筋石籠的沖擊作用，可回收現場廢舊輪胎用于設置迎水面并聯緩沖防撞層，通過廢舊輪胎的柔性變形消納其所承受的沖擊荷載。

在鋼筋石籠陣列側向缺口處設置過水攔滯網（圖5），對沖撞后轉向泥石流中裹挾的小顆粒物質進行二次攔截。過水攔滯網由支撐繩、端部鎖扣、鋼絲繩網、鋼絲格柵組成。其中，支撐繩與相鄰外部鋼筋框架纏繞連接，通過端部鎖扣將其鎖緊，形成過水攔滯網的輪廓框架。在支撐繩內部布設用于外網支撐的鋼絲繩網和用于內網攔滯的鋼絲格柵，組成雙層柔性攔滯結構。

（3）第三階段。防治重點是進一步沉淤小顆粒物質。因而，可借鑒截流淤沙結構的設計理念，利用由鋼筋石籠制作的透水攔蓄池進行泥沙沉淤。

可在鋼筋石籠陣列外圍呈開口形布設由鋼筋石籠構成的透水攔蓄池（圖2），其開口側正對沖溝，兩側邊池壁可向山體方向延伸，以擴大透水攔蓄池的容量。通過多重措施攔擋，使泥石流發生回流壅水，以降低泥石流的流速，從而為小顆粒物質沉淤分離、減少底部掏蝕創造良好條件。此外，模塊化的鋼筋石籠方便吊裝運移，有利于大型機械設備進入池內進行清淤作業。

（4）第四階段。防治重點是超設計洪水導排宣泄。因而可借鑒導流排洪溝槽的設計理念，在透水攔蓄池兩側邊壁處預留側向導流缺口（圖2），將通過透水攔蓄池縫隙無法及時排出的多余水流有序宣泄，降低行洪壓力。

（5）第五階段。防治重點是對下泄水流進行合理引排。因而也可借鑒導流排洪溝槽的設計理念，在透水攔蓄池外圍設置導排溝槽（圖2），將多余的水流有序引排至下游施工平臺的外圍排水系統。

（6）第六階段。防治重點是施工平臺的基礎保護。因而可借鑒生態護坡的設計理念，在透水攔蓄池與下游施工平臺之間構建由喬木、灌木及草本組成的聯合防護帶（圖2），進行固基處理。利用植被根系深層固土，提高土體表面的抗侵蝕能力，從而穩定基礎，防正基礎被水流掏空，引發沉陷及失穩破壞。植物軀干的攔擋、過濾作用，也可為下游作業人員爭取更多的逃生時間，成為應對泥石流的最后一道安全屏障。

綜上，該綜合防治體系以就地取材為顯著特點，可在較低的建設運行成本投入條件下，綜合利用多種工程措施的互補特性，實現施工期對臨建設施的有效短時防護。該綜合防治體系的實施流程如圖6所示。

4結語

邊坡掛渣誘發泥石流的總體規模雖然不大，但由于其裹挾石渣含量較高，且多為短時突發，使得其臨時防護同樣需應對水土流失、掏蝕沖刷、沖擊潰決、淤埋阻塞、侵占河道、污染水體等典型危害。現有防治措施主要是針對下游重要設施的永久保護，其建設成本遠超施工方的承受范圍，且需相互配合方可發揮互補優勢。本文提出了一種以“消能、攔渣、沉沙、溢流、導排、固基”為主要技術路線的施工期邊坡掛渣誘發泥石流綜合防治體系。該體系以就地取材為顯著特點，可在較低的建設運行成本投人條件下，綜合利用多種工程措施的互補特性，實現對臨建設施施工期的有效短時防護。

參考文獻：

[1]趙萬玉，游勇，陳曉清，等.泥石流停淤工程應用現狀與思考[J].中國水土保持科學，2024，22（3）：12-19.

[2]劉傳正.中國崩塌滑坡泥石流災害成因類型[J].地質論評，2014，60（4） ：858-868.

[3]張楠，方志偉，韓笑，等.近年來我國泥石流災害時空分布規律及成因分析[J].地學前緣，2018，25（2）：299-308.

[4]李鈺，甘濱蕊，王協康，等.四川省甘洛縣2019 年群發性山洪泥石流災害的形成機理[J].水土保持通報，2020，40（6）：281-287.

[5]金連才，崔金鵬，李懷國，等.考慮大型棄渣場的泥石流災害防治研究[J].水利水電快報，2024，45（8）：28-34.

[6]崔勇，李鵬，姬德森，等.基于多邊收益的風光水能源聯合運營策略［J].電力自動化設備，2019，39（4）：161-173.

[7]廖振雷，王軍輝.仙居抽水蓄能電站上下水庫連接公路施工安全技術[J].施工技術，2014，41（12）：79-83.

[8]石振明，吳彬，鄭鴻超，等.泥石流防治措施與沖擊力研究進展[J].地球科學，2022，47（12）：4339-4349.

[9]張文濤，柳金峰，游勇，等.泥石流生態防治措施治理效果評價體系初探[J].災害學，2023，38（1）：186-192，205.

[10]祁生文，劉方翠，徐夢珍，等.小流域生態-巖土協同減災原理與方法初探[J].水力發電學報，2024，43（2）：1-14.

[11］王常明，劉辛磊，王飛.品字形樁林防護結構對泥石流沖擊橋墩作用的影響[J].吉林大學學報（地球科學版），2023，53（6）：1773-1784.

[12]高相波，李麗慧.熱水河流域典型泥石流災害成因機制與協同防治研究[J].工程地質學報，2020，28（5）：1039-1048.

[13]祝鑫，胡斌，李京，等.黃山礦區潛在泥石流發生機理與沖起高度的模擬研究[J].礦業研究與開發，2021，41（8）：108-113.

[14]呂小波，游勇，李道凌，等.“8·20”板子溝泥石流特征及防治措施[J].防災減災工程學報，2022，42（1）：12-23.

[15]曹春然，陳華勇，NEUPANER.泥石流堰塞壩研究進展［J].人民長江，2020，51（10）：36-41.

[16]方群生，陳志和，唐川，等.基于FLO-2D數值模擬震區急陡型泥石流沖出量：以瓦窯溝為例[J].中山大學學報（自然科學版），2020，59（3） ：23 -31.

[17]陳華勇，柳金峰，趙萬玉，等.非透過性泥石流攔砂壩研究現狀及展望[J].防災減災工程學報，2016，36（2）：323-330.

[18]陳敦，李國玉，牛富俊，等.喜馬拉雅山區公路橋涵病害類型及特征研究[J].防災減災工程學報，2023，43（1）：18-31，59.

[19］劉興榮，周自強，董耀剛，等.泥石流攔擋壩破損分析及優化對策：以隴南市武都區為例[J].山地學報，2020，38（3）：473-482.

[20]卜祥航，唐川，屈永平，等.燒房溝滑坡型泥石流工程治理及效果分析[J].工程地質學報，2016，24（2）：220-227.

[21]黃迪文，游勇，孫昊.透過型攔砂壩庫內自清淤作用表現特征及效果評估[J].人民長江，2025，56（3）：48-54.

[22]孫昊，游勇，李道凌，等.透過型泥石流攔砂壩工程減災效果分析[J].自然災害學報，2023，32（6）：37-46.

[23]徐文靜，陳劍剛，王喜安，等.攔砂壩失效條件下泥石流潛在危險性分析[J].人民長江，2024，55（7）：115-122.

[24]王東坡，趙軍，張小梅，等.開口柔性防護網調控泥石流性能試驗研究［J].巖土力學，2022，43（5）：1237-1248.

[25]李明，劉勤，王玉寬，等.構建山區綜合減災與特色產業協同模式，助力我國山區高質量發展[J].中國科學院院刊，2023，38（12）：1818-1832.

[26]薛志佳，王召陽，張久鵬，等.泥石流作用下道路結構韌性分析及提升[J].吉林大學學報（工學版），2023，53（6）：1773-1781.

[27]王子寒，張彪，景曉昆，等.土工格室防治坡面型泥石流啟動機理研究［J].自然災害學報，2022，31（5）：140-149.

[28]謝湘平，王小軍，譚懿飛，等.組合式格柵裝置解決泥石流重力式攔砂壩的淤積問題[J].山地學報，2023，41（2）：228-242.

（編輯：胡旭東）

Abstract：Engineringconstructioninmountainousareasdisruptstheecologicalbalanceofthesuroundingenvironmentoften trigeringlocalizeddebrisflowdisasters.Debrisflowsinducedbyslopeslagaumulationexhibitdistinctcharacteristicsofsmall scaleandshort-tersuddeness，ecesitatingshort-termprotectionmeasuresfortmporaryfclisduringonstructio.This studysystematicallanalyzes thedisaster-causing mechanismsofsuch debrisflows，basedonnormalconditionandcongestionbreakingcondition.Theapplicabilityof existingdebris flowprevention measuresforshort-termprotectionis evaluated.Using availableresourcesduringconstructionandintegrating thecomplementaryadvantagesofvariousengineringmethods，acomprehensive preventionandcontrolsystemisdesignedbasedonphased treatment principles，whichincorporatesenergydisipation，slag retention，sedimentdepositionoveflowraiage，andfoundationsabilizationtocheveectiveshort-termprotectionwihlow constructionandoperationalcosts.Theproposedframework provides practicalinsightsforconstructionteamsinsimilarsenarios.

Key words：slope slag accumulation；debris flow；comprehensive preventionandcontrol system；construction period；shorttermprotection