雅西高速公路库区段岸坡失稳破坏机制研究

黄 艾，刘 智

(1.四川省地质矿产勘查开发局101地质队，四川成都610000；2.四川电力设计咨询有限责任公司，四川成都 610094)

1 概述

随着国家西部战略的不断发展与投入，在我国西南高山峡谷山区纷纷落成使用大量的不同类型的水库，库区公路就不可避免的涌现。由冰水堆积物组成的公路路基在水电站蓄水运行期间，冰水堆积物的物理、力学及水理性质在水库水位变动、波浪的冲刷、淘蚀等作用下，将破坏原有结构特征，使其失去稳定平衡条件，进而引起岸坡发生不同程度的路基坍塌以及库岸再造等问题与现象，然而这些岸坡的失稳破坏模式及其塌岸预测将会直接威到库区公路以及人民的财产生命安全。因此本文以雅泸高速公路瀑布沟库区K92+332～K92+765段冰水堆积体岸坡作为研究对象，对岸坡的失稳模式进行分析研究，建立基本的地质模式，进而对其塌岸范围做出分析和预测。

2 岸坡地质环境条件

2.1 地形地貌

高速公路K92+332～765段位于大渡河左岸，岸坡的走向总体为N20°～25°E，坡向大致为南东向，其中微地形特征随着高程变化主要表现为3段坡体形态：（1）在780m高程及以下为宽缓平坦的河流一级阶地；（2）在790～900m高程之间坡体坡度变陡，坡度普遍大于50°，局部坡体形态还呈直立状；（3）900～1060m高程之间，坡体变缓，坡度为13°～28°。总体上表现为缓—陡—缓的坡体变化特征。

2.2 地层岩性

根据勘察资料以及现场调查，研究区岸坡内的主要地层岩性由由震旦系上统苏雄组（Zsλ）流纹岩和第四系堆积体组成。高速公路K92+530典型工程地质剖面图（图1）所示，第四系堆积体主要由中下更新统的冰水堆积物（Q1+2gl+fgl）和全新统的河流冲积层（Q4al+pl）组成。

组成岸坡的冰水堆积物以杂色、灰色、暗紫灰色、紫红色为主，干燥—湿，成分以弱风化的流纹岩和流纹斑岩为主，由粉砂、粘粒充填，具有钙、泥质中等胶结作用，磨圆性差，呈次棱角—棱角状，粒径范围为2～200mm，大者达50cm。此层位分布于整个场区、层位稳定，且厚度大，呈稍密—密实状。

3 岸坡冰水堆积物结构特征分析

根据组成岸坡典型的冰水堆积体工程地质剖面所揭示的信息，综合分析可得出研究区的冰水堆积物的主要组成成分及其结构特征，具体如表1所示。

4 主要失稳破坏模式

根据现场调查和分析研究，得出研究区内冰水堆积体岸坡常见的4种变形失稳特征，即：a侵蚀—剥蚀模式、b蠕滑—拉裂模式、c淘蚀—滑移—拉裂模、d淘蚀—拉裂—滑塌模式，具体过程分析见表2。

图1 典型工程地质剖面图

表1 冰水堆积物组成及其结构特征

5 冰水堆积体岸坡塌岸分析研究

综合国内外对塌岸预测和稳定性分析的研究方法，常用的类型有图解法（包括图解和计算）、动力法、两段法和经验法等。由于库区地质环境条件具有多变性与复杂性，尚且行业内发展到目前为止还未发现一种成熟的、严谨的科学计算方法，这些方法均是基于工程实践得出的预测方法，在实际的工作中仍然被广泛地应用，具有一定的实际意义。

由前文分析结果可知，研究区段内岸坡的主要变形破坏模式共有4种类型。从实际情况出发，结合基础地质研究结果，为求得到较为准确的预测分析结果，本文采取两段法和极限平衡法对岸坡分别进行失稳评价和塌岸预测。

5.1 岸坡塌岸预测参数

结合勘察资料、实验数据以及现场调查，综合给出了两段法塌岸预测参数及岸坡各岩土体的物理力学参数，详见表3、表4。

5.2 塌岸预测及结果分析

经计算分析，得出两段法和极限平衡法塌岸预测的结果，详见表5、表6所示。

从计算结果可以得出以下几点结论：

表2 冰水堆积体岸坡失稳破坏模式分类及其特征分析

表3 两段法塌岸预测参数

（1）从计算过程以及预测结果来看，两段法只有在参数取值合理的情况下，对于蓄水位以下部分的岸坡塌岸分析预测结果是基本能反映出岸坡库岸再造的特性，但对于水位以上的坡体不能进行准确进行预测。

（2）极限平衡法理论基础可靠，对于水位以上整体形式失稳的岸坡的塌岸预测，分析结果较为可靠。

表4 极限平衡法塌岸预测物理力学参数

表5 塌岸宽度预测结果

表6 路基面坍塌宽度预测结果

综上所述，两段法对位于蓄水位以下坡体的预测结果还是比较可靠和准确，而对位于蓄水位以上部分坡体的预测结果却可能就有较大的偏差。针对在蓄水后岸坡最可能发生的失稳模式是淘蚀—拉裂—滑塌型失稳，为整体式失稳（对于该段岸坡而言），采用极限平衡法在对该段岸坡进行塌岸预测时，是较可靠的。

结合预测结果，该段岸坡需要采取相应经济合理的防治措施，例如采用一排预应力锚拉桩板墙的防治处理方案。

6 结论及治理建议

6.1 结论

（1）影响研究区冰水堆积体岸坡发生变形破坏的主要外部因素是库水的长期浸泡、风浪侵蚀、水流淘蚀以及水位变动引起的干湿交替作用，但由于此类堆积体岸坡具有特殊组成成分即冰水堆积物，以及特有的结构特征，这些外部因素的影响又与其他第四系堆积体之间存在着比较明显的差别。

（2）研究区冰水堆积体岸坡变形破坏主要表现为蠕滑—拉裂型、侵蚀—剥蚀型、淘蚀—滑移—拉裂型和淘蚀—拉裂—滑塌型4种模式。

（3）根据研究区段岸坡冰水堆积物的结构特征、工程地质条件以及变形破坏机制等，采用两段法、极限平衡法对该段岸坡进行塌岸预测比较，计算分析表明，极限平衡法预测塌岸的结果是较可靠的，因此，采用极限平衡法对冰水堆积体岸坡进行塌岸预测，其计算结果符合实际工程需要。

（4）根据极限平衡法的塌岸预测结果，高速公路K92+332～765段存在路基面坍塌的可能，因此，必须对该段岸坡采取治理措施。

6.2 治理建议

根据塌岸预测分析结果，结合研究区段的工程地质环境条件，从工程措施的技术、经济、施工等诸方面考虑，本文建议采用预应力锚拉桩板墙的方案对路基进行防治处理。

[1]张倬元，王士天，王兰生.工程地质分析原理[M].北京：地质出版社，1994.

[2]宋岳，段世委，陈书文.官厅水库塌岸影响因素分析[J].水利水电工程设计，2004，23(1)：34-37.

[3]刘才华，陈从新，冯夏庭，肖国峰.地下水对库岸边坡稳定性的影响 [J].岩土力学，2005，26(3)：419-422.

[4]许强，刘天翔，汤明高，黄润秋.三峡库区塌岸预测新方法——岸坡结构法[J].水文地质工程地质，2007（3）：110-115.

[5]黄润秋，许强，李渝生，等.三峡库区塌岸模式、塌岸预测参数与塌岸范围预测评价研究报告[R].2005.

[6]王跃敏，唐敬华，凌建明.水库坍岸预测方法研究[J].岩土工程学报，2000，22(5)：569-571.

[7]刘天翔，许强，黄润秋，等，三峡库区塌岸预测方法初步研究[J].成都理工大学学报，2005，32(6)：12-19.

[8]中科院地质研究所.水利水电工程地质[M].北京：科学出版社，1974.

[9]刘智.冰水堆积体岸坡塌岸模式及成因机制分析——以雅泸公路瀑布沟库区段为例[J].人民长江，2013，44(3)：20-24.

[10]王华军，涂国祥，李俊明.西南某高速公路库区段冰水堆积物塌岸预测及模式研究[J].湖南科技大学学报，2011，3(25)：20-24.