三峡库区高陡边坡崩塌机理分析与治理

2018-09-20兰俊刘杰张罗送高进高素芳

价值工程 2018年29期

兰俊刘杰张罗送高进高素芳

摘要：三峡工程作为一项世纪工程，曾经创下多个世界之最。但是，随着一段时间的运营，高陡边坡崩塌现象严重，为了使三峡工程更好造福于人民，需要做好高陡边坡崩塌治理工作。基于此，文章通过阐述三峡库区高陡边坡崩塌模式及形成机理，分析引发三峡库区边坡发生崩塌的因素，同时提出治理三峡库区高陡边坡崩塌的具体措施，为组织开展高陡边坡崩塌治理工作提供参考。

Abstract： As a century project， the Three Gorges Project has created the world's best in many aspects. However， with the operation of a period of time， the collapse of high and steep slopes is serious. In order to make the Three Gorges Project better for the benefit of the people， it is necessary to do a good job of high and steep slope collapse. Based on this， the article expounds the collapse mode and formation mechanism of high and steep slopes in the Three Gorges reservoir area， analyzes the factors causing the collapse of the slopes in the Three Gorges reservoir area， and proposes specific measures to control the collapse of high and steep slopes in the Three Gorges reservoir area to provide reference for the collapse treatment of steep slopes.

关键词：崩塌治理；边坡崩塌；三峡工程

Key words： collapse control；slope collapse；Three Gorges Project

中图分类号：U213.1+58 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）29-0220-02

0 引言

三峡作为一项伟大的水利水电工程，曾经创下多个世界之最，为中国赢得赞许。但是，自投入运行以来（开始蓄水），随着蓄水量的增加，库区沿岸出现变形等影响三峡正常使用的现象。尤其是破损部位，在风化等外力的作用下，导致岩体出现不同程度的破碎，并且库区沿岸存在人工开挖形成的高陡边坡，在一定程度上暴露出严重问题。在这种情况下，为了使三峡更好地造福于人民，需要深入研究分析高陡边坡崩塌破坏形成的机理，进一步采取针对性的治理措施，深入挖掘三峡工程的使用价值。

1 三峡库区高陡边坡崩塌模式及形成机理

从破坏模式的角度来说，可以将三峡库区崩塌灾害分为以下几类：

1.1 拉剪倾倒式崩塌对于三峡库区来说，从地质环境的角度分析，无论是两岸、冲沟地段，还是陡坡上，到处都可以看到巨大、直立的岩体，并且这些岩体脱离稳定岩体，同时以垂直节理、裂缝的方式存在于稳定岩体之外，其夹角普遍超过25°进而在一定程度上导致这些岩体出现陡崖，以及陡坡的卸荷张拉结构面，甚至主控结构面下部存在于陡崖或陡坡的岩体内。对于这类岩体来说，其特点主要表现为高、窄，普遍缺乏横向稳定性，尤其是岩体发生失稳时，容易引发转动性倾倒。以云阳段为例，在整个三峡库区，云阳段的地质结构主要是泥、砂岩互层，这些岩层被风化的程度存在一定的差异性，尤其是泥岩层，相对于砂岩层来说，这类地质更容易风化。由于砂岩层的强度较高，与软弱互層的岩层相比，如果其产生竖向不稳定的裂隙，那么容易导致高陡直立岩体发生拉剪倾倒式崩塌。

1.2 滑移式崩塌与拉剪倾倒式崩塌相比，滑移式崩塌主要发生在一些陡坡上，对于这些陡坡来说，在不稳定岩土体下部存在向下倾斜的光滑结构面或软弱面的作用下，而引发的一系列的崩塌现象，通常情况下，其破坏面角度低于45°。岩土体发生滑移是引发这种崩塌的关键所在，当岩土体的重心滑出陡坡时，这时必然引发崩塌。

在三峡库区，随着水库水量的增加，导致水对岩层产生不同程度的侵蚀，随着侵蚀的加剧，最终造成岩体沿着下部的软弱结构面向临空方向发生移动，随着移动距离的延长，使得后缘产生拉裂缝，对于这些后缘裂缝来说，在渗入水的作用下，进一步恶化了裂缝，并且使得裂缝不断向下延伸，导致下部软弱结构面进一步被软化，同时造成抗剪强度的降低，在这种情况下，沿软弱结构面导致上部较陡的岩体出现不同程度的滑动，尤其是重心滑出边坡时，就会引发崩塌病害。

1.3 推移式崩塌与1.1、1.2两种崩塌相比，推移式崩塌是由于陡坡上存在不稳定的岩土体，以及存在较厚的软岩层（松软岩层等），在不断长大节理的作用下，导致不稳定岩土体与稳定岩土体出现相互分离，尤其面对大雨冲刷或地下水补给时，容易造成下部较厚的软弱层、软岩等出现不同程度的软化，在上部岩土体的重压下，如果软岩自身的抗压强度低于压应力时，导致软岩被挤出，在一定程度上出现软弱夹层向外推移而变形的现象。随着变形的不断恶化，最终导致不稳定岩土体不断下沉、外移，尤其重心移出坡外时，就会引发崩塌。

推移式崩塌在三峡库区云阳段较为常见，其原因是该段多为软硬互层的泥、砂岩层，尤其是库区蓄水运营后，随着水位的上升，导致被水侵蚀的软弱泥岩发生推移式破坏，进而引发崩塌。

1.4 拉裂式崩塌所谓拉裂式崩塌是指软硬相间的岩层构成陡坡时，受风化、河流冲刷的影响，上部坚硬的岩层通常以悬臂梁的形式出现在断面上。在重力的作用下，进一步加剧裂隙节点附近的节理，同时出现拉应力向尚未产生节理裂隙部位集中，当拉应力超过这部分岩土体的抗拉强度时，就会导致拉裂缝向下发展，进一步导致突出的巖土体发生崩塌。在三峡库区，一些陡岩、孤岩等在风化作用的影响下，一旦遭受拉裂破坏，就会脱离母岩发生坠落，进行形成拉裂式崩塌。

1.5 错断式崩塌对于陡坡上的长柱状、板状等不稳定岩体来说，受某些因素的影响，进一步增加了不稳定岩土体的自重，或者随着下部断面的减小，进而剪断了长柱状、板状等不稳定岩土体的下部，进一步引发错断式崩塌。引发这种崩塌的原因主要是岩土体下部产生的剪切应力超出了岩石的抗剪强度。

2 三峡库区边坡发生崩塌的诱因

在各种病害中，崩塌属于地质结构性病害，其形成往往是多个因素相互作用的结果。对于三峡水利水电工程来说，其库区边坡发生崩塌病害有着自身的影响因素，主要表现为：

2.1 地形地貌对于三峡库区来说，蓄水前后其水位存在严重的落差，这种落差受三峡库区地形地貌的影响较为严重，尤其是有些边坡处于峡谷中，其坡度多在30°-40°之间，在这种地形结构的影响下，容易导致造成孤立山嘴、凹形陡坡等发生崩塌，并且，边坡周围可能存在不同程度的冲沟，使得边坡的稳定性受到不同程度的影响。

2.2 地层岩性在引发崩塌的因素中，斜坡地层岩性是一个关键性因素，对于坚硬完整的岩石来说，通常情况下，可以维持较高、较陡的边坡，反之，就容易发生崩塌。以三峡库区云阳段为例，该段的地层是软硬互换水平层状结构，这种地层组成主要包括泥、砂岩交替互层或厚层砂岩夹泥岩。根据研究结果显示：对于泥、砂岩互层构成的边坡，由于砂岩抗风化能力大于泥岩，在风化的影响下，泥岩遭受剥蚀，进一步形成空腔，对于砂岩来说，受结构面切割的影响，而发生不同程度的崩塌。

2.3 断裂构造在岩体发生崩塌病害的过程中，断裂在一定程度上为岩体破碎、水的渗入等创造条件。对于崩塌发育地带来说，无论是延伸方向，还是发育规模，以及分布密度等都受到断裂带的影响。在三峡库区中，由于库区蓄水前后水位落差较大，同时在风化等因素的影响下，使得岩体出现破碎等，并且节理、裂隙等构造面，也会对坡体产生切割与分离，在一定程度上引发崩塌。随着旧裂隙的恶化，以及新裂缝的产生，进一步加剧了坡体中的发育，最终引发崩塌病害。

2.4 水的作用在诱发边坡病害的因素中，水是一项重要的因素。从实际的崩塌情况来看，崩塌主要发生在连续降雨之后，由于三峡库区雨量充沛，随着水对边坡的冲刷、侵蚀、渗透等，进一步加剧了坡体崩塌。根据调查结果显示：在三峡库区云阳段，边坡崩塌比较常见，这种灾害主要发生在雨季。

3 治理三峡库区高陡边坡崩塌的具体措施

从理论的角度来说，加固危岩体是防治崩塌主要举措，一方面可以阻止危岩体发生脱落，另一方面从人为的角度干预卸荷裂隙的扩张、卸荷裂隙区的扩展等，在一定程度上确保边坡的稳定性。从治理三峡库区高陡边坡崩塌的效果来看，治理高陡边坡可以从以下方面着手：

3.1 排水排水是治理高陡边坡发生崩塌的关键，在三峡库区，如果某地段有水活动，这时需要布置排水装置，对水进行拦截、疏导处理。通常情况下，排水可以分为两类：一类是地表排水法，地表排水是在崩塌可能发展的外围（一般在5米以外），设置若干条环形截水沟，借助截水沟对斜坡上部流向斜坡的水流进行拦截处理。另一类是地下排水法，地下排水主要是借助排水系统，包括截水盲沟、支撑盲沟、盲洞等众多工程设施。用片石填补坡体中的裂隙、缝、空洞等，通过填补的方式，在一定程度上抑制裂隙、缝、洞的恶化。

3.2 削坡锚固在治理边坡崩塌过程中，借助削坡锚固的方式处理危石、孤石突出的山嘴，以及遭受风化侵蚀的坡体，通过人为干预的方式抑制边坡恶化，以此防止边坡发生崩塌。这种防治方法在边坡陡峭、危石孤石突出的山坡上应用较为广泛。在削坡过程中，通常情况下需要进行锚固处理，在卸荷裂隙区、危岩区等（这些地段裂隙较为密集），通过对部分危岩体给予清除处理，同时借助锚杆、挂网喷护等方式处理危岩体，通过处理对卸荷裂隙的产生、卸荷裂隙区的扩展等进行人为干预，进一步对已形成的危岩体进行加固。在应用削坡锚固法时，需要对边坡岩体结构、裂隙面特征、卸荷裂隙的扩展特征等因素进行综合分析，以此加固高陡边坡，防止其发生崩塌。

3.3 支挡拦截对于三峡库区来说，由于一些地段发生坠石、剥落，以及小型崩塌等危害主要集中在雨后，针对这些地段可以在坡脚、半坡上设置拦截物，对坠石、剥落物、崩塌物等进行拦截处理，比较常用的拦截方式诸如落石平台、落石槽，以及修建挡石墙等，借助这些辅助工程拦截处理坠石等。对于突出岩石、大孤石不稳定的地段，通过修建支柱、支挡墙，以及用废钢轨进行支撑等方式进行处理，以此确保这些地段的稳定性。

4 结论

三峡是一项伟大的水利水电工程，做好高陡边坡崩塌防治是一项重要的工作。对此，需要对边坡进行综合评价，通过开展大量实地勘察和理论分析工作，深入研究分析引发边坡崩塌的各种因素，抓住主要因素，从主要因素的角度开展崩塌治理工作，通过选择合理的治理措施，从根本上最大限度确保高陡边坡的稳定性，使得三峡工程更好地造福于人民。