川九路沿线震后地质灾害及工程防护结构调查★

向 波,李朝阳

(四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610041)

0 引言

2017年8月8日的九寨沟地震[1]对位于震中的国道G544川主寺至九寨沟县城段公路(川九路)造成了严重损毁[2-3]。川九路距离震中最近，道路两侧山谷陡峻，地质环境极为脆弱，地震产生的大量滑坡堆积物为震后滑坡泥石流提供了丰富的物源。2018年雨季的大量降雨诱发大量滑坡、泥石流等地质灾害，严重影响了川九线的正常运营，对当地人民的生命财产安全构成巨大威胁。地震灾区震后线路工程的沿线地质灾害的防治成为灾后重建工作的重点。周德培等[4]在汶川地震后对边坡支护结构进行调查研究发现各类支护结构的震害机制不同，锚索框架等有较好的抗震性能。重力式路堑挡土墙在地震荷载作用下易发生变形开裂破坏[5]。汶川地震后灾区发生大量次生地质灾害发育分布与地震烈度相一致，给灾区灾后重建工作带来严重的威胁[6]。线路工程是灾区人民的生命线，是灾后重建工作的重要保障，然而山区地震后线路工程的多发的地质灾害及支护结构的损毁给灾区重建提出严峻挑战[7]。本文对川九路沿线地质灾害和支护结构的损伤进行了现场调查，分析了重大地震灾害后线路工程沿线地质灾害的特点及支护结构损伤特征，为山区线路工程的灾后重建工作提供指导。

1 地质概况

G544线川主寺至九寨沟县城段灾后恢复重建工程位于四川省北部高原，阿坝藏族羌族自治州东北部的九寨沟县和松潘县境内。地理位置介于北纬32°47′～33°21′、东经103°37′～104°12′之间。沿线最高海拔位于弓杠岭分水岭，高程约为3 530 m；最低海拔位于九寨沟县城岭岗岩隧道西北侧，高程约为1 480 m，九寨沟年降水量约550 mm，集中于5月～9月，占全年降水量的75%，常以暴雨形式出现[8]。川九路地貌主要为构造剥蚀中高山峡谷地貌和河流侵蚀堆积地貌。线路走廊带内广泛分布二叠系、三叠系地层和第四系地层，岩性为砂板岩、碳酸盐岩等和第四系松散堆积物[9]。其中第四系松散堆积物主要分布在河流中或斜坡、沟谷[10]。

2 降雨诱发的地质灾害

2.1 滑坡

滑坡是山体斜坡的一种表生动力地质现象，它的形成需要特定的地质条件，即一定的斜坡临空面，易于滑动的岩、土体，有软弱结构面及地下水沿软弱面不断活动等基本的地质条件。另外，还需有导致滑坡发生的诱导因素，如灾害性降雨、地震、人工活动、水流对地形的切割等。滑坡的形成是上述各种因素的不利组合和综合作用的结果。

九寨沟县城至弓杠岭段公路沿白河而行。沿线各河谷山高坡陡，既有软弱的片、板状变质岩，又有构造破碎岩层以及冰水堆积、坡残积、崩坡积松散层，该地区雨季暴发多，同时测区内有多条大断裂通过，区内及邻区地震活动频繁。容易诱发滑坡灾害的各种不良因素在本地区基本上均存在，因此该路段滑坡分布较为密集(见图1)。

滑坡主要分布于龙康桥、漳扎镇—甘海子、弓甘岭—川主寺等，其余路段零星分布。以松散层滑坡为主，局部为基岩滑坡，其中陡立的破碎岩体表部于地形陡峻处在重力作用下多发生弯曲-折断-滑移破坏。

滑坡造成的危害主要为淹没或摧毁道路、农田和农舍、堵塞河谷等，给人民生命财产安全带来直接危害。滑坡可采用抗滑挡墙、抗滑桩板墙等方式支挡。降雨滑坡事件汇总如表1所示。

九寨沟地震不仅诱发了大量的地震滑坡，而且严重扰动了道路两侧的表层岩土。大量的崩积物分布在道路两侧的坡面上，为后期雨季泥石流的发生提供了丰富的物源。大量的坡面物质失稳滑落，随表层径流冲进沟道内，坡面堆积体逐渐演变为沟谷堆积体，并且逐渐向沟口附近运移。

坡面松散堆积体的冲起主要是由于降雨入渗导致土壤的抗剪强度的降低。而且，由于地震时强烈的震动造成的大量的张拉裂缝，一些次表层土壤也逐渐失稳。以上因素都大大加强了震后降雨过程的滑坡活跃度。

2.2 崩塌及高位落石

陡坡上的岩、土体在重力或其他外力作用下，突然向下翻滚、坠落形成崩塌。规模较大的崩塌一般多发生在高度大于30 m，坡度大于45°，尤其是大于60°的陡坡上；崩塌、落石常发生在坚硬性脆的岩石和软硬互层(如灰岩、变质石英砂岩千枚岩、板岩互层等)构成的陡峻山坡；崩塌、落石还多发生在构造破碎、风化作用强烈、暴雨多发等地段。

九寨沟县城至川主寺段公路沿线多为高山深谷，地形陡峭，加之现代河流对坡脚的侧蚀作用以及人类活动产生的陡峭临空面，为崩塌、落石的形成提供了空间和背景条件(见图2)。同时区内及邻区地震活动强烈，夏季暴雨频繁，强度大、历时短，更为诱发崩塌、落石灾害的多发期。现测区各种不利因素均不同程度的存在，造成沿线崩塌堆积体、倒石堆、岩堆等发育。

崩塌、落石主要分布于白河、白水江的山谷中。崩塌、落石于不同地段呈单个或成群的形式出现，直接对公路建设、运营及给人民生命财产安全造成危害。

一般性崩塌可采用主动网、被动网、拦石墙的处治方式，对于高位崩塌还需采用棚洞或明洞的处治方式，部分路段需要采用隧道进行绕避。

2.3 泥石流

泥石流是在一定的地理条件下形成的由大量土石和水构成的固液两相流体，特定的地形形态和坡度、丰富的松散堆积物和集中的水流是发生泥石流的三项必要条件。而这些条件又受控于地质环境、气候、植被等因素及其组合状况。地质环境因素中以地貌形态、地层岩性、地质构造、不良地质、新构造运动等对泥石流生成影响最大。

泥石流多分布在地质构造复杂、岩石破碎、不良地质发育、新构造运动强烈、地震活动频繁，植被稀少的山区，特别是“8·8”九寨沟地震，大量崩塌落石堆积于沟谷内，这些区域为泥石流提供丰富的固体物质；干湿季节分明，暴雨多发降水集中的地区，一般岩体破碎，岩石物理风化强烈，大量风化碎屑堆积于山坡，遇到集中降水，极易激发成泥石流(见图3)。

容易诱发泥石流灾害的各种不良因素在本地区基本上均存在，因此，拟设路线受泥石流危害影响较严重。项目区内泥石流分布广泛，主要集中分布在九寨沟县城—塔玛(K0+000～K78+830)段、漳腊金矿等地。

由于“8·8”九寨沟地震，大量崩塌落石堆积于沟谷内，泥石流等次生灾害发生风险显著增加。从泥石流的形成方式和成因机理上，本区泥石流有沟谷泥石流和坡面泥石流两种。泥石流灾害可设置桥梁、渡槽跨越或拦挡坝支挡。

3 支护结构的破坏

本次调查针对川九线沿线现有和在建支护结构，对其工作状态、防护类型及损毁程度进行综合评定，旨在为川九路沿线后续灾害治理提供合理有效的防治措施。

挡土墙是最主要的防止土体失稳变形的支挡结构物，川九路沿线调查到的挡土墙破坏有：挡墙失稳破坏;挡土墙侧向位移破坏;落石砸坏挡土墙。下面分析具体的破坏特征及原因：

1)挡墙失稳破坏。图4所示挡土墙为“8·8”地震后为防止山体上部滑坡而新建挡墙，上部滑坡体为土石混合体，以砂土为主，附近基岩为强风化砂板岩，植被疏松，后缘裂缝分布较多，宽度约5 cm，地下水位较高，降雨时坡面有渗水现象，并伴有土石滚落，推断该处滑坡有继续下滑迹象，容易引发大规模垮塌。目前该挡墙下部已被掏空，需重新考虑加固措施。其原因主要就是修建时未考虑到该地区季节性降雨对挡土墙稳定性造成的不利影响，雨季大量降雨对挡墙下部造成严重的冲蚀破坏。

2)挡土墙的侧向位移破坏。滑坡形式表现为山体整体下坐(见图5)，主要变形发生于2017年8月8日九寨沟地震，后续有持续变形迹象，后缘距河谷约300 m高，宽约150 m，坡度约45°。该处公路出现上拱、扭曲破坏，下部河道被迫向外迁移。后缘有大量裂隙分布，裂隙平均宽度约5 cm，深度约30 cm，坡体中下部土体为深黑色黏土，现场调查发现滑动体含水量较高，后缘部分为含水量较低的砂土、黏土混合物。现场监测显示2018年雨季大量降雨下，该挡墙持续向公路侧位移，对公路造成极大破坏。该处挡墙破坏的主要原因是：“8·8”地震下该处滑坡活化产生面向公路的位移，降雨入渗导致了滑动面处土体有效应力降低，抗剪强度随之减少，导致滑坡体变形增加。

3)落石砸坏挡土墙。典型工点如图6所示，该处为川九路一处混凝土浇筑挡土墙，坡体结构为高位陡倾岩体+下部崩塌堆积斜坡(坡度35°～40°)，该处山体上部发生垮塌，垮塌高度为120 m，垮塌体主要沿坡面两条分离凹槽滚落，成分以碎块石为主，分布于坡体中部及下部，堆积体极松散，遇持续强降雨可形成坡面泥石流，对线路有潜在影响，同时高出崩落物有沿斜坡滚落至路面的危险，尤其是大块石，冲击动能大，已将挡土墙上部砸坏，同时部分石块飞跃过挡土墙将道路外侧的路灯砸烂，路面有大量被砸留下的坑洞，对道路及车辆具较大隐患。高陡岩质边坡在地震力作用下岩土体被大量破碎，降雨作用使得破碎岩土体松动破坏造成突然的崩塌破坏，对下部的挡土结构物及道路造成极大破坏。

4 结论

本文根据大量现场调查工作，总结了“8·8”地震后川九路沿线降雨诱发的地质灾害及支护结构的损毁特征，得出以下结论：

1)九寨沟地震后，川九路沿线岩土体较为破碎，2018年雨季降雨诱发了大量滑坡、泥石流及崩塌等地质灾害，给当地人民的生命财产安全带来了巨大的威胁。2)调查发现川九路沿线多处工程防护措施损毁，挡土结构的损毁模式有：挡墙失稳破坏、挡土墙侧向位移破坏、落石砸坏挡土墙。3)山区地震后自然灾害工程防护措施应考虑到当地自然环境特点，其中降雨是川九路工程防护措施失效的直接原因，在降雨多发地区要重点考虑工程措施降雨下的可靠度。