廣東省韶關(guān)市316縣道河道型水庫庫岸路基塌方成因分析

孫巖+肖秀明+車海清

摘要：廣東省韶關(guān)市316縣道K15+000～200段與北江河道并行，一面山地，一面臨河，為典型的河道型水庫庫岸填方路基。2011年12月此路段發(fā)生嚴(yán)重塌方，本文根據(jù)此路段地質(zhì)環(huán)境條件，分析論證致災(zāi)地質(zhì)作用類型、主導(dǎo)地質(zhì)環(huán)境因素、從屬地質(zhì)環(huán)境因素和激發(fā)因素。探討了庫水位上升和下降、側(cè)蝕作用及科氏力作用對(duì)庫岸路基穩(wěn)定性的影響。

關(guān)鍵詞：庫岸路基塌方；地質(zhì)災(zāi)害；庫水位漲落；成因分析

1.概述

岸坡巖土體的失穩(wěn)破壞實(shí)質(zhì)上是由巖土體結(jié)構(gòu)、粒度組分和地質(zhì)環(huán)境條件等多要素共同控制下的失穩(wěn)破壞過程，其中巖土體所處的地質(zhì)環(huán)境條件是非常重要的一方面。廣東省韶關(guān)市316縣道K15+000-200塌方路段位于廣東省韶關(guān)市曲江區(qū)白沙鎮(zhèn)，漾涅水電站庫區(qū)上游，北江右岸外側(cè)（凹岸）轉(zhuǎn)彎處。因廣樂高速施工，曲江漾涅水電站對(duì)水庫水位進(jìn)行了調(diào)整。計(jì)劃放水時(shí)間共計(jì)6天，至第四日晚該路段發(fā)生公路塌方，導(dǎo)致X316縣道交通中斷。公路路基塌方在當(dāng)?shù)卮迕穹课菹滦纬闪烁卟罴s5m近直立陡坎。該路段擋土墻、路基填土全部塌方，路面已全部破碎。

本文通過現(xiàn)場(chǎng)勘查、地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，并根據(jù)此路段地質(zhì)環(huán)境條件，分析論證致災(zāi)地質(zhì)作用類型、主導(dǎo)地質(zhì)環(huán)境因素、從屬地質(zhì)環(huán)境因素和激發(fā)因素。探討了庫水位上升和下降、側(cè)蝕作用及科氏力作用對(duì)庫岸路基穩(wěn)定性的影響。

2.工程地質(zhì)條件

2.1自然地理及工程概況。塌方路段處于低山丘陵地貌，塌方路段與北江河道并行。西側(cè)山坡的匯水面積較大，且公路路基未在此路段預(yù)留排水涵道。塌方路段位于北江右岸外側(cè)（凹岸）轉(zhuǎn)彎處，一面傍山，一面臨河（北江）。本區(qū)域主要接受大氣降雨和地表徑流補(bǔ)給。地表徑流較發(fā)育，沖刷較強(qiáng)烈。316縣道塌方路段地處南嶺山脈中段南麓，河谷兩岸均為第四系地層覆蓋，河流沖刷、切割2m～5m不等。河谷開闊，河道彎曲，兩岸有斷續(xù)的長(zhǎng)條狀一級(jí)階地，局部分布有二級(jí)基座階地，河床至二級(jí)階地高差43m～53m，坡度1°～8°，河床斷續(xù)分布有河漫灘堆積物及沙洲，形成河汊，一級(jí)階地與河床比高3m～5m，二級(jí)階地與河床比高6m～11m。塌方路段西側(cè)為文峰嶺，山頂標(biāo)高為273.8m，地形坡度30°～60°，山勢(shì)陡峻，植被較發(fā)育。

2.2巖土體結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。據(jù)野外調(diào)查及有關(guān)工程勘察資料，塌方路段內(nèi)巖層傾向與路基邊坡坡向相反。主要地層為：①人工填土層，為雜色雜填土，主要為公路路基，稍濕，松散狀，主要成分為最上部混凝土路面厚約0.3m，其他均為灰雜色碎石及粘土，土質(zhì)不均勻。②沖積層，為暗黃色粘土，稍濕，狀態(tài)軟塑，局部可塑。主要成分為粘性土，含30%～45%中粗砂，土質(zhì)不均，分選較差。③砂質(zhì)頁巖，隱伏于第四系土層之下，巖性為灰褐色砂質(zhì)頁巖，穩(wěn)定連續(xù)分布于整個(gè)場(chǎng)地。巖面起伏變化較大，巖石風(fēng)化成砂土狀，原巖頁理結(jié)構(gòu)尚清晰可見，風(fēng)化程度不均勻，含有弱風(fēng)化砂巖碎塊。塌方路段內(nèi)巖土體類型較多，各類巖土體力學(xué)性質(zhì)差異較大，整體上路基填土及其下部沖積層水理性質(zhì)較差，抗沖刷侵蝕較差。

3.成因分析

3.1環(huán)境地質(zhì)因素。塌方路段原始地形為河谷階地。因修建316縣道而進(jìn)行人工削坡，路基填筑，改變了原有地形地貌，填土邊坡大于5m，破壞了邊坡的自然平衡。

路基土層以砂質(zhì)粘性土為主，且含砂量較高。土體水理性質(zhì)較差，級(jí)配較差，結(jié)構(gòu)松散，抗沖刷侵蝕較差。長(zhǎng)期的水流侵蝕作用使邊坡底部被淘空，使上部土體失去支撐即發(fā)生塌岸。

3.2庫水位漲落對(duì)路基穩(wěn)定性影響分析。由于下游曲江濛涅水電站因廣樂高速施工對(duì)水庫水位進(jìn)行了調(diào)整。計(jì)劃放水時(shí)間共6天，至第四日晚水位下降約6m。水庫在蓄水和放水過程中會(huì)誘發(fā)各種形式的地質(zhì)災(zāi)害，如庫岸崩塌、滑坡等。水位漲落引起滑坡破壞的原因可以歸納如下兩個(gè)方面：

3.2.1物理、化學(xué)作用。隨著水庫水位上升，周圍的地下水位也隨之上升，使地下水和庫水共同作用于巖土體介質(zhì)和岸坡表面，對(duì)巖土體產(chǎn)生物理和化學(xué)作用。物理作用主要是飽和、軟化庫岸路基巖土體，從而使巖土體的強(qiáng)度降低；化學(xué)作用主要是通過水～巖土體礦物元素的溶解、交換、水解等作用來改變巖土體的土質(zhì)結(jié)構(gòu)而降低其物理力學(xué)強(qiáng)度。

3.2.2力學(xué)作用。靜水作用：當(dāng)水庫水位上漲，庫岸路基巖土體處于靜水工況時(shí)，巖土體處于飽水狀態(tài)，根據(jù)有效應(yīng)力原理，孔隙水靜水壓力增大的同時(shí)減小了巖土體中有效應(yīng)力而降低巖土體強(qiáng)度。另外當(dāng)庫水開始蓄水時(shí)，岸坡下部淹沒部分就會(huì)產(chǎn)生浮托力作用，這種浮力作用使得坡腳部分的有效重量減少，造成整個(gè)滑坡體的抗滑力變小，邊坡穩(wěn)定性降低。

動(dòng)水作用：水庫內(nèi)水位大幅度下降會(huì)對(duì)庫岸邊坡產(chǎn)生滲透水動(dòng)水壓力。當(dāng)水庫水位急劇下降時(shí)，存在于庫岸邊坡巖土體中的地下水水位下降有一定時(shí)間上的滯后，在這期間地下水位要高于水庫的水位，此時(shí)在邊坡中地下水滲流產(chǎn)生滲透水壓力，其滲流方向指向坡外，這將造成邊坡下滑力增大，整體穩(wěn)定性降低，容易誘發(fā)庫岸崩塌、滑坡，特別是庫岸邊坡透水性較小的時(shí)候，對(duì)岸坡穩(wěn)定性影響就尤為明顯。

33河流侵蝕作用對(duì)路基穩(wěn)定性影響分析。第四紀(jì)以來，區(qū)內(nèi)地殼間歇式上升，但上升速度較慢，在丘陵區(qū)，以溶蝕、侵蝕和剝蝕作用為主，北面壺天群地層的溶洞發(fā)育高程多在lOOm左右；東南面湞江、武江及北河谷地帶以侵蝕堆積作用為主，沿河岸僅發(fā)育有1級(jí)～2級(jí)階地。以上這些現(xiàn)象足以說明北江河谷區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)比較強(qiáng)烈。上升期河流下蝕河床作用強(qiáng)烈，側(cè)蝕塌岸作用較發(fā)育，下降期河流塌岸作用較發(fā)育。從影響時(shí)間和作用強(qiáng)度來分析，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)坍塌路段影響作用較強(qiáng)。

按河流侵蝕作用的方向，可分為側(cè)蝕作用和下蝕作用。河流的側(cè)蝕作用是產(chǎn)生水庫庫岸崩塌地質(zhì)災(zāi)害的主要外力。側(cè)蝕作用產(chǎn)生的原因主要是：①?gòu)澋离x心力作用；②科里奧利效應(yīng)（科氏力作用）。河流側(cè)蝕作用的最終結(jié)果，凹岸受沖蝕和磨蝕塌岸后退，凸岸沉積增寬前進(jìn)，河床進(jìn)一步彎曲。endprint

3.3.1彎道離心力作用。河道彎曲部位水流因慣性作用而產(chǎn)生離心力，水體向凹岸集中導(dǎo)致河道彎曲處產(chǎn)生河流的橫向環(huán)流，環(huán)流在凹岸順坡向下流動(dòng)，不斷對(duì)凹岸進(jìn)行沖蝕和磨蝕，掏空岸坡的下部。岸坡上部巖土體失去支撐在重力作用下發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害。凹岸不斷向旁側(cè)及下游方向侵蝕推進(jìn)，因此在凹岸易形成高而陡的懸崖或陡坡。凸岸底流向上運(yùn)動(dòng)，流向表面。因此從凹岸侵蝕下來的巖土體又被橫向環(huán)流帶到凸岸沉積下來。在凸岸形成平緩的河漫灘，并不斷擴(kuò)展增寬。這樣使河床彎曲程度增大，并同時(shí)加寬了河床，使河床在平面上呈“U”字型。

塌方路段為典型的河灣浸水路基，其水下邊坡受水流沖刷侵蝕發(fā)生塌方。且此處易發(fā)生河道橫向環(huán)流，因水流流速增大致水流沖刷能力增強(qiáng)，凹岸水下路基巖土體最容易起動(dòng)，水流凹岸岸坡不斷沖蝕，導(dǎo)致凹岸路基邊坡坡腳掏空而造成岸坡失穩(wěn)、崩塌。根據(jù)調(diào)查，北江沿岸凸岸側(cè)和岸坡有拋石防沖刷處理江岸均未見發(fā)生庫岸塌方現(xiàn)象。

3.3.2科里奧利效應(yīng)（科氏力作用）。由于自轉(zhuǎn)的存在，地球并非一個(gè)慣性系，而是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)參照系?？剖狭κ菍?duì)旋轉(zhuǎn)體系中進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)由于慣性相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體系產(chǎn)生的直線運(yùn)動(dòng)的偏移的一種描述。

地球上的河流除赤道外，都會(huì)受到科氏力的作用而導(dǎo)致河道的一邊往往比另一邊沖刷得更厲害。因?yàn)樵诒卑肭蛩魇艿娇剖狭Φ淖饔枚蛴谟野?，所以河流的右岸?huì)受到水流更嚴(yán)重的侵蝕。例如本次發(fā)生塌方的江岸路段，在其右岸凹岸側(cè)表現(xiàn)很明顯。

4.結(jié)論及防治建議

綜合各種因素對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響分析，316縣道崩塌地質(zhì)災(zāi)害是在特定的地形地貌、地質(zhì)環(huán)境條件、氣象水文條件以及人類工程活動(dòng)影響下產(chǎn)生的。其影響因素主要為自然因素和人類活動(dòng)兩種。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響是要經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期才能體現(xiàn)出來的，塌方的主要因素是水庫水位漲落、河流侵蝕、暴雨沖刷、波浪侵蝕、地下水機(jī)械潛蝕等周期性變化等自然因素。河流對(duì)岸坡的侵蝕作用是直接致災(zāi)因素，特別是高水位期河流對(duì)岸坡的侵蝕作用，最基本的因素是科氏力作用和庫岸邊坡巖土體結(jié)構(gòu)和組成。人類工程活動(dòng)及濛涅水電站放水作業(yè)是路基塌方發(fā)生的直接誘發(fā)因素。

為了加強(qiáng)路基邊坡的抗沖刷能力建議采用鋼筋砼擋土墻，其基底埋深大于最大沖刷深度以下0.5m～1.0m。墻內(nèi)路基填土采用級(jí)配較好的粘性土，防止因地下水徑流作用導(dǎo)致其細(xì)顆粒流失。建議對(duì)漾涅水電站上下游河道岸坡進(jìn)行安全排查，對(duì)岸坡防沖刷性能較差路段進(jìn)行工程防治，以避免類似災(zāi)害再次發(fā)生。endprint