雅西高速公路庫(kù)區(qū)段岸坡失穩(wěn)破壞機(jī)制研究

黃 艾，劉 智

(1.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局101地質(zhì)隊(duì)，四川成都610000；2.四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，四川成都 610094)

1 概述

隨著國(guó)家西部戰(zhàn)略的不斷發(fā)展與投入，在我國(guó)西南高山峽谷山區(qū)紛紛落成使用大量的不同類型的水庫(kù)，庫(kù)區(qū)公路就不可避免的涌現(xiàn)。由冰水堆積物組成的公路路基在水電站蓄水運(yùn)行期間，冰水堆積物的物理、力學(xué)及水理性質(zhì)在水庫(kù)水位變動(dòng)、波浪的沖刷、淘蝕等作用下，將破壞原有結(jié)構(gòu)特征，使其失去穩(wěn)定平衡條件，進(jìn)而引起岸坡發(fā)生不同程度的路基坍塌以及庫(kù)岸再造等問(wèn)題與現(xiàn)象，然而這些岸坡的失穩(wěn)破壞模式及其塌岸預(yù)測(cè)將會(huì)直接威到庫(kù)區(qū)公路以及人民的財(cái)產(chǎn)生命安全。因此本文以雅瀘高速公路瀑布溝庫(kù)區(qū)K92+332～K92+765段冰水堆積體岸坡作為研究對(duì)象，對(duì)岸坡的失穩(wěn)模式進(jìn)行分析研究，建立基本的地質(zhì)模式，進(jìn)而對(duì)其塌岸范圍做出分析和預(yù)測(cè)。

2 岸坡地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 地形地貌

高速公路K92+332～765段位于大渡河左岸，岸坡的走向總體為N20°～25°E，坡向大致為南東向，其中微地形特征隨著高程變化主要表現(xiàn)為3段坡體形態(tài)：（1）在780m高程及以下為寬緩平坦的河流一級(jí)階地；（2）在790～900m高程之間坡體坡度變陡，坡度普遍大于50°，局部坡體形態(tài)還呈直立狀；（3）900～1060m高程之間，坡體變緩，坡度為13°～28°?？傮w上表現(xiàn)為緩—陡—緩的坡體變化特征。

2.2 地層巖性

根據(jù)勘察資料以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，研究區(qū)岸坡內(nèi)的主要地層巖性由由震旦系上統(tǒng)蘇雄組（Zsλ）流紋巖和第四系堆積體組成。高速公路K92+530典型工程地質(zhì)剖面圖（圖1）所示，第四系堆積體主要由中下更新統(tǒng)的冰水堆積物（Q1+2gl+fgl）和全新統(tǒng)的河流沖積層（Q4al+pl）組成。

組成岸坡的冰水堆積物以雜色、灰色、暗紫灰色、紫紅色為主，干燥—濕，成分以弱風(fēng)化的流紋巖和流紋斑巖為主，由粉砂、粘粒充填，具有鈣、泥質(zhì)中等膠結(jié)作用，磨圓性差，呈次棱角—棱角狀，粒徑范圍為2～200mm，大者達(dá)50cm。此層位分布于整個(gè)場(chǎng)區(qū)、層位穩(wěn)定，且厚度大，呈稍密—密實(shí)狀。

3 岸坡冰水堆積物結(jié)構(gòu)特征分析

根據(jù)組成岸坡典型的冰水堆積體工程地質(zhì)剖面所揭示的信息，綜合分析可得出研究區(qū)的冰水堆積物的主要組成成分及其結(jié)構(gòu)特征，具體如表1所示。

4 主要失穩(wěn)破壞模式

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和分析研究，得出研究區(qū)內(nèi)冰水堆積體岸坡常見的4種變形失穩(wěn)特征，即：a侵蝕—?jiǎng)兾g模式、b蠕滑—拉裂模式、c淘蝕—滑移—拉裂模、d淘蝕—拉裂—滑塌模式，具體過(guò)程分析見表2。

圖1 典型工程地質(zhì)剖面圖

表1 冰水堆積物組成及其結(jié)構(gòu)特征

5 冰水堆積體岸坡塌岸分析研究

綜合國(guó)內(nèi)外對(duì)塌岸預(yù)測(cè)和穩(wěn)定性分析的研究方法，常用的類型有圖解法（包括圖解和計(jì)算）、動(dòng)力法、兩段法和經(jīng)驗(yàn)法等。由于庫(kù)區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件具有多變性與復(fù)雜性，尚且行業(yè)內(nèi)發(fā)展到目前為止還未發(fā)現(xiàn)一種成熟的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)計(jì)算方法，這些方法均是基于工程實(shí)踐得出的預(yù)測(cè)方法，在實(shí)際的工作中仍然被廣泛地應(yīng)用，具有一定的實(shí)際意義。

由前文分析結(jié)果可知，研究區(qū)段內(nèi)岸坡的主要變形破壞模式共有4種類型。從實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合基礎(chǔ)地質(zhì)研究結(jié)果，為求得到較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)分析結(jié)果，本文采取兩段法和極限平衡法對(duì)岸坡分別進(jìn)行失穩(wěn)評(píng)價(jià)和塌岸預(yù)測(cè)。

5.1 岸坡塌岸預(yù)測(cè)參數(shù)

結(jié)合勘察資料、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，綜合給出了兩段法塌岸預(yù)測(cè)參數(shù)及岸坡各巖土體的物理力學(xué)參數(shù)，詳見表3、表4。

5.2 塌岸預(yù)測(cè)及結(jié)果分析

經(jīng)計(jì)算分析，得出兩段法和極限平衡法塌岸預(yù)測(cè)的結(jié)果，詳見表5、表6所示。

從計(jì)算結(jié)果可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

表2 冰水堆積體岸坡失穩(wěn)破壞模式分類及其特征分析

表3 兩段法塌岸預(yù)測(cè)參數(shù)

（1）從計(jì)算過(guò)程以及預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)看，兩段法只有在參數(shù)取值合理的情況下，對(duì)于蓄水位以下部分的岸坡塌岸分析預(yù)測(cè)結(jié)果是基本能反映出岸坡庫(kù)岸再造的特性，但對(duì)于水位以上的坡體不能進(jìn)行準(zhǔn)確進(jìn)行預(yù)測(cè)。

（2）極限平衡法理論基礎(chǔ)可靠，對(duì)于水位以上整體形式失穩(wěn)的岸坡的塌岸預(yù)測(cè)，分析結(jié)果較為可靠。

表4 極限平衡法塌岸預(yù)測(cè)物理力學(xué)參數(shù)

表5 塌岸寬度預(yù)測(cè)結(jié)果

表6 路基面坍塌寬度預(yù)測(cè)結(jié)果

綜上所述，兩段法對(duì)位于蓄水位以下坡體的預(yù)測(cè)結(jié)果還是比較可靠和準(zhǔn)確，而對(duì)位于蓄水位以上部分坡體的預(yù)測(cè)結(jié)果卻可能就有較大的偏差。針對(duì)在蓄水后岸坡最可能發(fā)生的失穩(wěn)模式是淘蝕—拉裂—滑塌型失穩(wěn)，為整體式失穩(wěn)（對(duì)于該段岸坡而言），采用極限平衡法在對(duì)該段岸坡進(jìn)行塌岸預(yù)測(cè)時(shí)，是較可靠的。

結(jié)合預(yù)測(cè)結(jié)果，該段岸坡需要采取相應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理的防治措施，例如采用一排預(yù)應(yīng)力錨拉樁板墻的防治處理方案。

6 結(jié)論及治理建議

6.1 結(jié)論

（1）影響研究區(qū)冰水堆積體岸坡發(fā)生變形破壞的主要外部因素是庫(kù)水的長(zhǎng)期浸泡、風(fēng)浪侵蝕、水流淘蝕以及水位變動(dòng)引起的干濕交替作用，但由于此類堆積體岸坡具有特殊組成成分即冰水堆積物，以及特有的結(jié)構(gòu)特征，這些外部因素的影響又與其他第四系堆積體之間存在著比較明顯的差別。

（2）研究區(qū)冰水堆積體岸坡變形破壞主要表現(xiàn)為蠕滑—拉裂型、侵蝕—?jiǎng)兾g型、淘蝕—滑移—拉裂型和淘蝕—拉裂—滑塌型4種模式。

（3）根據(jù)研究區(qū)段岸坡冰水堆積物的結(jié)構(gòu)特征、工程地質(zhì)條件以及變形破壞機(jī)制等，采用兩段法、極限平衡法對(duì)該段岸坡進(jìn)行塌岸預(yù)測(cè)比較，計(jì)算分析表明，極限平衡法預(yù)測(cè)塌岸的結(jié)果是較可靠的，因此，采用極限平衡法對(duì)冰水堆積體岸坡進(jìn)行塌岸預(yù)測(cè)，其計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際工程需要。

（4）根據(jù)極限平衡法的塌岸預(yù)測(cè)結(jié)果，高速公路K92+332～765段存在路基面坍塌的可能，因此，必須對(duì)該段岸坡采取治理措施。

6.2 治理建議

根據(jù)塌岸預(yù)測(cè)分析結(jié)果，結(jié)合研究區(qū)段的工程地質(zhì)環(huán)境條件，從工程措施的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、施工等諸方面考慮，本文建議采用預(yù)應(yīng)力錨拉樁板墻的方案對(duì)路基進(jìn)行防治處理。

[1]張倬元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理[M].北京：地質(zhì)出版社，1994.

[2]宋岳，段世委，陳書文.官?gòu)d水庫(kù)塌岸影響因素分析[J].水利水電工程設(shè)計(jì)，2004，23(1)：34-37.

[3]劉才華，陳從新，馮夏庭，肖國(guó)峰.地下水對(duì)庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定性的影響 [J].巖土力學(xué)，2005，26(3)：419-422.

[4]許強(qiáng)，劉天翔，湯明高，黃潤(rùn)秋.三峽庫(kù)區(qū)塌岸預(yù)測(cè)新方法——岸坡結(jié)構(gòu)法[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2007（3）：110-115.

[5]黃潤(rùn)秋，許強(qiáng)，李渝生，等.三峽庫(kù)區(qū)塌岸模式、塌岸預(yù)測(cè)參數(shù)與塌岸范圍預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)研究報(bào)告[R].2005.

[6]王躍敏，唐敬華，凌建明.水庫(kù)坍岸預(yù)測(cè)方法研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2000，22(5)：569-571.

[7]劉天翔，許強(qiáng)，黃潤(rùn)秋，等，三峽庫(kù)區(qū)塌岸預(yù)測(cè)方法初步研究[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，32(6)：12-19.

[8]中科院地質(zhì)研究所.水利水電工程地質(zhì)[M].北京：科學(xué)出版社，1974.

[9]劉智.冰水堆積體岸坡塌岸模式及成因機(jī)制分析——以雅瀘公路瀑布溝庫(kù)區(qū)段為例[J].人民長(zhǎng)江，2013，44(3)：20-24.

[10]王華軍，涂國(guó)祥，李俊明.西南某高速公路庫(kù)區(qū)段冰水堆積物塌岸預(yù)測(cè)及模式研究[J].湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，3(25)：20-24.