三峽庫區(qū)高陡邊坡崩塌機理分析與治理

蘭俊 劉杰 張羅送 高進 高素芳

摘要：三峽工程作為一項世紀工程，曾經(jīng)創(chuàng)下多個世界之最。但是，隨著一段時間的運營，高陡邊坡崩塌現(xiàn)象嚴重，為了使三峽工程更好造福于人民，需要做好高陡邊坡崩塌治理工作。基于此，文章通過闡述三峽庫區(qū)高陡邊坡崩塌模式及形成機理，分析引發(fā)三峽庫區(qū)邊坡發(fā)生崩塌的因素，同時提出治理三峽庫區(qū)高陡邊坡崩塌的具體措施，為組織開展高陡邊坡崩塌治理工作提供參考。

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.

關鍵詞：崩塌治理；邊坡崩塌；三峽工程

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

中圖分類號：U213.1+58 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）29-0220-02

0 引言

三峽作為一項偉大的水利水電工程，曾經(jīng)創(chuàng)下多個世界之最，為中國贏得贊許。但是，自投入運行以來（開始蓄水），隨著蓄水量的增加，庫區(qū)沿岸出現(xiàn)變形等影響三峽正常使用的現(xiàn)象。尤其是破損部位，在風化等外力的作用下，導致巖體出現(xiàn)不同程度的破碎，并且?guī)靺^(qū)沿岸存在人工開挖形成的高陡邊坡，在一定程度上暴露出嚴重問題。在這種情況下，為了使三峽更好地造福于人民，需要深入研究分析高陡邊坡崩塌破壞形成的機理，進一步采取針對性的治理措施，深入挖掘三峽工程的使用價值。

1 三峽庫區(qū)高陡邊坡崩塌模式及形成機理

從破壞模式的角度來說，可以將三峽庫區(qū)崩塌災害分為以下幾類：

1.1 拉剪傾倒式崩塌 對于三峽庫區(qū)來說，從地質(zhì)環(huán)境的角度分析，無論是兩岸、沖溝地段，還是陡坡上，到處都可以看到巨大、直立的巖體，并且這些巖體脫離穩(wěn)定巖體，同時以垂直節(jié)理、裂縫的方式存在于穩(wěn)定巖體之外，其夾角普遍超過25°進而在一定程度上導致這些巖體出現(xiàn)陡崖，以及陡坡的卸荷張拉結構面，甚至主控結構面下部存在于陡崖或陡坡的巖體內(nèi)。對于這類巖體來說，其特點主要表現(xiàn)為高、窄，普遍缺乏橫向穩(wěn)定性，尤其是巖體發(fā)生失穩(wěn)時，容易引發(fā)轉(zhuǎn)動性傾倒。以云陽段為例，在整個三峽庫區(qū)，云陽段的地質(zhì)結構主要是泥、砂巖互層，這些巖層被風化的程度存在一定的差異性，尤其是泥巖層，相對于砂巖層來說，這類地質(zhì)更容易風化。由于砂巖層的強度較高，與軟弱互層的巖層相比，如果其產(chǎn)生豎向不穩(wěn)定的裂隙，那么容易導致高陡直立巖體發(fā)生拉剪傾倒式崩塌。

1.2 滑移式崩塌 與拉剪傾倒式崩塌相比，滑移式崩塌主要發(fā)生在一些陡坡上，對于這些陡坡來說，在不穩(wěn)定巖土體下部存在向下傾斜的光滑結構面或軟弱面的作用下，而引發(fā)的一系列的崩塌現(xiàn)象，通常情況下，其破壞面角度低于45°。巖土體發(fā)生滑移是引發(fā)這種崩塌的關鍵所在，當巖土體的重心滑出陡坡時，這時必然引發(fā)崩塌。

在三峽庫區(qū)，隨著水庫水量的增加，導致水對巖層產(chǎn)生不同程度的侵蝕，隨著侵蝕的加劇，最終造成巖體沿著下部的軟弱結構面向臨空方向發(fā)生移動，隨著移動距離的延長，使得后緣產(chǎn)生拉裂縫，對于這些后緣裂縫來說，在滲入水的作用下，進一步惡化了裂縫，并且使得裂縫不斷向下延伸，導致下部軟弱結構面進一步被軟化，同時造成抗剪強度的降低，在這種情況下，沿軟弱結構面導致上部較陡的巖體出現(xiàn)不同程度的滑動，尤其是重心滑出邊坡時，就會引發(fā)崩塌病害。

1.3 推移式崩塌 與1.1、1.2兩種崩塌相比，推移式崩塌是由于陡坡上存在不穩(wěn)定的巖土體，以及存在較厚的軟巖層（松軟巖層等），在不斷長大節(jié)理的作用下，導致不穩(wěn)定巖土體與穩(wěn)定巖土體出現(xiàn)相互分離，尤其面對大雨沖刷或地下水補給時，容易造成下部較厚的軟弱層、軟巖等出現(xiàn)不同程度的軟化，在上部巖土體的重壓下，如果軟巖自身的抗壓強度低于壓應力時，導致軟巖被擠出，在一定程度上出現(xiàn)軟弱夾層向外推移而變形的現(xiàn)象。隨著變形的不斷惡化，最終導致不穩(wěn)定巖土體不斷下沉、外移，尤其重心移出坡外時，就會引發(fā)崩塌。

推移式崩塌在三峽庫區(qū)云陽段較為常見，其原因是該段多為軟硬互層的泥、砂巖層，尤其是庫區(qū)蓄水運營后，隨著水位的上升，導致被水侵蝕的軟弱泥巖發(fā)生推移式破壞，進而引發(fā)崩塌。

1.4 拉裂式崩塌 所謂拉裂式崩塌是指軟硬相間的巖層構成陡坡時，受風化、河流沖刷的影響，上部堅硬的巖層通常以懸臂梁的形式出現(xiàn)在斷面上。在重力的作用下，進一步加劇裂隙節(jié)點附近的節(jié)理，同時出現(xiàn)拉應力向尚未產(chǎn)生節(jié)理裂隙部位集中，當拉應力超過這部分巖土體的抗拉強度時，就會導致拉裂縫向下發(fā)展，進一步導致突出的巖土體發(fā)生崩塌。在三峽庫區(qū)，一些陡巖、孤巖等在風化作用的影響下，一旦遭受拉裂破壞，就會脫離母巖發(fā)生墜落，進行形成拉裂式崩塌。

1.5 錯斷式崩塌 對于陡坡上的長柱狀、板狀等不穩(wěn)定巖體來說，受某些因素的影響，進一步增加了不穩(wěn)定巖土體的自重，或者隨著下部斷面的減小，進而剪斷了長柱狀、板狀等不穩(wěn)定巖土體的下部，進一步引發(fā)錯斷式崩塌。引發(fā)這種崩塌的原因主要是巖土體下部產(chǎn)生的剪切應力超出了巖石的抗剪強度。

2 三峽庫區(qū)邊坡發(fā)生崩塌的誘因

在各種病害中，崩塌屬于地質(zhì)結構性病害，其形成往往是多個因素相互作用的結果。對于三峽水利水電工程來說，其庫區(qū)邊坡發(fā)生崩塌病害有著自身的影響因素，主要表現(xiàn)為：

2.1 地形地貌 對于三峽庫區(qū)來說，蓄水前后其水位存在嚴重的落差，這種落差受三峽庫區(qū)地形地貌的影響較為嚴重，尤其是有些邊坡處于峽谷中，其坡度多在30°-40°之間，在這種地形結構的影響下，容易導致造成孤立山嘴、凹形陡坡等發(fā)生崩塌，并且，邊坡周圍可能存在不同程度的沖溝，使得邊坡的穩(wěn)定性受到不同程度的影響。

2.2 地層巖性 在引發(fā)崩塌的因素中，斜坡地層巖性是一個關鍵性因素，對于堅硬完整的巖石來說，通常情況下，可以維持較高、較陡的邊坡，反之，就容易發(fā)生崩塌。以三峽庫區(qū)云陽段為例，該段的地層是軟硬互換水平層狀結構，這種地層組成主要包括泥、砂巖交替互層或厚層砂巖夾泥巖。根據(jù)研究結果顯示：對于泥、砂巖互層構成的邊坡，由于砂巖抗風化能力大于泥巖，在風化的影響下，泥巖遭受剝蝕，進一步形成空腔，對于砂巖來說，受結構面切割的影響，而發(fā)生不同程度的崩塌。

2.3 斷裂構造 在巖體發(fā)生崩塌病害的過程中，斷裂在一定程度上為巖體破碎、水的滲入等創(chuàng)造條件。對于崩塌發(fā)育地帶來說，無論是延伸方向，還是發(fā)育規(guī)模，以及分布密度等都受到斷裂帶的影響。在三峽庫區(qū)中，由于庫區(qū)蓄水前后水位落差較大，同時在風化等因素的影響下，使得巖體出現(xiàn)破碎等，并且節(jié)理、裂隙等構造面，也會對坡體產(chǎn)生切割與分離，在一定程度上引發(fā)崩塌。隨著舊裂隙的惡化，以及新裂縫的產(chǎn)生，進一步加劇了坡體中的發(fā)育，最終引發(fā)崩塌病害。

2.4 水的作用 在誘發(fā)邊坡病害的因素中，水是一項重要的因素。從實際的崩塌情況來看，崩塌主要發(fā)生在連續(xù)降雨之后，由于三峽庫區(qū)雨量充沛，隨著水對邊坡的沖刷、侵蝕、滲透等，進一步加劇了坡體崩塌。根據(jù)調(diào)查結果顯示：在三峽庫區(qū)云陽段，邊坡崩塌比較常見，這種災害主要發(fā)生在雨季。

3 治理三峽庫區(qū)高陡邊坡崩塌的具體措施

從理論的角度來說，加固危巖體是防治崩塌主要舉措，一方面可以阻止危巖體發(fā)生脫落，另一方面從人為的角度干預卸荷裂隙的擴張、卸荷裂隙區(qū)的擴展等，在一定程度上確保邊坡的穩(wěn)定性。從治理三峽庫區(qū)高陡邊坡崩塌的效果來看，治理高陡邊坡可以從以下方面著手：

3.1 排水 排水是治理高陡邊坡發(fā)生崩塌的關鍵，在三峽庫區(qū)，如果某地段有水活動，這時需要布置排水裝置，對水進行攔截、疏導處理。通常情況下，排水可以分為兩類：一類是地表排水法，地表排水是在崩塌可能發(fā)展的外圍（一般在5米以外），設置若干條環(huán)形截水溝，借助截水溝對斜坡上部流向斜坡的水流進行攔截處理。另一類是地下排水法，地下排水主要是借助排水系統(tǒng)，包括截水盲溝、支撐盲溝、盲洞等眾多工程設施。用片石填補坡體中的裂隙、縫、空洞等，通過填補的方式，在一定程度上抑制裂隙、縫、洞的惡化。

3.2 削坡錨固 在治理邊坡崩塌過程中，借助削坡錨固的方式處理危石、孤石突出的山嘴，以及遭受風化侵蝕的坡體，通過人為干預的方式抑制邊坡惡化，以此防止邊坡發(fā)生崩塌。這種防治方法在邊坡陡峭、危石孤石突出的山坡上應用較為廣泛。在削坡過程中，通常情況下需要進行錨固處理，在卸荷裂隙區(qū)、危巖區(qū)等（這些地段裂隙較為密集），通過對部分危巖體給予清除處理，同時借助錨桿、掛網(wǎng)噴護等方式處理危巖體，通過處理對卸荷裂隙的產(chǎn)生、卸荷裂隙區(qū)的擴展等進行人為干預，進一步對已形成的危巖體進行加固。在應用削坡錨固法時，需要對邊坡巖體結構、裂隙面特征、卸荷裂隙的擴展特征等因素進行綜合分析，以此加固高陡邊坡，防止其發(fā)生崩塌。

3.3 支擋攔截 對于三峽庫區(qū)來說，由于一些地段發(fā)生墜石、剝落，以及小型崩塌等危害主要集中在雨后，針對這些地段可以在坡腳、半坡上設置攔截物，對墜石、剝落物、崩塌物等進行攔截處理，比較常用的攔截方式諸如落石平臺、落石槽，以及修建擋石墻等，借助這些輔助工程攔截處理墜石等。對于突出巖石、大孤石不穩(wěn)定的地段，通過修建支柱、支擋墻，以及用廢鋼軌進行支撐等方式進行處理，以此確保這些地段的穩(wěn)定性。

4 結論

三峽是一項偉大的水利水電工程，做好高陡邊坡崩塌防治是一項重要的工作。對此，需要對邊坡進行綜合評價，通過開展大量實地勘察和理論分析工作，深入研究分析引發(fā)邊坡崩塌的各種因素，抓住主要因素，從主要因素的角度開展崩塌治理工作，通過選擇合理的治理措施，從根本上最大限度確保高陡邊坡的穩(wěn)定性，使得三峽工程更好地造福于人民。

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