川藏高速公路崩塌危巖發(fā)生機制與防治措施(川藏高速公路崩塌危巖發(fā)生機制與防治方法)

本文來源于公眾號：悠游2019

作者：成永剛，博士，教高，注冊巖土工程師，中國巖石力學與工程學會滑坡與工程邊坡分會理事，中國土木工程學會非飽和土與特殊土專業(yè)委員會常務(wù)委員和交通巖土工程專業(yè)委員會委員，國際工程地質(zhì)協(xié)會會員，中國國家公路建設(shè)項目評標專家，四川省交通運輸專業(yè)人才教育專家。

1、引言

中國是世界上崩塌災(zāi)害最嚴重的地區(qū)之一。特別是20世紀80年代以來，隨著我國工程建設(shè)的快速發(fā)展，我國崩塌災(zāi)害逐年增多。塌陷體基本分布于我國各地區(qū)，但主要集中在地形變化較大、地質(zhì)構(gòu)造作用較強的地區(qū)，特別是四川、云南、貴州、重慶、甘肅、青海等地，為先行性塌陷區(qū)。青藏高原的。全省最為嚴重，給人民生命財產(chǎn)造成巨大損失，嚴重影響鐵路、公路、水電站等基礎(chǔ)設(shè)施安全。

崩塌是指陡坡上的巖土塊在重力、地震、降雨等外力的作用下，突然崩塌、滑移、墜落、滾離母體，然后混亂堆積的地質(zhì)現(xiàn)象。坡腳。危巖是指陡坡上有變形征兆、具備崩塌條件的巖石、土塊。危險巖體是潛在的崩塌體。

呈帶狀分布的公路邊坡崩塌源分布廣泛、不連續(xù)，難以投入大規(guī)模人力、物力、財力進行精確排查，且破壞過程往往是短暫的，往往造成較大的安全事故。影響。例如，2010年4月25日至5月2日，臺灣省一號高速公路接連發(fā)生邊坡塌方，造成5人死亡；2011年12月12日，湖南省淮新高速公路在建唐家灣隧道入口處一塊約250立方米的巨石墜落，造成4人死亡；2014年7月17日四川阿壩州阿巴茂縣石大關(guān)鄉(xiāng)超限站附近于2014年7月17日發(fā)生約3103立方米塌方，造成10人、22人死亡。受傷；2016年3月8日，四川馬邊縣S103省道K326+400處發(fā)生約160立方米的邊坡塌方，造成7人死亡……特別是2008年5月12日汶川地震，塌方造成直接死亡人數(shù)約1萬人，占全部死亡和失蹤人數(shù)的11.5%以上。

作為世界上最危險的公路之一，川藏公路北線G317國道和南線G318國道地處青藏高原，地形高差明顯，板塊性強。活動頻繁，山地災(zāi)害頻發(fā)。公路自20世紀50年代建成以來，沿線泥石流、崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，每年造成交通中斷和人員傷亡，嚴重影響社會穩(wěn)定、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和國防建設(shè)。例如，2001年4月25日，通海溝段發(fā)生大規(guī)模山體滑坡，川藏公路2公里被毀，沿線4000多名藏族同胞受災(zāi)；2008年10月5日，3104立方米塌陷，造成約3公里線路損壞，交通中斷。2009年7月25日，川藏高速公路起點迎文段闖關(guān)大橋發(fā)生塌陷，造成6人死亡……

2015年，按四車道標準建設(shè)的川藏高速北線文馬段每公里投資達到2億多元。由于滑坡、泥石流、崩塌等災(zāi)害體具有典型的高位、偏遠、隱蔽、群體性特點，造成的損失巨大。施工難度、安全隱患、施工成本和施工進度壓力，使得危巖崩塌的形成機理和治理刻不容緩。

2、川藏高速公路地質(zhì)環(huán)境

川藏高速公路位于四川盆地與青藏高原的過渡地帶。這里山勢高峻，峽谷幽深，活動斷裂發(fā)育。位于我國著名的強震帶——NE向龍門山斷裂帶和NW向鮮水河斷裂帶以及安寧河斷裂帶形成的SNA“Y”形構(gòu)造帶上。公路途經(jīng)地震基本烈度分別為、、級地區(qū)。度區(qū)域占線路總長度的57%，度區(qū)域占線路總長度的37%，度區(qū)域占線路總長度的6%。

該區(qū)地層巖性復(fù)雜多變。第四紀堆積層、沉積巖、火成巖、變質(zhì)巖均出露。其中基巖由泥盆系、志留系、石炭系、二疊系和三疊系組成。主要為花崗巖、板巖或泥質(zhì)灰?guī)r和變質(zhì)石英砂巖。以崩積沉積物、沖積沉積物、泥石流沉積物、冰水沉積物和滑坡沉積物為主的堆積體多分布在山谷河岸兩側(cè)和山體下部。大部分地區(qū)氣候?qū)俅箨懶愿咴撅L氣候，垂直差異明顯。氣候環(huán)境復(fù)雜多變。年平均氣溫6.3~7.0，年降水量753~905mm，年平均蒸發(fā)量1527mm左右，年平均15m/s。強風40余級。區(qū)內(nèi)河溪縱橫，河道狹窄，水流湍急，落差大。岷江從百河之中流向東南，奔涌入山中。大多數(shù)路線沿著蜿蜒的河流行駛。

3、崩塌危巖發(fā)生的主要機制

線海拔由東向西迅速從580m左右上升到3000m左右。穿越少量構(gòu)造剝蝕低山丘陵區(qū)后，進入高山峽谷構(gòu)造剝蝕中高山地貌，山地風化卸荷作用強烈，不良地質(zhì)體分布密集。區(qū)。該地區(qū)塌陷的發(fā)生是由其所處特殊地質(zhì)環(huán)境決定的，是內(nèi)外地質(zhì)條件下多種因素綜合作用的結(jié)果。

3.1.內(nèi)部因素主要指地形、巖土類型、地質(zhì)構(gòu)造三大地質(zhì)要素，是塌陷形成的基本因素。

地形：川藏高速公路地形對塌方的影響主要體現(xiàn)在山坡坡度和山坡地表結(jié)構(gòu)上。由于峽谷深、岸坡陡，自然坡度多為5085，多呈凸出的山體突起和凹陷的巖洞形狀。斜坡相對高差可達數(shù)千米，風化強烈，卸荷、河流侵蝕嚴重。為該地區(qū)塌方多發(fā)提供了良好的地形條件。

巖土類型：巖土體是發(fā)生塌陷的物質(zhì)條件。不同性質(zhì)和類型的巖土體發(fā)生塌陷的概率和規(guī)模不同。川藏高速公路文馬段主要發(fā)育千枚巖、板巖、石英砂巖、砂質(zhì)泥巖和大型巖堆，導(dǎo)致軟巖發(fā)育，較軟的巖石沿片理面發(fā)生傾倒、滑動。崩塌，軟、硬巖體的差異風化主要發(fā)展墜落塌陷，分布廣泛的高位巖樁易發(fā)生滾落塌陷。

地質(zhì)構(gòu)造：區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，造成巖土結(jié)構(gòu)面發(fā)育，為崩塌塊體脫離母體提供了良好的邊界條件。邊坡發(fā)育的節(jié)理、裂隙、斷層、堤壩、褶皺等構(gòu)造面以及良好的高自由面，為不同類型塌陷的形成提供了有利條件。

3.2.外部因素主要指地震、氣象、人類活動等地質(zhì)環(huán)境因素，是塌陷形成的重要刺激因素。

地震：川藏高速公路途經(jīng)地區(qū)大部分為至級地震烈度區(qū)。地震活動頻繁，是該地區(qū)巖體崩塌危險高發(fā)的重要因素。地震導(dǎo)致巖體松動、破裂并被拋向空中。塌陷規(guī)模大、密度高、破壞嚴重。據(jù)5.12地震后對沿線公路的調(diào)查，地震造成的塌方密度達到1.4處/公里左右，尤其是特大塌方。結(jié)果，道路大多被塌方掩埋破壞，塌方堵塞或侵占河流。

氣象：龍門山斷裂帶前山、中山、后山斷裂帶巖體破碎。由于地形高差大、坡度陡，降雨容易造成巖體快速充水，降低巖土體的穩(wěn)定性，導(dǎo)致每年7、8月是降雨型崩塌的高發(fā)期。在該地區(qū)的；而且該地區(qū)的高海拔特征，對邊坡造成了明顯的凍脹效應(yīng)，使得每年的4、5月是該地區(qū)春融型塌陷的高發(fā)期。

人類活動：邊坡巖土體的開挖，使邊坡的應(yīng)力場、位移場、滲流場在短時間內(nèi)發(fā)生巨大變化，對巖土體造成卸荷破壞，破壞平衡狀態(tài)。的自然坡度。促使巖體內(nèi)應(yīng)變不斷發(fā)展，宏觀上表現(xiàn)為裂隙的擴展和融合，最終導(dǎo)致巖體失穩(wěn)、崩塌落石。

4、崩塌危巖的基本特征

受復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境影響，川藏高速公路發(fā)生各類塌方。按破壞形式可分為滑塌、傾倒塌陷、墜落塌陷和翻滾塌陷。

滑塌塌陷：主要由危險巖體的潛在滑動力和滑移面上結(jié)構(gòu)面的抗剪強度決定。常見于層狀或準層狀斜坡構(gòu)造、塊狀或塊狀斜坡構(gòu)造、楔狀斜坡構(gòu)造、二元斜坡構(gòu)造等，但以層狀或準層狀斜坡構(gòu)造最為常見。較為常見，主要是當結(jié)構(gòu)面剪力無法平衡上部塌陷體形成的滑動力時，沿軟弱結(jié)構(gòu)面滑移所致。根據(jù)其發(fā)生機制，滑塌可分為壓剪破壞和拉剪破壞。

傾翻塌陷：穩(wěn)定性由危險巖體后緣巖土體的抗拉強度控制。在川藏高速公路穿過的山地峽谷、垂直岸坡和陡峭懸崖上十分發(fā)育，其自由面陡峭，甚至呈倒坡狀。在差異風化和河流侵蝕作用下，邊坡卸荷嚴重。在長期重力、水壓等作用下，巖體向空氣方向傾倒、破碎，直至變得不穩(wěn)定，脫離母巖，形成崩塌。從其發(fā)生機理來看，傾倒塌陷主要是由于危巖體的外傾彎矩大于危巖體的抗拉強度和傾覆轉(zhuǎn)折點的彎矩而引起的。

崩塌：主要由危險巖體的抗拉強度和抗剪強度決定。多見于近水平或相對平緩的層狀或準層狀邊坡結(jié)構(gòu)。此類塌陷主要是由于差異風化形成的凹腔使上部巖體懸空，造成危巖體塌陷。底部逐漸向頂部塌陷。

滾落式塌陷：主要是由于降雨、地震、風等外力作用，使危險巖體與下伏邊坡之間的外摩擦力不能提供足夠的阻力而導(dǎo)致巖石向下滾落。在川藏高速公路所在的高山峽谷地區(qū)形成的高位滑坡和斜坡沉積物中非常常見。例如，“5.12”汶川地震后，岷江峽谷形成大量高差較大的崩塌坡積物，導(dǎo)致上部巖塊在降雨作用下失去平衡，迅速滾落，余震等，對213國道下游及四川河道造成嚴重破壞。西藏高速公路迎文段、文馬段安全隱患巨大。

5、崩塌危巖的工程地質(zhì)分析

川藏高速公路崩塌危巖工程地質(zhì)分析主要采用地形地貌演化、地質(zhì)條件對比、不穩(wěn)定因素變化、變形征兆及其發(fā)展趨勢監(jiān)測四種方法。

地形演化分析方法：在不同巖土性質(zhì)和不同部位的結(jié)構(gòu)差異以及不同應(yīng)力的共同作用下，邊坡會向自由面發(fā)生不同性質(zhì)的變形或破壞。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)邊坡的巖土性質(zhì)、邊坡結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)、自由面形狀等地形地貌條件以及同類邊坡的病害特征，分析危險巖崩的類型和穩(wěn)定性。

地質(zhì)條件對比分析方法：不同穩(wěn)定階段的崩塌危巖呈現(xiàn)出不同的宏觀形態(tài)。將待分析的塌陷體與地質(zhì)條件相似的邊坡巖土體進行比較，根據(jù)其差異性和相關(guān)性進行比較。崩塌危巖分析。

不穩(wěn)定因素變化分析方法：崩塌危巖的穩(wěn)定性變化過程可能是漸進的，也可能是突然的。例如，危巖體的穩(wěn)定性是在長期風化和降雨作用下逐漸穩(wěn)定的。然而，邊坡的開挖或地震會迅速改變邊坡的平衡狀態(tài)，可能導(dǎo)致危險巖體的穩(wěn)定性突然改變，導(dǎo)致崩塌。

危巖變形征兆分析方法：根據(jù)不同穩(wěn)定性的崩塌危巖的不同變形狀態(tài)，通過監(jiān)測觀察變形征兆來分析危巖體的穩(wěn)定狀態(tài)。如果裂縫貫穿危巖體的后緣，塊體繼續(xù)從前部脫落，監(jiān)測曲線突然發(fā)生變化，則表明即將發(fā)生崩塌。

6、川藏高速公路崩塌危巖處治實例

6.1,ZK53+880~ZK54+140左側(cè)

1）邊坡地質(zhì)條件

邊坡位于凸脊前緣的陡峭懸崖上，坡度7588，坡向60，高差約160m。坡腳為河流侵蝕堆積地形。陡峭的懸崖公路以橋的形式沿著雜谷腦河谷底部呈條狀展開。橋面與坡腳高差約29m。斜坡主要由志留系茂縣群（Smx2）絹云母石英千枚巖和變質(zhì)石英砂巖組成。主要巖層形狀為。封閉充填縫主要有兩組：J1：，延伸1.5-2.5m，間距0.2-0.5m；J2：4085，延伸1.5-2m，間距0.2-1m。項目區(qū)地震峰值加速度為0.20g，基本地震烈度為VIII級。

2)塌陷機理

懸崖上坡在長期卸荷和重力作用下，沿自由面方向向自由面傾倒，形成彎拉裂傾倒危巖體。整個懸崖由于巖體片理面、各種結(jié)構(gòu)面和差異風化作用的共同切割，形成多條直徑7.7m3.5m4.3m至18.4m5.1m4.1m的凹槽。為塌陷、滑塌提供了良好的地質(zhì)環(huán)境。據(jù)調(diào)查，每年雨季，該懸崖都會發(fā)生落石事件。落石顆粒尺寸主要集中在0.51.0m范圍內(nèi)，最大直徑可達35m。大多落在懸崖腳下約1030m寬的范圍內(nèi)。

3）項目處理方案

崖腳大橋距離崖底約12m，是崩塌落石的重災(zāi)區(qū)。由于無法通過調(diào)整線路平面來避免該地質(zhì)災(zāi)害，因此必須采取積極的工程措施進行保護。主要工程措施為：人工清除邊坡浮石，在強卸荷線以下懸崖上部傾倒變形區(qū)設(shè)置錨固段。橋墩錨桿采用掛網(wǎng)、噴射混凝土加固；整個斜坡設(shè)置導(dǎo)石網(wǎng)，保證陡峭懸崖落石順利到達坡腳；橋墩部分與陡崖腳部之間設(shè)置落石槽，引導(dǎo)石網(wǎng)。引導(dǎo)落石被攔截；邊坡空腔內(nèi)埋設(shè)錨固混凝土，防止邊坡不均勻風化，有效支護危巖。

6.2.ZK56+455桑坪隧道入口左側(cè)

1）邊坡地質(zhì)條件

桑坪隧道入口位于雜谷腦河右岸凸脊前方。自然坡度約70至80，坡向330，坡高約130m。主要由志留系茂縣群（Smx2）絲夾結(jié)晶石灰?guī)r組成。它由云母石英千枚巖和變質(zhì)石英砂巖組成。巖層產(chǎn)狀為。隧道軸線與巖層方向呈小角度相交。入口區(qū)節(jié)理主要有兩組：J1：產(chǎn)狀，延伸310m，間距6m；J2：產(chǎn)狀，延伸2.5~8m，間距1~2m。節(jié)理面微張，有少量泥漿充填。項目區(qū)地震峰值加速度為0.20g，基本地震烈度為VIII級。

2)塌陷機理

構(gòu)成懸崖的巖體在片理面和構(gòu)造面的共同切割和差異風化作用下形成多個空洞，引起落石滑落，落石最大直徑達4m。5m3m。特別是施工期間，由于隧道開挖擾動，危石落石發(fā)生頻率增加，直接威脅隧道下段入口的施工安全。如果不采取措施，降雨、地震等勢必會對下部隧道及相連結(jié)構(gòu)造成破壞。Kekut大橋存在重大安全隱患。

3）項目處理方案

由于橋隧道連接處山勢高峻，主動護坡工程規(guī)模大、施工難度大。因此，結(jié)合隧道口河道較寬高臺地的有利條件，在不影響河水泛濫的情況下，決定對受塌石落石影響區(qū)域的橋梁進行調(diào)整，以連接路基。和隧道。這樣就避免了橋梁一旦被險石破壞就難以修復(fù)的缺點，充分發(fā)揮了路基較強的抗災(zāi)能力，并在隧道入口處延長明洞，必要的緩沖層向橋面傾斜。明洞隧道上部設(shè)置河側(cè)，進一步提高線路抗災(zāi)能力，實現(xiàn)崩塌危巖的有效治理。

6.3、ZK69+257~ZK69+532左側(cè)

1）邊坡地質(zhì)條件

項目區(qū)屬構(gòu)造剝蝕的高山峽谷，呈上坡平緩、下坡陡的階梯狀地貌。自然坡高約400m。上緩坡坡度約40，下懸崖坡度約70-80。崖頂與坡腳高差約190m，坡向50。線路以橋梁形式通過坡腳，橋面高出河面約6m。坡體主要由志留系茂縣群（Smx4）絹云母千枚巖組成，夾有少量條狀至薄層變質(zhì)細砂巖。由于斜坡位于桃坪倒轉(zhuǎn)背斜的核心，斜坡上發(fā)育褶皺和壓裂帶。主要坡形為，為大斜跨構(gòu)造坡。項目區(qū)地震峰值加速度為0.20g，基本地震烈度為VIII級。

2)塌陷機理

懸崖上部是一個平緩的天然斜坡。由于風化、凍融、地震、降雨和動物干擾，常有直徑0.3~0.8m的落石。在距崖頂向下約14~100m的范圍內(nèi)，由于巖體的片理面傾斜較陡，自由面較高。強風化卸荷巖體在上部巖體重力作用下發(fā)生傾倒、開裂變形，發(fā)育兩條與邊坡走向平行的兩條線，寬度約4鋸齒狀卸荷拉裂縫15.1m長，長約89.7m，長52.7m，可見深度約7m。傾倒變形體沿底部切割結(jié)構(gòu)面破碎，部分可見頂空孔洞。傾倒體位于較為完整、堅硬的石英絹云母千枚巖“基底”上，在降雨、地震等作用下可能會導(dǎo)致傾倒塌陷，由于片理、構(gòu)造的切割、風化、卸荷作用降雨和地震時，懸崖邊坡上常發(fā)生粒徑為0.51.0m的落石。

3）項目處理方案

清除斜坡上的浮石和危石，并在貫通張拉裂縫后面設(shè)置被動網(wǎng)，攔截崖頂后緩坡上的小落石；用吊網(wǎng)噴灑混凝土，架設(shè)墩錨索，傾倒懸崖頂。采用預(yù)加固，防止傾倒體因風化、卸荷而穩(wěn)定性進一步降低；懸崖頂部錨固工程上部設(shè)置開口導(dǎo)石網(wǎng)，保護分布在懸崖上部和懸崖斜坡上的散落危石；在坡腳橋墩處設(shè)置石擋墻，利用廢棄的G317國道形成落石槽，防止落石直接沖擊坡腳橋墩，并作為石導(dǎo)網(wǎng)攔截落石的停靠點。

7、結(jié)語

1）川藏高速公路塌方極為嚴重。具有機理復(fù)雜、隱蔽性高、規(guī)模大、危害性強、發(fā)生突然、防治難度大等特點。在我國塌陷研究中具有典型性和代表性。

2）青藏高原東側(cè)一級斜坡地區(qū)復(fù)雜的地形是川藏高速公路塌方的根本原因之一。其地勢陡峭，坡度較大。岷江、大渡河流經(jīng)的高山峽谷地區(qū)，為險巖崩塌的發(fā)生奠定了良好的地形基礎(chǔ)。

3）青藏高原邊緣新構(gòu)造運動強烈活躍，地震強烈頻繁，河流不斷下切，青藏高原持續(xù)上升，導(dǎo)致高陡峽谷動力作用強烈川藏高速公路經(jīng)過的地區(qū)。這個過程促進了危險巖石的形成和崩塌。

4）川藏高速公路文馬段經(jīng)過集中暴雨、海拔高、大面積季節(jié)性凍土等氣候極其惡劣的地區(qū)。大雨和春季融雪是該地區(qū)崩塌和落石的高峰期。

5）川藏高速公路的大規(guī)模建設(shè)和人類活動使邊坡的應(yīng)力場、滲流場、溫度場等在短時間內(nèi)發(fā)生了較大的變化，造成了原有自然運行下形成的邊坡失去穩(wěn)定平衡導(dǎo)致倒塌，是工程建設(shè)過程中倒塌災(zāi)害大規(guī)模增加的直接原因。

6）川藏高速公路塌方形成機制復(fù)雜?；隆A倒、墜落和滾塌都會發(fā)生，并且常常與滑坡交織在一起，常常需要坡面、邊坡和坡度控制。只有對本體進行綜合治理，才能有效防治巖體崩塌危險。