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

本文來源于公眾號(hào)：悠游2019

作者：成永剛，博士，教高，注冊(cè)巖土工程師，中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)滑坡與工程邊坡分會(huì)理事，中國土木工程學(xué)會(huì)非飽和土與特殊土專業(yè)委員會(huì)常務(wù)委員和交通巖土工程專業(yè)委員會(huì)委員，國際工程地質(zhì)協(xié)會(huì)會(huì)員，中國國家公路建設(shè)項(xiàng)目評(píng)標(biāo)專家，四川省交通運(yùn)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(yán)重的地區(qū)之一。特別是20世紀(jì)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(qiáng)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(yán)重，給人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失，嚴(yán)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(xiǎn)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(cái)力進(jìn)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(tái)灣省一號(hào)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(xiǎn)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(qiáng)?；顒?dòng)頻繁，山地災(zāi)害頻發(fā)。公路自20世紀(jì)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(yán)重影響社會(huì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)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(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的川藏高速北線文馬段每公里投資達(dá)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(yuǎn)、隱蔽、群體性特點(diǎn)，造成的損失巨大。施工難度、安全隱患、施工成本和施工進(jìn)度壓力，使得危巖崩塌的形成機(jī)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(shì)高峻，峽谷幽深，活動(dòng)斷裂發(fā)育。位于我國著名的強(qiáng)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(jí)地區(qū)。度區(qū)域占線路總長(zhǎng)度的57%，度區(qū)域占線路總長(zhǎng)度的37%，度區(qū)域占線路總長(zhǎng)度的6%。

該區(qū)地層巖性復(fù)雜多變。第四紀(jì)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(fēng)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(qiáng)風(fēng)40余級(jí)。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(jī)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(jìn)入高山峽谷構(gòu)造剝蝕中高山地貌，山地風(fēng)化卸荷作用強(qiáng)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(duì)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(duì)高差可達(dá)數(shù)千米，風(fēng)化強(qiáng)烈，卸荷、河流侵蝕嚴(yán)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(dòng)。崩塌，軟、硬巖體的差異風(fēng)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(dòng)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(jí)地震烈度區(qū)。地震活動(dòng)頻繁，是該地區(qū)巖體崩塌危險(xiǎn)高發(fā)的重要因素。地震導(dǎo)致巖體松動(dòng)、破裂并被拋向空中。塌陷規(guī)模大、密度高、破壞嚴(yán)重。據(jù)5.12地震后對(duì)沿線公路的調(diào)查，地震造成的塌方密度達(dá)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(duì)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(dòng)：邊坡巖土體的開挖，使邊坡的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)、滲流場(chǎng)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生巨大變化，對(duì)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(kuò)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(xiǎn)巖體的潛在滑動(dòng)力和滑移面上結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度決定。常見于層狀或準(zhǔn)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(zhǔn)層狀斜坡構(gòu)造最為常見。較為常見，主要是當(dāng)結(jié)構(gòu)面剪力無法平衡上部塌陷體形成的滑動(dòng)力時(shí)，沿軟弱結(jié)構(gòu)面滑移所致。根據(jù)其發(fā)生機(jī)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(xiǎn)巖體后緣巖土體的抗拉強(qiáng)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(fēng)化和河流侵蝕作用下，邊坡卸荷嚴(yán)重。在長(zhǎng)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(jī)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(qiáng)度和傾覆轉(zhuǎn)折點(diǎn)的彎矩而引起的。

崩塌：主要由危險(xiǎn)巖體的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度決定。多見于近水平或相對(duì)平緩的層狀或準(zhǔn)層狀邊坡結(jié)構(gòu)。此類塌陷主要是由于差異風(fēng)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(fēng)等外力作用，使危險(xiǎn)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(duì)213國道下游及四川河道造成嚴(yán)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(duì)比、不穩(wěn)定因素變化、變形征兆及其發(fā)展趨勢(shì)監(jiān)測(cè)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(huì)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(xiǎn)巖崩的類型和穩(wěn)定性。

地質(zhì)條件對(duì)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(jìn)行比較，根據(jù)其差異性和相關(guān)性進(jìn)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(jìn)的，也可能是突然的。例如，危巖體的穩(wěn)定性是在長(zhǎng)期風(fēng)化和降雨作用下逐漸穩(wěn)定的。然而，邊坡的開挖或地震會(huì)迅速改變邊坡的平衡狀態(tài)，可能導(dǎo)致危險(xiǎn)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(cè)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(cè)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(shí)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(xiàng)目區(qū)地震峰值加速度為0.20g，基本地震烈度為VIII級(jí)。

2)塌陷機(jī)理

懸崖上坡在長(zhǎng)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(gè)懸崖由于巖體片理面、各種結(jié)構(gòu)面和差異風(fēng)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(huì)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(dá)35m。大多落在懸崖腳下約1030m寬的范圍內(nèi)。

3）項(xiàng)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(jìn)行保護(hù)。主要工程措施為：人工清除邊坡浮石，在強(qiáng)卸荷線以下懸崖上部?jī)A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(gè)斜坡設(shè)置導(dǎo)石網(wǎng)，保證陡峭懸崖落石順利到達(dá)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(fēng)化，有效支護(hù)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(xiàng)目區(qū)地震峰值加速度為0.20g，基本地震烈度為VIII級(jí)。

2)塌陷機(jī)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(fēng)化作用下形成多個(gè)空洞，引起落石滑落，落石最大直徑達(dá)4m。5m3m。特別是施工期間，由于隧道開挖擾動(dòng)，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(shì)必會(huì)對(duì)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(xiàng)目處理方案

由于橋隧道連接處山勢(shì)高峻，主動(dòng)護(hù)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(tái)地的有利條件，在不影響河水泛濫的情況下，決定對(duì)受塌石落石影響區(qū)域的橋梁進(jìn)行調(diào)整，以連接路基。和隧道。這樣就避免了橋梁一旦被險(xiǎn)石破壞就難以修復(fù)的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮了路基較強(qiáng)的抗災(zāi)能力，并在隧道入口處延長(zhǎng)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(jìn)一步提高線路抗災(zāi)能力，實(shí)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(xiàng)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(xì)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(xiàng)目區(qū)地震峰值加速度為0.20g，基本地震烈度為VIII級(jí)。

2)塌陷機(jī)理

懸崖上部是一個(gè)平緩的天然斜坡。由于風(fēng)化、凍融、地震、降雨和動(dòng)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(qiáng)風(fēng)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(zhǎng)，長(zhǎng)約89.7m，長(zhǎng)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(jiān)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(huì)導(dǎo)致傾倒塌陷，由于片理、構(gòu)造的切割、風(fēng)化、卸荷作用降雨和地震時(shí)，懸崖邊坡上常發(fā)生粒徑為0.51.0m的落石。

3）項(xiàng)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(dòng)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(fēng)化、卸荷而穩(wěn)定性進(jìn)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(hù)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?？奎c(diǎn)。

7、結(jié)語

1）川藏高速公路塌方極為嚴(yán)重。具有機(jī)理復(fù)雜、隱蔽性高、規(guī)模大、危害性強(qiáng)、發(fā)生突然、防治難度大等特點(diǎn)。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(jí)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(shì)陡峭，坡度較大。岷江、大渡河流經(jīng)的高山峽谷地區(qū)，為險(xiǎn)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(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈活躍，地震強(qiáng)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(dòng)力作用強(qiáng)烈川藏高速公路經(jīng)過的地區(qū)。這個(gè)過程促進(jìn)了危險(xiǎn)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(dòng)使邊坡的應(yīng)力場(chǎng)、滲流場(chǎng)、溫度場(chǎng)等在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生了較大的變化，造成了原有自然運(yùn)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(jī)制復(fù)雜?；隆A倒、墜落和滾塌都會(huì)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(duì)本體進(jìn)行綜合治理，才能有效防治巖體崩塌危險(xiǎn)。