川藏高速公路崩塌危岩发生机制与防治措施(川藏高速公路崩塌危岩发生机制与防治方法)
本文来源于公众号：悠游2019
作者：成永刚，博士，教高，注册岩土工程师，中国岩石力学与工程学会滑坡与工程边坡分会理事，中国土木工程学会非饱和土与特殊土专业委员会常务委员和交通岩土工程专业委员会委员，国际工程地质协会会员，中国国家公路建设项目评标专家，四川省交通运输专业人才教育专家。
1、引言
中国是世界上崩塌灾害最严重的地区之一。特别是20世纪80年代以来，随着我国工程建设的快速发展，我国崩塌灾害逐年增多。塌陷体基本分布于我国各地区，但主要集中在地形变化较大、地质构造作用较强的地区，特别是四川、云南、贵州、重庆、甘肃、青海等地，为先行性塌陷区。青藏高原的。全省最为严重，给人民生命财产造成巨大损失，严重影响铁路、公路、水电站等基础设施安全。
崩塌是指陡坡上的岩土块在重力、地震、降雨等外力的作用下，突然崩塌、滑移、坠落、滚离母体，然后混乱堆积的地质现象。坡脚。危岩是指陡坡上有变形征兆、具备崩塌条件的岩石、土块。危险岩体是潜在的崩塌体。
呈带状分布的公路边坡崩塌源分布广泛、不连续，难以投入大规模人力、物力、财力进行精确排查，且破坏过程往往是短暂的，往往造成较大的安全事故。影响。例如，2010年4月25日至5月2日，台湾省一号高速公路接连发生边坡塌方，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湾隧道入口处一块约250立方米的巨石坠落，造成4人死亡；2014年7月17日四川阿坝州阿巴茂县石大关乡超限站附近于2014年7月17日发生约3103立方米塌方，造成10人、22人死亡。受伤；2016年3月8日，四川马边县S103省道K326+400处发生约160立方米的边坡塌方，造成7人死亡……特别是2008年5月12日汶川地震，塌方造成直接死亡人数约1万人，占全部死亡和失踪人数的11.5%以上。
作为世界上最危险的公路之一，川藏公路北线G317国道和南线G318国道地处青藏高原，地形高差明显，板块性强。活动频繁，山地灾害频发。公路自20世纪50年代建成以来，沿线泥石流、崩塌、滑坡等地质灾害频发，每年造成交通中断和人员伤亡，严重影响社会稳定、经济可持续发展和国防建设。例如，2001年4月25日，通海沟段发生大规模山体滑坡，川藏公路2公里被毁，沿线4000多名藏族同胞受灾；2008年10月5日，3104立方米塌陷，造成约3公里线路损坏，交通中断。2009年7月25日，川藏高速公路起点迎文段闯关大桥发生塌陷，造成6人死亡……
2015年，按四车道标准建设的川藏高速北线文马段每公里投资达到2亿多元。由于滑坡、泥石流、崩塌等灾害体具有典型的高位、偏远、隐蔽、群体性特点，造成的损失巨大。施工难度、安全隐患、施工成本和施工进度压力，使得危岩崩塌的形成机理和治理刻不容缓。
2、川藏高速公路地质环境
川藏高速公路位于四川盆地与青藏高原的过渡地带。这里山势高峻，峡谷幽深，活动断裂发育。位于我国著名的强震带——NE向龙门山断裂带和NW向鲜水河断裂带以及安宁河断裂带形成的SNA“Y”形构造带上。公路途经地震基本烈度分别为、、级地区。度区域占线路总长度的57%，度区域占线路总长度的37%，度区域占线路总长度的6%。
该区地层岩性复杂多变。第四纪堆积层、沉积岩、火成岩、变质岩均出露。其中基岩由泥盆系、志留系、石炭系、二叠系和三叠系组成。主要为花岗岩、板岩或泥质灰岩和变质石英砂岩。以崩积沉积物、冲积沉积物、泥石流沉积物、冰水沉积物和滑坡沉积物为主的堆积体多分布在山谷河岸两侧和山体下部。大部分地区气候属大陆性高原季风气候，垂直差异明显。气候环境复杂多变。年平均气温6.3~7.0，年降水量753~905mm，年平均蒸发量1527mm左右，年平均15m/s。强风40余级。区内河溪纵横，河道狭窄，水流湍急，落差大。岷江从百河之中流向东南，奔涌入山中。大多数路线沿着蜿蜒的河流行驶。
3、崩塌危岩发生的主要机制
线海拔由东向西迅速从580m左右上升到3000m左右。穿越少量构造剥蚀低山丘陵区后，进入高山峡谷构造剥蚀中高山地貌，山地风化卸荷作用强烈，不良地质体分布密集。区。该地区塌陷的发生是由其所处特殊地质环境决定的，是内外地质条件下多种因素综合作用的结果。
3.1.内部因素主要指地形、岩土类型、地质构造三大地质要素，是塌陷形成的基本因素。
地形：川藏高速公路地形对塌方的影响主要体现在山坡坡度和山坡地表结构上。由于峡谷深、岸坡陡，自然坡度多为5085，多呈凸出的山体突起和凹陷的岩洞形状。斜坡相对高差可达数千米，风化强烈，卸荷、河流侵蚀严重。为该地区塌方多发提供了良好的地形条件。
岩土类型：岩土体是发生塌陷的物质条件。不同性质和类型的岩土体发生塌陷的概率和规模不同。川藏高速公路文马段主要发育千枚岩、板岩、石英砂岩、砂质泥岩和大型岩堆，导致软岩发育，较软的岩石沿片理面发生倾倒、滑动。崩塌，软、硬岩体的差异风化主要发展坠落塌陷，分布广泛的高位岩桩易发生滚落塌陷。
地质构造：区内地质构造复杂，造成岩土结构面发育，为崩塌块体脱离母体提供了良好的边界条件。边坡发育的节理、裂隙、断层、堤坝、褶皱等构造面以及良好的高自由面，为不同类型塌陷的形成提供了有利条件。
3.2.外部因素主要指地震、气象、人类活动等地质环境因素，是塌陷形成的重要刺激因素。
地震：川藏高速公路途经地区大部分为至级地震烈度区。地震活动频繁，是该地区岩体崩塌危险高发的重要因素。地震导致岩体松动、破裂并被抛向空中。塌陷规模大、密度高、破坏严重。据5.12地震后对沿线公路的调查，地震造成的塌方密度达到1.4处/公里左右，尤其是特大塌方。结果，道路大多被塌方掩埋破坏，塌方堵塞或侵占河流。
气象：龙门山断裂带前山、中山、后山断裂带岩体破碎。由于地形高差大、坡度陡，降雨容易造成岩体快速充水，降低岩土体的稳定性，导致每年7、8月是降雨型崩塌的高发期。在该地区的；而且该地区的高海拔特征，对边坡造成了明显的冻胀效应，使得每年的4、5月是该地区春融型塌陷的高发期。
人类活动：边坡岩土体的开挖，使边坡的应力场、位移场、渗流场在短时间内发生巨大变化，对岩土体造成卸荷破坏，破坏平衡状态。的自然坡度。促使岩体内应变不断发展，宏观上表现为裂隙的扩展和融合，最终导致岩体失稳、崩塌落石。
4、崩塌危岩的基本特征
受复杂地质环境影响，川藏高速公路发生各类塌方。按破坏形式可分为滑塌、倾倒塌陷、坠落塌陷和翻滚塌陷。
滑塌塌陷：主要由危险岩体的潜在滑动力和滑移面上结构面的抗剪强度决定。常见于层状或准层状斜坡构造、块状或块状斜坡构造、楔状斜坡构造、二元斜坡构造等，但以层状或准层状斜坡构造最为常见。较为常见，主要是当结构面剪力无法平衡上部塌陷体形成的滑动力时，沿软弱结构面滑移所致。根据其发生机制，滑塌可分为压剪破坏和拉剪破坏。
倾翻塌陷：稳定性由危险岩体后缘岩土体的抗拉强度控制。在川藏高速公路穿过的山地峡谷、垂直岸坡和陡峭悬崖上十分发育，其自由面陡峭，甚至呈倒坡状。在差异风化和河流侵蚀作用下，边坡卸荷严重。在长期重力、水压等作用下，岩体向空气方向倾倒、破碎，直至变得不稳定，脱离母岩，形成崩塌。从其发生机理来看，倾倒塌陷主要是由于危岩体的外倾弯矩大于危岩体的抗拉强度和倾覆转折点的弯矩而引起的。
崩塌：主要由危险岩体的抗拉强度和抗剪强度决定。多见于近水平或相对平缓的层状或准层状边坡结构。此类塌陷主要是由于差异风化形成的凹腔使上部岩体悬空，造成危岩体塌陷。底部逐渐向顶部塌陷。
滚落式塌陷：主要是由于降雨、地震、风等外力作用，使危险岩体与下伏边坡之间的外摩擦力不能提供足够的阻力而导致岩石向下滚落。在川藏高速公路所在的高山峡谷地区形成的高位滑坡和斜坡沉积物中非常常见。例如，“5.12”汶川地震后，岷江峡谷形成大量高差较大的崩塌坡积物，导致上部岩块在降雨作用下失去平衡，迅速滚落，余震等，对213国道下游及四川河道造成严重破坏。西藏高速公路迎文段、文马段安全隐患巨大。
5、崩塌危岩的工程地质分析
川藏高速公路崩塌危岩工程地质分析主要采用地形地貌演化、地质条件对比、不稳定因素变化、变形征兆及其发展趋势监测四种方法。
地形演化分析方法：在不同岩土性质和不同部位的结构差异以及不同应力的共同作用下，边坡会向自由面发生不同性质的变形或破坏。在此基础上，根据边坡的岩土性质、边坡结构、水文地质、自由面形状等地形地貌条件以及同类边坡的病害特征，分析危险岩崩的类型和稳定性。
地质条件对比分析方法：不同稳定阶段的崩塌危岩呈现出不同的宏观形态。将待分析的塌陷体与地质条件相似的边坡岩土体进行比较，根据其差异性和相关性进行比较。崩塌危岩分析。
不稳定因素变化分析方法：崩塌危岩的稳定性变化过程可能是渐进的，也可能是突然的。例如，危岩体的稳定性是在长期风化和降雨作用下逐渐稳定的。然而，边坡的开挖或地震会迅速改变边坡的平衡状态，可能导致危险岩体的稳定性突然改变，导致崩塌。
危岩变形征兆分析方法：根据不同稳定性的崩塌危岩的不同变形状态，通过监测观察变形征兆来分析危岩体的稳定状态。如果裂缝贯穿危岩体的后缘，块体继续从前部脱落，监测曲线突然发生变化，则表明即将发生崩塌。
6、川藏高速公路崩塌危岩处治实例
6.1,ZK53+880~ZK54+140左侧
1）边坡地质条件
边坡位于凸脊前缘的陡峭悬崖上，坡度7588，坡向60，高差约160m。坡脚为河流侵蚀堆积地形。陡峭的悬崖公路以桥的形式沿着杂谷脑河谷底部呈条状展开。桥面与坡脚高差约29m。斜坡主要由志留系茂县群（Smx2）绢云母石英千枚岩和变质石英砂岩组成。主要岩层形状为。封闭充填缝主要有两组：J1：，延伸1.5-2.5m，间距0.2-0.5m；J2：4085，延伸1.5-2m，间距0.2-1m。项目区地震峰值加速度为0.20g，基本地震烈度为VIII级。
2)塌陷机理
悬崖上坡在长期卸荷和重力作用下，沿自由面方向向自由面倾倒，形成弯拉裂倾倒危岩体。整个悬崖由于岩体片理面、各种结构面和差异风化作用的共同切割，形成多条直径7.7m3.5m4.3m至18.4m5.1m4.1m的凹槽。为塌陷、滑塌提供了良好的地质环境。据调查，每年雨季，该悬崖都会发生落石事件。落石颗粒尺寸主要集中在0.51.0m范围内，最大直径可达35m。大多落在悬崖脚下约1030m宽的范围内。
3）项目处理方案
崖脚大桥距离崖底约12m，是崩塌落石的重灾区。由于无法通过调整线路平面来避免该地质灾害，因此必须采取积极的工程措施进行保护。主要工程措施为：人工清除边坡浮石，在强卸荷线以下悬崖上部倾倒变形区设置锚固段。桥墩锚杆采用挂网、喷射混凝土加固；整个斜坡设置导石网，保证陡峭悬崖落石顺利到达坡脚；桥墩部分与陡崖脚部之间设置落石槽，引导石网。引导落石被拦截；边坡空腔内埋设锚固混凝土，防止边坡不均匀风化，有效支护危岩。
6.2.ZK56+455桑坪隧道入口左侧
1）边坡地质条件
桑坪隧道入口位于杂谷脑河右岸凸脊前方。自然坡度约70至80，坡向330，坡高约130m。主要由志留系茂县群（Smx2）丝夹结晶石灰岩组成。它由云母石英千枚岩和变质石英砂岩组成。岩层产状为。隧道轴线与岩层方向呈小角度相交。入口区节理主要有两组：J1：产状，延伸310m，间距6m；J2：产状，延伸2.5~8m，间距1~2m。节理面微张，有少量泥浆充填。项目区地震峰值加速度为0.20g，基本地震烈度为VIII级。
2)塌陷机理
构成悬崖的岩体在片理面和构造面的共同切割和差异风化作用下形成多个空洞，引起落石滑落，落石最大直径达4m。5m3m。特别是施工期间，由于隧道开挖扰动，危石落石发生频率增加，直接威胁隧道下段入口的施工安全。如果不采取措施，降雨、地震等势必会对下部隧道及相连结构造成破坏。Kekut大桥存在重大安全隐患。
3）项目处理方案
由于桥隧道连接处山势高峻，主动护坡工程规模大、施工难度大。因此，结合隧道口河道较宽高台地的有利条件，在不影响河水泛滥的情况下，决定对受塌石落石影响区域的桥梁进行调整，以连接路基。和隧道。这样就避免了桥梁一旦被险石破坏就难以修复的缺点，充分发挥了路基较强的抗灾能力，并在隧道入口处延长明洞，必要的缓冲层向桥面倾斜。明洞隧道上部设置河侧，进一步提高线路抗灾能力，实现崩塌危岩的有效治理。
6.3、ZK69+257~ZK69+532左侧
1）边坡地质条件
项目区属构造剥蚀的高山峡谷，呈上坡平缓、下坡陡的阶梯状地貌。自然坡高约400m。上缓坡坡度约40，下悬崖坡度约70-80。崖顶与坡脚高差约190m，坡向50。线路以桥梁形式通过坡脚，桥面高出河面约6m。坡体主要由志留系茂县群（Smx4）绢云母千枚岩组成，夹有少量条状至薄层变质细砂岩。由于斜坡位于桃坪倒转背斜的核心，斜坡上发育褶皱和压裂带。主要坡形为，为大斜跨构造坡。项目区地震峰值加速度为0.20g，基本地震烈度为VIII级。
2)塌陷机理
悬崖上部是一个平缓的天然斜坡。由于风化、冻融、地震、降雨和动物干扰，常有直径0.3~0.8m的落石。在距崖顶向下约14~100m的范围内，由于岩体的片理面倾斜较陡，自由面较高。强风化卸荷岩体在上部岩体重力作用下发生倾倒、开裂变形，发育两条与边坡走向平行的两条线，宽度约4锯齿状卸荷拉裂缝15.1m长，长约89.7m，长52.7m，可见深度约7m。倾倒变形体沿底部切割结构面破碎，部分可见顶空孔洞。倾倒体位于较为完整、坚硬的石英绢云母千枚岩“基底”上，在降雨、地震等作用下可能会导致倾倒塌陷，由于片理、构造的切割、风化、卸荷作用降雨和地震时，悬崖边坡上常发生粒径为0.51.0m的落石。
3）项目处理方案
清除斜坡上的浮石和危石，并在贯通张拉裂缝后面设置被动网，拦截崖顶后缓坡上的小落石；用吊网喷洒混凝土，架设墩锚索，倾倒悬崖顶。采用预加固，防止倾倒体因风化、卸荷而稳定性进一步降低；悬崖顶部锚固工程上部设置开口导石网，保护分布在悬崖上部和悬崖斜坡上的散落危石；在坡脚桥墩处设置石挡墙，利用废弃的G317国道形成落石槽，防止落石直接冲击坡脚桥墩，并作为石导网拦截落石的停靠点。
7、结语
1）川藏高速公路塌方极为严重。具有机理复杂、隐蔽性高、规模大、危害性强、发生突然、防治难度大等特点。在我国塌陷研究中具有典型性和代表性。
2）青藏高原东侧一级斜坡地区复杂的地形是川藏高速公路塌方的根本原因之一。其地势陡峭，坡度较大。岷江、大渡河流经的高山峡谷地区，为险岩崩塌的发生奠定了良好的地形基础。
3）青藏高原边缘新构造运动强烈活跃，地震强烈频繁，河流不断下切，青藏高原持续上升，导致高陡峡谷动力作用强烈川藏高速公路经过的地区。这个过程促进了危险岩石的形成和崩塌。
4）川藏高速公路文马段经过集中暴雨、海拔高、大面积季节性冻土等气候极其恶劣的地区。大雨和春季融雪是该地区崩塌和落石的高峰期。
5）川藏高速公路的大规模建设和人类活动使边坡的应力场、渗流场、温度场等在短时间内发生了较大的变化，造成了原有自然运行下形成的边坡失去稳定平衡导致倒塌，是工程建设过程中倒塌灾害大规模增加的直接原因。
6）川藏高速公路塌方形成机制复杂。滑坡、倾倒、坠落和滚塌都会发生，并且常常与滑坡交织在一起，常常需要坡面、边坡和坡度控制。只有对本体进行综合治理，才能有效防治岩体崩塌危险。