廣東省韶關市316縣道河道型水庫庫岸路基塌方成因分析

孫巖+肖秀明+車海清

摘要：廣東省韶關市316縣道K15+000～200段與北江河道并行，一面山地，一面臨河，為典型的河道型水庫庫岸填方路基。2011年12月此路段發生嚴重塌方，本文根據此路段地質環境條件，分析論證致災地質作用類型、主導地質環境因素、從屬地質環境因素和激發因素。探討了庫水位上升和下降、側蝕作用及科氏力作用對庫岸路基穩定性的影響。

關鍵詞：庫岸路基塌方；地質災害；庫水位漲落；成因分析

1.概述

岸坡巖土體的失穩破壞實質上是由巖土體結構、粒度組分和地質環境條件等多要素共同控制下的失穩破壞過程，其中巖土體所處的地質環境條件是非常重要的一方面。廣東省韶關市316縣道K15+000-200塌方路段位于廣東省韶關市曲江區白沙鎮，漾涅水電站庫區上游，北江右岸外側（凹岸）轉彎處。因廣樂高速施工，曲江漾涅水電站對水庫水位進行了調整。計劃放水時間共計6天，至第四日晚該路段發生公路塌方，導致X316縣道交通中斷。公路路基塌方在當地村民房屋下形成了高差約5m近直立陡坎。該路段擋土墻、路基填土全部塌方，路面已全部破碎。

本文通過現場勘查、地質環境調查，并根據此路段地質環境條件，分析論證致災地質作用類型、主導地質環境因素、從屬地質環境因素和激發因素。探討了庫水位上升和下降、側蝕作用及科氏力作用對庫岸路基穩定性的影響。

2.工程地質條件

2.1自然地理及工程概況。塌方路段處于低山丘陵地貌，塌方路段與北江河道并行。西側山坡的匯水面積較大，且公路路基未在此路段預留排水涵道。塌方路段位于北江右岸外側（凹岸）轉彎處，一面傍山，一面臨河（北江）。本區域主要接受大氣降雨和地表徑流補給。地表徑流較發育，沖刷較強烈。316縣道塌方路段地處南嶺山脈中段南麓，河谷兩岸均為第四系地層覆蓋，河流沖刷、切割2m～5m不等。河谷開闊，河道彎曲，兩岸有斷續的長條狀一級階地，局部分布有二級基座階地，河床至二級階地高差43m～53m，坡度1°～8°，河床斷續分布有河漫灘堆積物及沙洲，形成河汊，一級階地與河床比高3m～5m，二級階地與河床比高6m～11m。塌方路段西側為文峰嶺，山頂標高為273.8m，地形坡度30°～60°，山勢陡峻，植被較發育。

2.2巖土體結構及性質。據野外調查及有關工程勘察資料，塌方路段內巖層傾向與路基邊坡坡向相反。主要地層為：①人工填土層，為雜色雜填土，主要為公路路基，稍濕，松散狀，主要成分為最上部混凝土路面厚約0.3m，其他均為灰雜色碎石及粘土，土質不均勻。②沖積層，為暗黃色粘土，稍濕，狀態軟塑，局部可塑。主要成分為粘性土，含30%～45%中粗砂，土質不均，分選較差。③砂質頁巖，隱伏于第四系土層之下，巖性為灰褐色砂質頁巖，穩定連續分布于整個場地。巖面起伏變化較大，巖石風化成砂土狀，原巖頁理結構尚清晰可見，風化程度不均勻，含有弱風化砂巖碎塊。塌方路段內巖土體類型較多，各類巖土體力學性質差異較大，整體上路基填土及其下部沖積層水理性質較差，抗沖刷侵蝕較差。

3.成因分析

3.1環境地質因素。塌方路段原始地形為河谷階地。因修建316縣道而進行人工削坡，路基填筑，改變了原有地形地貌，填土邊坡大于5m，破壞了邊坡的自然平衡。

路基土層以砂質粘性土為主，且含砂量較高。土體水理性質較差，級配較差，結構松散，抗沖刷侵蝕較差。長期的水流侵蝕作用使邊坡底部被淘空，使上部土體失去支撐即發生塌岸。

3.2庫水位漲落對路基穩定性影響分析。由于下游曲江濛涅水電站因廣樂高速施工對水庫水位進行了調整。計劃放水時間共6天，至第四日晚水位下降約6m。水庫在蓄水和放水過程中會誘發各種形式的地質災害，如庫岸崩塌、滑坡等。水位漲落引起滑坡破壞的原因可以歸納如下兩個方面：

3.2.1物理、化學作用。隨著水庫水位上升，周圍的地下水位也隨之上升，使地下水和庫水共同作用于巖土體介質和岸坡表面，對巖土體產生物理和化學作用。物理作用主要是飽和、軟化庫岸路基巖土體，從而使巖土體的強度降低；化學作用主要是通過水～巖土體礦物元素的溶解、交換、水解等作用來改變巖土體的土質結構而降低其物理力學強度。

3.2.2力學作用。靜水作用：當水庫水位上漲，庫岸路基巖土體處于靜水工況時，巖土體處于飽水狀態，根據有效應力原理，孔隙水靜水壓力增大的同時減小了巖土體中有效應力而降低巖土體強度。另外當庫水開始蓄水時，岸坡下部淹沒部分就會產生浮托力作用，這種浮力作用使得坡腳部分的有效重量減少，造成整個滑坡體的抗滑力變小，邊坡穩定性降低。

動水作用：水庫內水位大幅度下降會對庫岸邊坡產生滲透水動水壓力。當水庫水位急劇下降時，存在于庫岸邊坡巖土體中的地下水水位下降有一定時間上的滯后，在這期間地下水位要高于水庫的水位，此時在邊坡中地下水滲流產生滲透水壓力，其滲流方向指向坡外，這將造成邊坡下滑力增大，整體穩定性降低，容易誘發庫岸崩塌、滑坡，特別是庫岸邊坡透水性較小的時候，對岸坡穩定性影響就尤為明顯。

33河流侵蝕作用對路基穩定性影響分析。第四紀以來，區內地殼間歇式上升，但上升速度較慢，在丘陵區，以溶蝕、侵蝕和剝蝕作用為主，北面壺天群地層的溶洞發育高程多在lOOm左右；東南面湞江、武江及北河谷地帶以侵蝕堆積作用為主，沿河岸僅發育有1級～2級階地。以上這些現象足以說明北江河谷區新構造運動比較強烈。上升期河流下蝕河床作用強烈，側蝕塌岸作用較發育，下降期河流塌岸作用較發育。從影響時間和作用強度來分析，新構造運動對坍塌路段影響作用較強。

按河流侵蝕作用的方向，可分為側蝕作用和下蝕作用。河流的側蝕作用是產生水庫庫岸崩塌地質災害的主要外力。側蝕作用產生的原因主要是：①彎道離心力作用；②科里奧利效應（科氏力作用）。河流側蝕作用的最終結果，凹岸受沖蝕和磨蝕塌岸后退，凸岸沉積增寬前進，河床進一步彎曲。endprint

3.3.1彎道離心力作用。河道彎曲部位水流因慣性作用而產生離心力，水體向凹岸集中導致河道彎曲處產生河流的橫向環流，環流在凹岸順坡向下流動，不斷對凹岸進行沖蝕和磨蝕，掏空岸坡的下部。岸坡上部巖土體失去支撐在重力作用下發生崩塌地質災害。凹岸不斷向旁側及下游方向侵蝕推進，因此在凹岸易形成高而陡的懸崖或陡坡。凸岸底流向上運動，流向表面。因此從凹岸侵蝕下來的巖土體又被橫向環流帶到凸岸沉積下來。在凸岸形成平緩的河漫灘，并不斷擴展增寬。這樣使河床彎曲程度增大，并同時加寬了河床，使河床在平面上呈“U”字型。

塌方路段為典型的河灣浸水路基，其水下邊坡受水流沖刷侵蝕發生塌方。且此處易發生河道橫向環流，因水流流速增大致水流沖刷能力增強，凹岸水下路基巖土體最容易起動，水流凹岸岸坡不斷沖蝕，導致凹岸路基邊坡坡腳掏空而造成岸坡失穩、崩塌。根據調查，北江沿岸凸岸側和岸坡有拋石防沖刷處理江岸均未見發生庫岸塌方現象。

3.3.2科里奧利效應（科氏力作用）。由于自轉的存在，地球并非一個慣性系，而是一個轉動參照系。科氏力是對旋轉體系中進行直線運動的質點由于慣性相對于旋轉體系產生的直線運動的偏移的一種描述。

地球上的河流除赤道外，都會受到科氏力的作用而導致河道的一邊往往比另一邊沖刷得更厲害。因為在北半球水流受到科氏力的作用而偏向于右岸，所以河流的右岸會受到水流更嚴重的侵蝕。例如本次發生塌方的江岸路段，在其右岸凹岸側表現很明顯。

4.結論及防治建議

綜合各種因素對地質災害的影響分析，316縣道崩塌地質災害是在特定的地形地貌、地質環境條件、氣象水文條件以及人類工程活動影響下產生的。其影響因素主要為自然因素和人類活動兩種。新構造運動的影響是要經過漫長的地質時期才能體現出來的，塌方的主要因素是水庫水位漲落、河流侵蝕、暴雨沖刷、波浪侵蝕、地下水機械潛蝕等周期性變化等自然因素。河流對岸坡的侵蝕作用是直接致災因素，特別是高水位期河流對岸坡的侵蝕作用，最基本的因素是科氏力作用和庫岸邊坡巖土體結構和組成。人類工程活動及濛涅水電站放水作業是路基塌方發生的直接誘發因素。

為了加強路基邊坡的抗沖刷能力建議采用鋼筋砼擋土墻，其基底埋深大于最大沖刷深度以下0.5m～1.0m。墻內路基填土采用級配較好的粘性土，防止因地下水徑流作用導致其細顆粒流失。建議對漾涅水電站上下游河道岸坡進行安全排查，對岸坡防沖刷性能較差路段進行工程防治，以避免類似災害再次發生。endprint