广东省韶关市316县道河道型水库库岸路基塌方成因分析

孙岩+肖秀明+车海清

摘要：广东省韶关市316县道K15+000～200段与北江河道并行，一面山地，一面临河，为典型的河道型水库库岸填方路基。2011年12月此路段发生严重塌方，本文根据此路段地质环境条件，分析论证致灾地质作用类型、主导地质环境因素、从属地质环境因素和激发因素。探讨了库水位上升和下降、侧蚀作用及科氏力作用对库岸路基稳定性的影响。

关键词：库岸路基塌方；地质灾害；库水位涨落；成因分析

1.概述

岸坡岩土体的失稳破坏实质上是由岩土体结构、粒度组分和地质环境条件等多要素共同控制下的失稳破坏过程，其中岩土体所处的地质环境条件是非常重要的一方面。广东省韶关市316县道K15+000-200塌方路段位于广东省韶关市曲江区白沙镇，漾涅水电站库区上游，北江右岸外侧（凹岸）转弯处。因广乐高速施工，曲江漾涅水电站对水库水位进行了调整。计划放水时间共计6天，至第四日晚该路段发生公路塌方，导致X316县道交通中断。公路路基塌方在当地村民房屋下形成了高差约5m近直立陡坎。该路段挡土墙、路基填土全部塌方，路面已全部破碎。

本文通过现场勘查、地质环境调查，并根据此路段地质环境条件，分析论证致灾地质作用类型、主导地质环境因素、从属地质环境因素和激发因素。探讨了库水位上升和下降、侧蚀作用及科氏力作用对库岸路基稳定性的影响。

2.工程地質条件

2.1自然地理及工程概况。塌方路段处于低山丘陵地貌，塌方路段与北江河道并行。西侧山坡的汇水面积较大，且公路路基未在此路段预留排水涵道。塌方路段位于北江右岸外侧（凹岸）转弯处，一面傍山，一面临河（北江）。本区域主要接受大气降雨和地表径流补给。地表径流较发育，冲刷较强烈。316县道塌方路段地处南岭山脉中段南麓，河谷两岸均为第四系地层覆盖，河流冲刷、切割2m～5m不等。河谷开阔，河道弯曲，两岸有断续的长条状一级阶地，局部分布有二级基座阶地，河床至二级阶地高差43m～53m，坡度1°～8°，河床断续分布有河漫滩堆积物及沙洲，形成河汊，一级阶地与河床比高3m～5m，二级阶地与河床比高6m～11m。塌方路段西侧为文峰岭，山顶标高为273.8m，地形坡度30°～60°，山势陡峻，植被较发育。

2.2岩土体结构及性质。据野外调查及有关工程勘察资料，塌方路段内岩层倾向与路基边坡坡向相反。主要地层为：①人工填土层，为杂色杂填土，主要为公路路基，稍湿，松散状，主要成分为最上部混凝土路面厚约0.3m，其他均为灰杂色碎石及粘土，土质不均匀。②冲积层，为暗黄色粘土，稍湿，状态软塑，局部可塑。主要成分为粘性土，含30%～45%中粗砂，土质不均，分选较差。③砂质页岩，隐伏于第四系土层之下，岩性为灰褐色砂质页岩，稳定连续分布于整个场地。岩面起伏变化较大，岩石风化成砂土状，原岩页理结构尚清晰可见，风化程度不均匀，含有弱风化砂岩碎块。塌方路段内岩土体类型较多，各类岩土体力学性质差异较大，整体上路基填土及其下部冲积层水理性质较差，抗冲刷侵蚀较差。

3.成因分析

3.1环境地质因素。塌方路段原始地形为河谷阶地。因修建316县道而进行人工削坡，路基填筑，改变了原有地形地貌，填土边坡大于5m，破坏了边坡的自然平衡。

路基土层以砂质粘性土为主，且含砂量较高。土体水理性质较差，级配较差，结构松散，抗冲刷侵蚀较差。长期的水流侵蚀作用使边坡底部被淘空，使上部土体失去支撑即发生塌岸。

3.2库水位涨落对路基稳定性影响分析。由于下游曲江濛涅水电站因广乐高速施工对水库水位进行了调整。计划放水时间共6天，至第四日晚水位下降约6m。水库在蓄水和放水过程中会诱发各种形式的地质灾害，如库岸崩塌、滑坡等。水位涨落引起滑坡破坏的原因可以归纳如下两个方面：

3.2.1物理、化学作用。随着水库水位上升，周围的地下水位也随之上升，使地下水和库水共同作用于岩土体介质和岸坡表面，对岩土体产生物理和化学作用。物理作用主要是饱和、软化库岸路基岩土体，从而使岩土体的强度降低；化学作用主要是通过水～岩土体矿物元素的溶解、交换、水解等作用来改变岩土体的土质结构而降低其物理力学强度。

3.2.2力学作用。静水作用：当水库水位上涨，库岸路基岩土体处于静水工况时，岩土体处于饱水状态，根据有效应力原理，孔隙水静水压力增大的同时减小了岩土体中有效应力而降低岩土体强度。另外当库水开始蓄水时，岸坡下部淹没部分就会产生浮托力作用，这种浮力作用使得坡脚部分的有效重量减少，造成整个滑坡体的抗滑力变小，边坡稳定性降低。

动水作用：水库内水位大幅度下降会对库岸边坡产生渗透水动水压力。当水库水位急剧下降时，存在于库岸边坡岩土体中的地下水水位下降有一定时间上的滞后，在这期间地下水位要高于水库的水位，此时在边坡中地下水渗流产生渗透水压力，其渗流方向指向坡外，这将造成边坡下滑力增大，整体稳定性降低，容易诱发库岸崩塌、滑坡，特别是库岸边坡透水性较小的时候，对岸坡稳定性影响就尤为明显。

33河流侵蚀作用对路基稳定性影响分析。第四纪以来，区内地壳间歇式上升，但上升速度较慢，在丘陵区，以溶蚀、侵蚀和剥蚀作用为主，北面壶天群地层的溶洞发育高程多在lOOm左右；东南面浈江、武江及北河谷地带以侵蚀堆积作用为主，沿河岸仅发育有1级～2级阶地。以上这些现象足以说明北江河谷区新构造运动比较强烈。上升期河流下蚀河床作用强烈，侧蚀塌岸作用较发育，下降期河流塌岸作用较发育。从影响时间和作用强度来分析，新构造运动对坍塌路段影响作用较强。

按河流侵蚀作用的方向，可分为侧蚀作用和下蚀作用。河流的侧蚀作用是产生水库库岸崩塌地质灾害的主要外力。侧蚀作用产生的原因主要是：①弯道离心力作用；②科里奥利效应（科氏力作用）。河流侧蚀作用的最终结果，凹岸受冲蚀和磨蚀塌岸后退，凸岸沉积增宽前进，河床进一步弯曲。endprint

3.3.1弯道离心力作用。河道弯曲部位水流因惯性作用而产生离心力，水体向凹岸集中导致河道弯曲处产生河流的横向环流，环流在凹岸顺坡向下流动，不断对凹岸进行冲蚀和磨蚀，掏空岸坡的下部。岸坡上部岩土体失去支撑在重力作用下发生崩塌地质灾害。凹岸不断向旁侧及下游方向侵蚀推进，因此在凹岸易形成高而陡的悬崖或陡坡。凸岸底流向上运动，流向表面。因此从凹岸侵蚀下来的岩土体又被横向环流带到凸岸沉积下来。在凸岸形成平缓的河漫滩，并不断扩展增宽。这样使河床弯曲程度增大，并同时加宽了河床，使河床在平面上呈“U”字型。

塌方路段为典型的河湾浸水路基，其水下边坡受水流冲刷侵蚀发生塌方。且此处易发生河道横向环流，因水流流速增大致水流冲刷能力增强，凹岸水下路基岩土体最容易起动，水流凹岸岸坡不断冲蚀，导致凹岸路基边坡坡脚掏空而造成岸坡失稳、崩塌。根据调查，北江沿岸凸岸侧和岸坡有抛石防冲刷处理江岸均未见发生库岸塌方现象。

3.3.2科里奥利效应（科氏力作用）。由于自转的存在，地球并非一个惯性系，而是一个转动参照系。科氏力是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。

地球上的河流除赤道外，都会受到科氏力的作用而导致河道的一边往往比另一边冲刷得更厉害。因为在北半球水流受到科氏力的作用而偏向于右岸，所以河流的右岸会受到水流更严重的侵蚀。例如本次发生塌方的江岸路段，在其右岸凹岸侧表现很明显。

4.结论及防治建议

综合各种因素对地质灾害的影响分析，316县道崩塌地质灾害是在特定的地形地貌、地质环境条件、气象水文条件以及人类工程活动影响下产生的。其影响因素主要为自然因素和人类活动两种。新构造运动的影响是要经过漫长的地质时期才能体现出来的，塌方的主要因素是水库水位涨落、河流侵蚀、暴雨冲刷、波浪侵蚀、地下水机械潜蚀等周期性变化等自然因素。河流对岸坡的侵蚀作用是直接致灾因素，特别是高水位期河流对岸坡的侵蚀作用，最基本的因素是科氏力作用和库岸边坡岩土体结构和组成。人类工程活动及濛涅水电站放水作业是路基塌方发生的直接诱发因素。

为了加强路基边坡的抗冲刷能力建議采用钢筋砼挡土墙，其基底埋深大于最大冲刷深度以下0.5m～1.0m。墙内路基填土采用级配较好的粘性土，防止因地下水径流作用导致其细颗粒流失。建议对漾涅水电站上下游河道岸坡进行安全排查，对岸坡防冲刷性能较差路段进行工程防治，以避免类似灾害再次发生。endprint