三峡库区重大地质灾害及防治研究进展（论文）

殷跃平

(国土资源部中国地质调查局)

　　殷跃平博士,国土资源部中国地质调查局研究员,长期从事地质灾害防治和重大工程选址区域地壳稳定性评价工作。主持了长江三峡库区地质灾害防治研究和长江三峡链子崖危岩体锚固工程的研究与设计等几十项国家重大项目,被三峡建委授予《三峡工程移民先进工作者》称号。在国内外学术刊物发表论文、研究技术报告五十余篇。

三峡工程如期于2003年6月如期下闸蓄水135m和并网发电,同年11月,蓄水到139m。三峡工程成败在移民,地质条件则是移民成败的重要因素。几十年来,三峡库区开展过大量的工程地质工作,为移民迁建规划提供了重要地质科学依据,避免了规划工作中由地质所造成的重大失误。随着移民迁建工作全面实施,地质问题逐渐增多,要求地质工作尽快跟上移民迁建的步伐,快速准确地解决迁建中的地质问题,以保证三峡移民及三峡工程如期、

顺利、优质、经济地进行。但是,在十多年的时间内,在如此复杂的地质环境,在人类大规模工程活动扰动和水位上升100多米的条件下,要进行如此巨大规模的人口迁移与安置,国内外并无现成经验,严重妨碍了移民迁建工程顺利实施。自1997年以来,三峡工程建设委员会移民开发局设立了《长江三峡工程库区移民迁建新址重大地质灾害防治研究》重大科技研究项目。受三峡建设委员会移民局开发局的委托,由殷跃平博士等余百名专家进行攻关,通过6年的努力,对三峡库区,特别是二期移民迁建中存在的重大地质灾害进行了系统深入的研究,系统探讨了滑坡、崩塌、库岸坍岸与再造、边坡失稳、岩溶塌陷、易滑地层改造与开发利用、建筑开挖及弃渣灾害及防治、灾害地质体综合开发利用等库区重大地质灾害与防治基础问题,为科学有效地防治库区地质灾害提供了系统全面的理论和技术方法20

支撑;在科研中,注重与移民迁建相结合,及时解决

了许多移民迁建中的地质灾害难题,对库区移民迁建城镇滑坡防治、高边坡防护、库岸防护、及土地开发利用等重大地质问题进行综合研究,提出优化方案,建立了综合示范工程,对库区地质灾害防治提供了技术导向和成熟经验;系统总结了库区地质灾害防治的经验教训,引进并推广了多项高新技术方法,制定了三峡库区地质灾害防治技术标准。

一、取得了系统的库区重大地质灾害与防治

基础研究成果

　　1.开展堆积层滑坡体结构工程地质力学特征,渗透压力对滑坡稳定变化影响、砼格构防治工程设计理论与方法等关键问题研究

系统总结了库区移民迁建区滑坡结构和变形失稳特征,进行了滑坡防治工程分类,并对库区分布广,危害大的堆积层滑坡物质工程地质力学性质进行了系统研究,提出了滑坡堆积体可作为“土石混合体”的概念,是一种介于土体和岩体之间的非均质不连续复杂地质体。而现有理论和方法尚不能对这类具有高度非均质、非连续和非线性的复杂地质材料进行描述和概化,未有合适的室内试验和计算方法。本研究对其进行了工程地质调查和野外试验,根据结构特点,提出了两种精细结构建模方法及相应的模型自动生成技术。此外,对于这种尺寸效应非常明显而难于试验的地质材料,发展了一种基于大规模数值计算的数值试验方法。在此基础上,配合现场原位剪切试验和室内模型试验,对土石混合体的破坏机理以及单轴压缩和剪切状态下力学性质及其影响因素进行了研究,获得了单轴抗压强度、变形模

量和c、

φ值等重要参数的计算公式或方法。结合库区滑坡防治工程设计中最模糊的问题-水库蓄水引起的渗透压力问题进行了研究,提出了静水压力和渗透压力工况下相关设计计算方法,完善了适用于库区的折线型和圆弧型滑面的滑坡稳定性和推力计算公式,并开发了相应设计系统。对三

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峡水库蓄水以及库水波动的相关设计“工况”进行了论证,渗透压力是库区滑坡防治设计必须考虑的重要因素,从防洪角度上看,库区存在从175m到145m骤降的现象,可作为校核工况考虑。

总结了库区滑坡防治技术,特别对库区常用的格构锚固结构作用机理和设计方法进行了研究。利用Winkler弹性地基上梁的解析解对格构梁的内力和变形作定量分析,讨论了格构梁受力情况受弹性特征λ、梁格间距ls以及梁长对工程的影响。采用ANSYS软件对格构锚固结构及其作用的松散土层进行三维有限元模拟,模拟结果表明:格构梁作用的周围区域岩土体均产生压缩变形,梁格区域下的表层岩土体的位移呈盆状分布;跟踪土体表层不同位置的4个节点,发现格构梁下土体受压,梁格之间土体受拉;梁格之间土体变形处在弹性阶段;土体在格构梁的边角、悬臂处比中间危险,且靠边的框格表层土体比中间框格的危险。

对库区具有典型意义的滑坡白衣庵滑坡、赵树岭滑坡、关塘口滑坡形成演化进行了研究,揭示了滑坡形成与库区河谷演化的地质意义。对白衣庵滑坡进行了野外研究:滑坡前沿有厚达134m以上的冲洪积层沉积,测年表明,沉积物可追溯到23万年以前;河流切割到海拔高程18m以下。通过研究沉积物年龄与沉积物相互叠置关系表明,该地区地壳在中更新世晚期以来,处于往复升降振荡运动过程中,从而形成了三级阶地。它与现地貌上的三级台阶(地)不一致,其第三级基座阶地为埋藏阶地,二级阶地为上叠阶地,一级阶地为内叠阶地。这些结论推翻了以往认为该地区地壳运动是阶段性上升(上升-停滞(稳定)-上升-停滞)的看法。对于长江三峡以往的存疑,例如,三峡东坡阶地(五级)与西坡阶地(三级)的不可比性;三峡地段河槽深度超过海平面以下的地质解释等提供了极好的证据。同时,对长江三峡形成的溯源侵蚀与古长江上游西流说提出了质疑。对长江三峡的形成与发展、第四纪地质与新构造运动研究具有重要意义。

2.系统划分了岸坡五大类十五子类结构类型,对四个典型时期水库冲刷和泥沙淤积及地下水对典型岸坡稳定性进行了预测研究

对库岸类型进行了系统研究,根据三峡库岸斜坡的地层岩性、岩相、水文地质结构、含水类型等因素,将蓄水斜坡划分为五大类十五子类,并给出了各子类的三维模式图。根据库岸地下水动力场水位动态变化的几种形式确定了稳定性最为不利的四种斜

坡类型:顺向斜坡、部分水文地质结构与条件不利的反倾斜坡、部分滑坡与第四系松散介质斜坡。它们应作为今后库岸斜坡稳定、库岸再造与移民搬迁工程稳定性研究的重点。

采用环境地质与河流动力学相结合方法研究奉节河段的地质特征,建立了冲刷塌岸预测模型,系统地对奉节河段岸坡冲刷塌岸进行了预测,特别是首

次将水流泥沙计算与冲刷塌岸预测分析相结合进行岸坡整体稳定性评估,总结了奉节河段库岸再造的范围和规律。通过奉节河段的二维水流泥沙模型的数值计算,分析了三峡施工期、水库运行20年、50年及80年四个典型时期,可能塌岸线处的水位、流场、近岸流速及泥沙冲淤量的变化,为库岸再造研究提供了水力条件。一维、二维水流泥沙模型数值计算结果表明,三峡水库蓄水后,近岸流速和浪高均较小,作为动水荷载对滑坡整体稳定性的作用较小;冲淤平衡(水库运行80年)后河床泥沙淤积厚度较大。建立了奉节河段岸坡冲刷塌岸的预测模型;根据岸坡岩土体的环境地质特点,分析了不同类型的岸坡在水位145(135)-175m的水下岸坡带、145(135)-175m的水位变动带、175m以上水上岸坡带的稳定坡角;根据奉节河段岸坡环境工程地质特点,将奉节河段岸坡分为4类:冲洪积型土坡、滑崩堆积型斜坡、碳酸盐岩岩坡、碎屑岩岩坡;可能的库岸再造形式有3种:冲刷塌岸型、整体滑移型、岩体崩塌型。预测了水库蓄水后岸坡塌岸的可能性和范围,绘制出相应的塌岸预测分布图。

3.开展了“坠覆体”成因和演化研究表明:它是一种具多成因、多期次的松散堆积体,可划分为四种成因类型,即在构造和岩溶作用前提下形成的滑坡堆积体、崩塌堆积体、泥石流堆积体和岩溶塌陷堆积体,可称之为“大型崩滑堆积体”,现场固结灌浆试验表明:原来抗压和抗剪强度较差的松散、碎裂岩体力学强度明显提高

对三峡库区移民安置中,奉节、巫山等不少城镇新址都遇到了由重力卸荷、滑坡、崩塌、岩溶等复杂成因的大型堆积层-“坠覆体”土地资源的开发利用问题进行了研究。由于堆积体的成因复杂,工程地质力学性质较难评价,给移民安置规划和建设带来了不少问题。本研究表明:这种堆积体其实是松动岩体后期被改造形成的溶蚀、风化作用的产物,包括滑坡-泥石流堆积体、边坡松动卸荷岩体、表层倾倒弯曲岩体和断裂破碎岩体等,为解决三峡库区许多疑难地质问题奠定了基础。研究表明:它是一种具

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重大工程实录　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　GEOTECHNICALENGINEERINGWORLD　VOL.7　No.8多成因、多期次的松散堆积体,可划分为四种成因类型,即在构造和岩溶作用前提下形成的滑坡堆积体、崩塌堆积体、泥石流堆积体和岩溶塌陷堆积体,可称之为“大型崩滑堆积体”,应赋予成因的概念。层状岩体中断裂作用和新构造抬升运动是崩滑堆积体形成的前提。断裂为流水发生岩溶作用提供了通道,使水、岩能够充分地相互作用。同时,断裂作用还形成了一种特殊岩体,即断裂破碎岩体。T2b2紫红色钙质泥岩遭受溶蚀而泥化,成为滑带,在上部荷载作用和水对化带动润滑作用下,沿泥质条带发生滑坡。由于河流和冲沟下切,以及松动卸荷带的存在,使得滑坡在陡坡上发生,不同地段的滑坡继续滑动和顶部层位的局部滑坡,造成滑坡结构复杂。滑坡之后,滑坡体进一步遭受岩溶和风化等作用,往往发育有崩塌堆积层,或后期溶蚀风化产物经水流或泥流搬运后再次堆积,滑崩堆积体便是在上述复杂过程中形成的。由于巫山、奉节两区均处在支流与长江的交汇部位,冲沟相当发育,岩体往往处于三面临空状态,斜坡作用与岩溶作用相互叠加,斜坡重力卸荷作用相当普遍,松动岩体相当发育,而滑坡体和受滑坡改造岩体的斜坡重力卸荷作用则更加强烈,岩体破碎、块体位移、层理消失。这类岩体则接近于崩滑堆积体。

研究发现:奉节、巫山等地崩滑塌堆积体普遍遭受岩溶化作用,岩溶溶蚀自始自终是崩塌、滑坡的主导作用。在崩滑塌堆积体中通常发育有数层杏黄色泥质条带,它是由深灰色泥质灰岩经岩溶作用后,残留的难溶于酸的泥质和粘土矿物。呈条带状发育,往往形成滑坡的滑带。泥质条带的成分与原岩泥质灰岩有明显差别,其中,Ca质含量降低,Fe3+含量增高。其分布与堆积体关系较密切。作为软弱结构面,控制了滑坡、崩塌的发生。

通过选取崩塌堆积体的裂隙基岩破碎岩体、松散岩土体两种类型的现场灌浆改性试验,取得了一套具有应用前景的灌浆参数。测试声波结果表明其原来抗压和抗剪强度较差的松散、碎裂岩体力学强度明显提高。另外,还通过对灌浆试验点直接开挖观察和灌浆孔附近的固结浆体取样测试表明,其孔周的碎裂岩块被浆液胶结牢固。力学测试,其抗压强度21.7MPa、抗剪断强度8.44MPa,提高了20～40%。

4.对在移民迁建区广布的巴东组易滑地层工程地质特征系统研究表明:地层中粘土矿物含量一般为17.9%左右,蒙脱石含量1.27～6.01%,并含有22

一定数量混层矿物(约30%),具中～强胶结,有弱膨胀性,岩石崩解以机械方式为主。

巴东组地层为一套以紫红色泥岩为主、间夹紫红色砂质泥岩、灰绿色泥灰岩的三迭系中统地层,严重危害库区巴东、巫山、奉节等城市迁建。研究表明:地层中粘土矿物含量一般为17.9%左右,其中的蒙脱石含量一般在1.27～6.01之间,并含有一定

数量的混层矿物(约30%左右),具中～强胶结,有弱膨胀性。该套地层的单轴抗压强度在6.74～24.81MPa左右,属较软岩石,新鲜基岩的三轴压缩指标:内摩擦角φ=34.77°、内聚力c=26.65MPa。岩石的风化以机械风化为主,因此沿剖面的化学成分变化不大,沿剖面物理力学性质的变化除受风化作用制约外,受岩性的影响更为明显,因此可能出现深度异常现象。水对该地层岩石力学性质的影响比较显著,出现强度大幅度下降。饱水条件下,岩石的性质将随时间的推移而发生变化。但这种变化与土体明显不同。岩石的崩解以机械方式为主,即使在反复的干湿作用条件下也不够显著。

野外观察到的边坡或机坑开挖以后不久即出现大量散落体的现象,是由于岩体卸荷后产生了大量卸荷裂隙,从而破坏了岩石的完整性,在地表水的反复干湿作用和温差作用下,这些卸荷裂隙被进一步扩大,并形成网络,从而形成细小的散落体。这些散落体的成分与母岩没有显著差异就是这种机械作用占主导地位的有力证据。岩石颗粒的弱膨胀性对其崩解过程也有一定的影响,但其影响程度处于相对次要的地位。

通过在奉节新城对该套地层进行的工程改性试验表明:高压旋喷注浆方法是一种具有较高抗压强度和抗侵蚀强的岩土改性方法,固结体的平均强度可达1.99MPa;灌浆孔周围动弹模量有明显提高;具有施工简便、旋喷固结体大、透水透气性较差等特点。主要用于增加地基强度、增加土的摩擦力及固着力、防止洪水冲刷、降低土的含水量和防渗帷幕等工程。旋喷固结体抗剪性能较差、微孔隙还比较发育,可考虑在浆液中添加适量的补强、抗蚀成分(石膏等),以进一步提高桩的抗剪强度和抵抗化学侵蚀的能力。

5.岩溶研究表明库区碳酸盐岩地层大都经历了褶皱、断裂破碎-长江切割、松动卸荷-后期溶蚀风化、以及滑坡、崩塌和塌陷等过程。溶蚀作用形成了大量杏黄色泥化条带等致滑的层间软弱夹层。

对库区岩溶地质灾害进行了初步研究,结果表

岩土工程界　第7卷　第8期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　重大工程实录

明:三峡库区岩溶过程是复杂的,碳酸盐岩地层大都经历了褶皱、断裂破碎-长江切割、松动卸荷-后期溶蚀风化、以及滑坡、崩塌和塌陷等过程。岩溶作用在不同的空间尺度上均具有不均匀性。从微观看,在扫描电镜下可见岩石标本中遭受溶蚀后的不均匀微小蜂窝状溶孔。从细观看,块体边缘遭受大的溶蚀比强。从中观看,以节理、层面为边界的块体往往发生转动。从宏观看,由于地貌形态的不同,形成各种与地貌有关的岩溶构造。在横切山梁的剖面上,岩层遭受溶蚀后呈飞雁状弯曲,即沟谷和山梁中部平坦处的溶蚀作用强,这种溶蚀形式是普遍存在的,它导致斜坡滑坡、山梁中部不均匀沉降或滑坡。在斜坡地带或岩溶孔洞发育处,往往形成受层面控制的劈理、帚状劈理、膝折劈理、“S型”弯曲劈理,劈理的进一步发展便形成架空岩体。

随着岩溶、风化作用导致的CaCO3含量的降低、粘土矿物含量的增高,岩石的性质发生变化,从岩变成土,力学强度降低,并变得易崩解、破碎、滑坡。深灰色泥质灰岩在变为黄绿色泥灰岩,再变为土红色钙质泥岩过程中,各项强度指标均有明显降低,其中干样单轴抗压强度降为原岩的1/5～1/3,土红色钙质泥岩已属于软岩类型;溶蚀作用形成了大量的层间软弱夹层,其中灰绿色泥化夹层往往导致岩体局部滑动或块体翻转,杏黄色泥化条带不仅发育普遍,而且规模大,它的发育往往受层面、地下水排泄面和断层面控制,并具有易滑性,往往沿条带发生滑坡。棕红壤和褐黄色膨胀性粘土(即“巫山黄土”

)均含有大量蒙脱石,具有膨胀性,易发生变形、破坏和滑坡。

本研究对移民迁建区影响最大奉节宝塔坪岩溶塌陷进行了系统研究,并进行了同类地质条件下潜在塌陷区的预测。目前,在巫山万圆沟、人民银行地基其分布在同类地貌和岩土结构中具普遍性。一些重要工程及重要地带受岩溶地质灾害潜在威胁是严重的,如奉节三马山岸坡、三马山高陡边坡、巫山二郎庙至龙门桥之间临河大道、巫山新城岸坡、巫山周家包地基等,平湖桥周围虽未发现大型溶洞,但在水库蓄水后发生岸坡局部垮塌及地基沉降的可能性较大,是岩溶塌陷的高易发区。

6.对万州、巫山、洛碛等人防硐室研究表明有30%的人防硐室处于三峡工程145～175m库水变动带,将影响新迁城区沿岸边坡及地面建筑的稳定性,可能出现新的次生地质灾害。

本研究对三峡工程库区沿江分布的大量人防硐

室进行了调查,研究表明:其中有30%的人防硐室处于三峡工程145～175m库水变动带,由于受库水变化影响的地下水渗流条件的变化,将会改变人防硐室硐室周边的岩土体力学性质、地下水渗流场、应力场等环境条件,从而影响新迁城区沿岸边坡及地面建筑的稳定性,可能出现新的次生地质灾害。本项研究在充分收集、分析前人研究资料的基础上,

对巫山县城、万州主城区以及重庆洛碛镇等人防硐室在蓄水条件下的失稳破坏和地面建筑的危害进行了深入的研究,多次进入现场开展工程地质测绘、坑探、槽探、钻探、物探声波等手段,基本查明了人防硐室的分布特征、围岩岩土体结构及现今稳定状况。针对人防硐室现状,采用了有限元(2D-σ、NCAP等软件)、拉格朗日有限差分(FLAC)、边坡地质灾害治理辅助设计系统(Slope-CAD)等数值模拟分析方法再现了几个典型人防硐室现状下的变形破坏过程,并预测了三峡水库蓄水后的发展演化趋势,为进一步的论证治理方案提供了科学依据。

7.巫山、奉节、忠县加筋土挡墙都不同程度存在变形破坏,运用离心机模拟实验和数学模拟研究了57m超高加筋挡墙变形破坏机理,并提出了加固方案。

对超高加筋土挡墙变形破坏过程和加固效果进行了系统研究。从加筋土挡墙的填土室内试验研究入手,结合数值计算(有限元)方法和室内离心模型试验以及现场研究,由浅入深,全面研究了加筋土挡墙的特性;采用三级加荷三轴UU剪切试验,进行了加筋土挡墙的填土试验研究,并考虑了道路路面荷载的不断增加对加筋土填土抗剪强度指标-粘聚力c值和内摩擦角φ值的影响。

第一次将离心模拟技术应用于超高多级加筋土挡墙(H=57m)的研究中,进行了三级加筋土挡墙的离心模型试验,对加筋土挡墙墙背土压力分布规律、挡墙面板和填土的沉降情况以及拉筋的拉力分布规律进行了详细而系统的研究。特别是精心设计出离心模型试验中三级挡墙的面板与拉筋的联结,较真实地反映了实际工程中加筋土挡墙整体复合结构的力学特性。是目前采用离心机对加筋挡墙变形破坏模拟最为复杂,也是最为成功的成果。

8.完成了对大型崩滑塌堆积体、岩溶塌陷区、人防硐室硐室等的物探和工程施工质量检测等。为库区地球物理勘察总结了系统的方法,并提供了一套对库区复杂灾害地质体的地球物理测试参数。

本研究强化了地球物理勘察技术在复杂灾害地

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重大工程实录　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　GEOTECHNICALENGINEERINGWORLD　VOL.7　No.8质体勘察中的示范应用。采用的地球物理勘查技术包括:地震勘探(CDP剖面、面波、高密度影像),电法勘探(EH-4、音频大地电场、高密度电阻率、激电测深、自然电位、电磁测深),地震层折成像(CT),声波测试(单孔、跨孔)。按其功能可归纳为两大类:1.地质体勘查,用以研究地质灾害体和对象(如滑坡、崩塌、隐伏裂缝、旧煤洞、溶洞及岩溶塌陷等)的空间分布形态和结构特征;2.地质灾害体介质的力学参数测定,如纵、横波速度Vp、Vs,动弹性模量Ed、动剪切模量Gd、动泊松比μd、地基承载力[R]、压缩模量[Es]、凝聚力[c]、摩擦角[Ψ]的测试,用以进行稳定性分析评价或作为防治加固工程的定量评价指标。在测区工作面窄短、地形起伏大,地下地质界面的规律性差,堆积体物质组成复杂,地下水位低(一般在40m以下),人工干扰(车辆、行人、施工机械活动频繁,构成较强的噪声干扰和电磁场干扰)等恶劣条件下,完成了对大型崩滑塌堆积体、岩溶塌陷区、人防硐室硐室等的勘察和工程施工质量的检测等。为库区地球物理勘察总结了系统的方法,并提供了一套对库区复杂灾害地质体的地球物理测试参数。

二、开发推广高新地质灾害防治技术方法,为

移民工程提供科学支撑

　　1.总结库区滑坡防治经验教训,开展了基于“土地开发利用”滑坡防治方法技术研究,并建立了4处示范工程

对移民迁建区滑坡防治工程进行了系统总结,包括巫山峡口滑坡、秭归青干江大桥滑坡、巴东二道沟滑坡、黄土坡滑坡、巴东太矶头滑坡、巫山秀峰寺滑坡、巫山烟厂后滑坡、奉节藕塘滑坡、云阳宝塔滑坡、西城滑坡、五峰山滑坡、万州豆芽棚滑坡、和平广场滑坡、关塘口滑坡、忠县周屏山滑坡等进行了系统研究,建立了滑坡开发利用的多种模式,为移民迁建工程中滑坡的防治和开发利用提供了范例。

由于建设用地的严重不足,不得不利用滑坡等灾害堆积体。库区在滑坡灾害的开发性治理方面取得了很好的经验。本研究选则了位于巫山新城区的秀峰寺滑坡作为示范工程。根据新城建设规划,采用“开发性治理”和“绿色设计”的指导思想,将滑坡体的整治与土地综合开发利用有机地结合起来,以妥善解决巫山县城移民搬迁新址中可建设用地严重不足的问题。滑坡治理采用弃渣回填压脚和钢筋砼格构技术,一方面控制了滑坡体的整体稳定性,在黄24

金地段增加了约10公顷土地,解决了54万m3弃渣堆放问题,同时,有效地保护了县城旅游地质景观,综合效益显著。为三峡库区移民新址滑坡治理、土地开发利用规划和工程建设起到示范指导作用。

针对库区滑坡防治中钢筋砼格构技术广但常出现失稳破坏问题,本研究在对钢筋砼格构加固机理和设计方法研究基础上,选定了巴东太矶头东滑坡作为示范工程。该滑坡位于三峡工程库区巴东县神

龙溪与长江交汇处官渡口新镇太矶头东侧,紧靠拟建的巴东长江公路大桥,209国道从滑坡体的中后部通过。为确保209国道至175m正常蓄水位之间滑坡体的稳定性,在209国道至180m间斜坡上设置格构锚固系统。该系统由现浇钢筋混凝土格构梁和预应力锚索组成。在滑坡边缘以外设置周边横向截水沟和纵向排水沟,以防止域外地表水流入。充分利用公路排水系统,设置集水沟,将滑坡体周围的天然冲沟疏浚整修,作为周边截水沟。将将纵横截排水沟以及公路排水系统连通,形成网状地表排水系统。在格构梁之间种植草皮,防止大气降水对滑坡坡面的直接冲刷,在滑坡后缘种植速生树木,生物工程在护坡的同时还可美化环境,为长江、神农溪旅游区增加一道风景线。

2.应用和总结了系统的边坡防护技术方法,并在迁建区实施了10多处复杂地质体高边坡防护技术示范工程

结合移民迁建工程,在库区进行了喷锚网、格构、预应力锚索、注浆、抗滑桩等技术的推广应用研究。建立巫山边坡防护示范区,对龙门桥西边坡、交通局边坡、回头湾边坡、胡家包边坡、农场边坡、招待所边坡等的稳定性评价和防护方法技术设计及示范技术推广工作。本科研成果对库区移民迁建高边坡治理产生的社会、经济和环保效益显著。

巫山龙门桥西端高边坡地质条件复杂,为多期演化的溶塌角砾岩,边坡开挖后多处出现滑塌,对下方的小三峡码头数以千计的游客及居民点构成严重威胁。结合本研究的开展,通过对溶塌角砾岩结构特征的研究和稳定性分析,采用了锚管注降+喷射砼技术成功地对边坡进行了防护,确保了小三峡旅游游客的安全和边坡上部翠屏居民小区移民工程的安全。为库区复杂地质体边坡防护提供了范例。这项技术在库区已广为应用。

针对巫山移民迁建用地极为有限,人地关系十分紧张,本研究采用“开发性治理”的思路,成功地加固了十多处高边坡合适的工程措施,为高边坡坡顶

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和坡脚提供了安全的建设用地,通过对巫山交通局边坡防护与规划结合,优化设计节省了工程投资,为库区移民迁建边坡优化设计提供了范例。

库区县城城市建设目标是建成现代化的旅游城市。结合这一要求,本研究在库区开展了“绿色”滑坡防治示范工程,采用钢筋砼格构护坡技术,在巫山主城区有效地防护了胡家包边坡,同时,对格构中空部分喷植花草,美化了城市环境,目前,在边坡的顶部和下方修建了多栋移民楼成,为新城赏心悦目的风景线。

3.对库区库岸防护技术进行了大中型试验,为库岸防护提供了先进的技术储备

本研究对三峡库区水位蓄水上升100多米可能引起的库水位和地下水影响下的演化和库岸失稳过程进行了的系统研究,并在巫山、巴东、奉节等地开展了大中型的库岸防护技术研究,包括巫山库岸滑坡土工布防护大型试验工程、奉节库岸高压旋喷注浆加固中试工程、巫山秀峰寺弃渣回填造地和库岸防护示范工程、巴东二道沟滑坡锚拉桩护坡工程等,为今后库岸防护提供了较为充分的技术储备。

土工布技术在库岸坍岸防护中得到了推广应用,但是,对于库岸滑坡的防治经验不多。1999年8月28日,由于三峡水位变动,导致巫山老县城沿江滑坡,对数千人的生命财产安全构成严重危害。1999年10月,结合沿江地带的滑坡治理,进行了库岸土工布防护技术的示范研究。土工合成材料具有较高的拉伸强度、延伸性和整体性;有良好水力特性,能起到较好的加筋、过滤、排水、隔离、防渗、防护作用。土工合成材料稳定性好、耐用、使用寿命长,具有提高工程质量、减少土石方量、降低维修费用等综合效益。经过几年运行和对比研究证明:土工布技术在三峡库区库岸防护中是非常经济有效的技术,本研究总结了一套适合库区库岸滑坡防治的土工布设计方法和施工技术。三峡水库蓄水到135m后,多处用浆(干)砌块石防护的岸坡发生变形失稳,反映了利用土工布等新技术新材料的可行性和必要性。

在奉节、巫山一带,普遍分布有由滑坡、崩塌等形成的松散堆积体,三峡水库蓄水后,其稳定性将大大降低,对沿江城镇库岸构成严重威胁。本研究采用高压旋喷注浆技术对松散堆积体进行了原位改性试验。通过高压旋喷注浆对崩积体地层进行改性技术试验后,岩土体工程力学性能有较大提高,旋喷固结体强度平均值1.99MPa,远远高于原岩土体强

度,随工艺技术调整,强度应能较大提高;旋喷固结体采用纯水泥浆,具有稳定的加固效果并有较好的耐久、耐侵蚀性能;声波测试显示灌浆孔周围动弹模量有明显提高。利用<75mm钻孔,便可旋喷出直径为<650～<750mm直径的旋喷固结体,施工简便。旋喷固结体具有透水透气性差等特点,具有一定的防渗能力。

4.总结库区工程弃渣危害及加筋土挡墙处置技术,并建立了4处示范工程

三峡工程移民迁建区大都地处高山峡谷,弃渣堆放场的选择一直是大难题。由于土地容量,使移民安置很难依山就势建设,不得不逢山铲平,遇沟回填,大挖大填,激活了原有自然地质灾害,也新生了一些人为地质灾害。本研究调查了库区建筑弃渣危害特征,以及采用加筋土挡墙处置弃渣和增加建设用地的运营现状。重点研究了巫山、奉节、忠县加筋土挡墙问题,采用FLAC和有限元方法进行了数值模拟,运用离心机试验对巫山加筋土挡墙进行了物理模拟,了解了加筋土挡墙变形破坏机理,提出并实施了巫山、忠县加筋土挡墙加固方案,并加以实施。研究提出:加筋土挡墙在库区移民迁建工程中,综合效益非常显著,可以有效地处置工程弃渣,避免人工泥石流滑坡的再生,同时,通过回填造地,可以增加建设用地,在库岸及冲沟沿线,将发挥主动防护的功用,避免蓄水后库岸严重坍塌。但是,原有的适用于平原区或较低的加筋土技术标准在库区应该修补。

巫山县集仙中路加筋土挡墙是目前三峡库区移民迁建工程中最高的一座,整体高度达57m,分三级设置。于1997年6月15日竣工并投入使用。在当年的11月12日,该挡墙的一级局部就发生了垮塌,经检查发现其存在严重的质量问题。对移民迁建工程的安全带来了巨大的压力。为了分析加筋土挡墙内部土压力、拉筋拉力的分布规律、土和拉筋的相互作用以及墙体的沉降、破坏型式等,寻求其产生工程事故的原因,并为修复该加筋土挡墙提供理论依据,本研究进行了加筋土挡墙的有限元分析、离心模拟试验、锚管现场拉拔试验,并对该加筋土挡墙填土进行了研究,提出了系统的研究成果,指导了三峡库区移民工程建设和其他工程建设。研究表明:在三级超高加筋土挡墙中,各级挡墙之间设置的平台明显改善了整个复合结构的应力条件。这对高度较大的加筋土挡墙而言,是一种简便、易行的设计方法,不仅提高了整个加筋土挡墙的稳定性,而且便于

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重大工程实录　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　GEOTECHNICALENGINEERINGWORLD　VOL.7　No.8施工,大大降低了成本。从现场调查、有限元分析计算和离心模型试验可知,加筋土挡墙的变形比较大,加筋土挡墙可以适应较大的变形。对57m超高加筋土挡墙加固工程进行了现场自由注浆、压力注浆和劈裂注浆,以及锚管拉拔试验研究,为挡土墙的加固和同类工程的修复提供了一套科学系统的参数。根据此次注浆试验发现,加筋土挡墙中填土的密实度在八个注浆孔周围存在着不同程度的差异,致使注浆孔的实际注浆量与理论注浆量相差较大,反映出填土施工中存在着质量不达标的问题。对于加筋土挡墙的修复设计和施工而言,气动潜孔锤冲击钻孔方法,无论从成本还是从施工进度考虑,都优于锚管直接成孔方案。在相同的注浆方式和相同长度的内锚段条件下,锚管抗拔力与其注浆量呈正比;而且,在锚管一定的抗拔力范围内,当内锚段超过一定长度后,它不再是影响抗拔力的主要因素。提出了加筋土挡墙修复工程的设计方案,并于1999年8月-2000年3月加以实施,该工程已成为库区超高加筋土挡墙工程的示范。目前,加固后的加筋土挡墙将被冲沟切割呈鸡爪状的巫山县城新址联成了多级平台,为新城合理布局和整体安全提供了新技术保障。

5、制定了库区地质灾害防治技术标准《长江三峡工程库区滑坡防治工程设计与施工技术规程》(2001),并加以推广

通过上述工作,对库区重大地质灾害形成机理及变形破坏等涉及的重大地质问题进行了系统研究,结合移民工程建设,通过开展大量的地质灾害防治示范研究,对移民迁建中地质问题处理采用的方法技术起导向和推动作用,并及时总结了全库区移民迁建中地质问题的成败经验。在充分调查国内外与滑坡防治设计与施工相关的技术规范和较为成熟的方法技术的基础上,结合三峡库区的特点,即必须考虑175m水位线和年变动到145m、移民工程的级别划分、滑坡防治与增加用地、自然地质景观的保护等专业性内容,编制了《长江三峡工程库区滑坡防

治工程设计与施工技术规程》

(2001)。及时指导了库区二期移民地质灾害防治工程的实施。在此基础上,结合全国滑坡地质灾害防治和国外现状,编制了行业技术规范《滑坡防治工程设计与施工技术规范》

(2002),三峡工程地质灾害防治工作领导小组办公

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室将之作为库区地质灾害防治的强制性标准。

三、结　语

三峡库区地质问题倾注了我国几代地质学家的

心血。自1997至2003年为三峡二期移民期,也是三峡工程最关键的阶段。这期间库区移民迁建工程突飞猛进,日新月异,边坡和库岸大量的开挖不仅诱发了许多地质灾害,也揭示了许多新的地质露头,不断的推测,不断的验证,丰富了对库区地质规律的认识;同时,国家投入40亿专项对库区地质灾害的治理,也开发了很多新方法新技术。这一阶段是库区地质灾害研究的宝贵时期。1998年汛期,库区遭受了严重的地质灾害,实际上,这也是对移民迁建工程的地质检验。2003年6月水库蓄水135m后,标志三期移民工作的开始。三期地质灾害的防治工作在抓紧进行。库区地质灾害的防治具有复杂性、局限性、阶段性、长期性特点。作为本研究项目的存在问题,也作为三期地质灾害防治工作应重视的问题,包括如下几方面:

1.库区沿江城市库岸防护工程建设是在较为紧促的条件下开展的,设计理论依据和防护技术大多没有经过严格的检验和长期的考验,有些县城库岸防护工程已出现较大范围的变形失稳,应加强诸如土工复合材料等库岸防护设计方法和防护技术的研究与推广。

2.库区香溪河、青干河、秭归河、神农溪、乌江等支流沿岸多为紫红色泥岩或滑坡堆积体,目前移民回流乱建现象普遍,2003年蓄水135m后,这些支流已出现多处危害严重的滑坡和库岸塌滑,必须注意由于库水对岩土体软化和水位波动造成的居民点建筑失稳灾害。

3.库区城镇建设和发展规模迅速扩展,地质环境容量严重不足,不少边坡不仅顶上建房、坡脚建房,而且,中部也开始建房,破坏了原有的边坡岩体结构,也毁损了已建的防护工程,应加强对库区城镇地质灾害的风险管理。

多年来,研究组人员与库区各级移民工作者并肩战斗,没有他们的帮助,本项目不可能顺利完成,在此,表示深深的感谢。

作者通讯地址:北京西城冠英园国土资源部中国地质调查局　邮编:100035