震区公路边坡与路基防灾减灾——典型破坏模式与防治技术.doc

震区公路边坡与路基防灾减灾
——典型破坏模式与防治技术
唐胜传
(招商局重庆交通科研设计院有限公司研究员)
0前言
汶川大地震的发生已经近两年了,在这两年时间里,曾多次出入汶川,无论从道路交通还是城镇建设,都在日新月异的进行着,汶川震区本身的面貌焕然一新。但是地震本身,却以更加频繁、更加猛烈的姿态在世界范围内发生。据统计,汶川地震发生两年来,,其中包括让我们感到切肤之痛的海地地震和玉树地震。
温总理指出“多难兴邦”,在“多难”和“兴邦”之间的桥梁,则是对于灾难的充分尊重、深刻理解和有效学习。汶川地震发生2年以来,交通科技工作者在交通运输部、各级政府及西部项目管理中心的强力组织下,系统的对地震后公路的抢险保通、恢复重建等各阶段、各领域开展了研究。
在公路路基和边坡的防灾减灾方面,也取得了一些进展,在此向各位领导汇报,与各位同行探讨,希望可以抛砖引玉,引出更多的真知灼见。
1边坡及路基防灾减灾研究框架
边坡及路基灾害防灾减灾的总体研究框架如图1所示。
致灾模式和致灾机理的研究,是防灾减灾研究的基础。主要揭示破坏发生、发展、触发的过程及发生部位。
防治机理的研究,是防灾减灾研究的核心。主要研究荷载的传递机理,防治结构自身组成及结构计算。
质量检测是防灾减灾的保证,确保防灾减灾的结构按照设计的要求严格的在现场施作完成。
致灾模式和致灾机理研究、防治机理研究和质量检测三者共同组成了完整的防灾减灾研究内容。
图1 边坡及路基灾害研究框架
2边坡的破坏模式及防治

一、主要破坏类型
边坡病害是地震造成的分布范围最广、病害最严重的病害之一,处于地震中央断裂带附近的公路边坡病害尤为明显,震中区常形成崩塌性滑坡,掩埋道路或堵塞江河形成堰塞湖淹没道路。
图2 主要边坡破坏类型
图3 S303映秀至日隆段崩塌性滑坡掩埋公路图4 广元某公路崩塌堵塞道路
图5 G213抛射形成机制
(1)极震区强大的水平作用力,为坡体水平运动提供了初始速度/加速度和水平惯性力——“平抛作用”;
(2)坡体在强大地震水平力作用下,呈水平向抛射,构成岩坡后续的高速滑动和跳跃式崩塌。
图6 巨石水平抛射
图7水平抛射型滑坡
图8滑坡高速滑动跳跃
三、地震崩塌形成机制
(1)强震作用下,坡体松弛、破裂、倾倒、溃曲、溃散和溃喷,统称之为“崩塌”;
(2)地震崩塌的类型:倾倒、滑移、错断、滚石;
(3)陡崖崩塌部位,被多组结构面的复杂组合所切割、破碎,进而解体,在地震力作用下发生崩塌;
(4)汶川地震中的崩塌破坏,主要发生在山脊末端和山梁的突出部位,岩块夹杂土石大面积散落,而未见明显滑动面。
图9新北川中学岩崩
四、地震滑坡形成机制
“震裂-溃滑-抛射-高速碎屑流-远程滑动”,高陡的后缘岩壁显示强烈的张性破裂,并-垮倒底。可分为同发型滑坡和后发型滑坡。
“同发型”滑坡:指初震同时,原已接近临界状态的坡体即时失稳滑动;“后发型”滑坡:滞后于初震发生的时刻,该型滑坡占全部的90%以上。
图10地震岩质滑坡形成机制
图11青川东河口滑坡
图12安县肖家桥巨型滑坡

一、崩塌-滑坡-泥石流-堰塞湖-溃堤-水灾
图13 青川县马公乡朝阳村特大滑坡-碎石流
图14 碎屑流化(流态化)形成机制
图15岩质滑坡→碎屑流→堰塞湖
图16 碎屑流进入河流后,推动前沿水流高速运动,形成十多米高的涌浪
二、边坡落石
因为地震导致的岩体松动,或大规模崩塌破坏后尚位于断崖陡壁处的岩块大量存在,边坡落石的风险将长期存在,由于落石的发生具有时间和空间的双重不确定性,对公路安全运营的危害极大。
典型的案例是,在2009年7月25日凌晨,四川省阿坝州汶川境内国道213线彻底关大桥被巨石砸断,该桥全长300余米,被打断100余米,有车辆掉入岷江。该次事件除造成6死12伤外,要进入汶川的车辆必须绕行700公里左右,经过雅安、宝兴,翻越夹金山,经过小金,理县,才能到达。
也因此,边坡落石的风险评估成为灾后公路恢复重建过程中的重要研究内容之一。
图17 彻底关大桥被砸断后的图片一
图18 彻底关大桥被砸断后的图片二

由于边坡落石的发生具有时间和空间的双重不确定性,因此很难用确定性的方法进行评价。如图19所示情形,公路右侧不同的高程上分布有三条危岩带,要判断这些危言带对其下方公路的运营安全是否形成威胁,须从两个方面进行:一是三个危岩带中的一个以上发生失稳;二是失稳的岩块能否落在路基范围之内。
对于边坡落石的风险性评价也正是基于上述两个方面展开。
图19 典型落石风险性评价断