0.   引言

库岸滑坡是水利工程建设中普遍存在的问题，以长江经济带三峡水库为例，库岸地势陡峻，水位周期性波动，库岸滑坡现象十分严重，而滑坡灾害防治措施的科学合理制定往往与其致灾成因、变形破坏模式和几何边界条件具有密切的关联，因此，如何选取技术可行、安全可靠的防治工程方案，对滑坡防灾减灾具有重要的科学研究意义及工程应用价值。随着我国诸多水利水电工程的高速发展，水库建成蓄水后，将形成大量的涉水岸坡，很多岸坡原本稳定的地质环境将受到很大扰动，尤其在三峡库区，滑坡地质灾害的防治将面临巨大挑战，事关长江沿岸居民和沿江航道的安全^[1~2]。2008年11月23日，重庆市巫山县巫峡龚家方发生滑坡，约38×10⁴ m³岩土体在短短几分钟内滑入长江，引起高达31.8 m涌浪，造成直接经济损失800余万，间接经济损失多达上亿元^[3~5]。龚家方周边数个岸坡，属于典型的水库型反倾岩质岸坡，在内部因素(地质环境、岩体结构)和外部因素(库水波动、降雨、地震、人类工程活动)双重影响下出现了相似的变形迹象^[6~8]。

目前对水库型滑坡的研究较多集中在库水波动条件下滑坡渗流场变化^[9~10]、库水作用下滑坡稳定性变化规律^[11~12]、水库型滑坡的诱发因素及其作用机制^[13~14]、水库型滑坡预测预报模型^[15~16]等方面，然而对库水作用下反倾岩质滑坡的防治措施研究较少，尤其是以往类似岸坡防治方案设计，多以极限平衡法计算所得的稳定性作为岸坡防治依据，仅考虑当下时间节点的岸坡稳定性，缺少岸坡变形阶段区分的重要环节，忽视了对岸坡演化趋势的整体把握。

因此，本文选取巫峡段茅草坡一典型反倾岩质滑坡为研究对象，阐述了此类滑坡防治措施的分阶段设计原则、思路和方法，并运用数值模拟对滑坡防治各比选方案的治理效果开展岸坡不同变形破坏阶段的全过程评价，对比分析提出较合理的防治措施，可为类似库岸滑坡防灾减灾措施的科学制定提供一定的参考。

1.   滑坡区工程地质概况

重庆市巫山县茅草坡岸坡，位于长江巫峡口的左岸，距巫山主城区5 km，上距重庆475 km，下距三峡大坝125 km，属于侵蚀中低山河谷地貌(见图 1)，山脉走向受区域构造控制作用，整体呈NEE展布，山脊从西向东为长江大桥—大石坡—望天坪—阴坡—棺材盖一线，山脊高程730 m(文峰观)~1211.5 m(棺材盖)，山脊宽度5~10 m。

图  1  滑坡区地貌

Figure  1.  Landscape of Maocaopo bank slope

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滑坡区域地处大巴山弧形褶带与新华夏系交接复合部位，构造形迹为齐跃山断裂带及一系列紧密褶曲，主要构造为横石溪背斜和巫山复向斜，构造线与长江河谷斜交(见图 2)。滑坡位于横石溪背斜近轴部及北西翼轴向北60~70°东，该区段背斜顶部及翼部均为嘉陵江组，在横石溪一带长江两岸核部最老出露志留系，背斜顶部产状平缓，翼部变陡，北西翼倾角17~50°，南东翼倾角10~70°，背斜总体形态近似箱形。横石溪背斜属于紧密型褶皱，伴有若干小型断裂，且裂隙较发育，是形成崩塌与滑坡的主要构造作用因素。

图  2  三峡库区地质构造纲要图(据殷跃平)

Figure  2.  Structure outline map of Three Gorges Reservoir region

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滑坡区降雨充沛，多年平均降水量1087.4 mm，主要集中于每年5~10月份，占全年降水量的68.8%。滑坡区地层岩性主要可分为上部的三叠系上统嘉陵江组和下部的三叠系下统大冶组。上部的三叠系上统嘉陵江组以碳酸盐岩为主，为含水层，赋存溶蚀裂隙水；下部的三叠系下统大冶组以灰岩为主，为相对隔水层；地表局部分布第四系崩坡积层及冲洪积层，赋存松散岩类孔隙水。

2.   滑坡基本特征

2.1   滑坡形态特征

茅草坡岸坡地形北高南低，前缘高程为80 m，后缘高程为616 m，相对高差536 m。岸坡呈长舌状平面形态，宽约100 m，纵向长758 m，总体地形较陡，坡角44~54°，下陡上缓，前缘推测滑动倾角为32~36°，面积(斜面积)约12.15×10⁴ m²，坡向156~170°。

该岸坡上游为龚家方斜坡，下游为独龙斜坡，坡体两侧以季节性冲沟为界(切割深度约15~20 m)，坡体上另有三条季节性浅冲沟，前缘直抵长江(见图 3)。滑坡区地形坡度陡，接受大气降水补给，绝大部分顺坡直接排泄至长江，少量经岩土体裂隙入渗向长江排泄。滑坡区地下水受地形条件控制，汇水面积小，在地表浅部地下水贫乏，裂隙仅为地表水、地下水快速过水通道，水位变动带地下水受库水涨落而涨落。

图  3  茅草坡岸坡全貌

Figure  3.  Full view of the Maocaopo bank slope

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2.2   滑坡地质结构特征

茅草坡岸坡在145 m水位长211.3 m，岸坡临江段中部表层分布少量崩坡积、库岸滑塌堆积碎块石土，覆盖层厚度1~4 m，基岩为三叠系下统大治组三段、四段薄~极薄层状泥质灰岩、中~厚层状灰岩，三段层间夹页岩，岩层产状310~330°∠24~62°，坡体结构为反向坡，坡面岩体在构造、重力作用下裂隙发育，极破碎~较破碎，破碎岩体总厚13.29~19.80 m(见图 4)。岸坡岩体中发育一组纵张裂隙，产状135~165°∠52~65°的裂隙为主；另外发育两组X型剪切裂隙，产状分别为35~55°∠62~82°和185~195°∠62~76°。

图  4  2-2′工程地质剖面图

Figure  4.  Engineering geological profile of 2-2′

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据现场揭露，斜坡中部弯曲变形深度为5.20~12.69 m，斜坡下游弯曲变形深度为12.50~26.50 m，岩体破碎，且从地表到深部，倾角逐渐增大，下游较上游弯曲变形显著。滑坡区无断层通过，近地表岩体在重力作用下，有弯曲变形的现象，弯曲破裂面未全面贯通，未形成连续的破裂面(见图 5)。

图  5  斜坡近地表岩体结构及变形迹象

Figure  5.  Structure and deformation of the rock mass in near-surface of slope

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岸坡现有破坏形式主要包括(1) 在局部坡角大于外倾裂面倾角的地段发生滑塌；(2) 以嘉陵江一段厚层灰岩为界，坡面岩体发生弯曲变形，下游侧近江段岩体极破碎，呈散裂结构，变形明显。

2.3   滑坡变形阶段及变形模式^[17]

茅草坡岸坡在构造、重力作用下弯曲变形明显，弯曲变形分布高程145~456 m，目前弯曲破裂面并未全面贯通。控制其稳定性关键在于对岸坡变形的控制，使其不具备进一步弱化条件，潜在滑动面的演化就会在“孕育”或发展阶段结束，从而不会进入最终的累积变形阶段。

茅草坡为典型的反倾岩质岸坡，由于岸坡中部存在中厚层灰岩岩梁，使其变形破坏过程具有一定特殊性。岸坡成型后，在降雨和风化作用下，岩体发生风化剥蚀和崩解，坡形变陡，坡脚压缩，坡脚对上部坡体支撑力逐渐减小，岸坡变形加剧。岸坡岩层在重力作用下出现倾倒大变形，中上部较硬岩层发生V状倾倒，下部较软岩层发生弯曲压缩，导致岩层发生拉断或压裂破坏并伴有较小裂隙产生。由于岸坡中部岩梁以及结构面间岩桥的存在，承担了上部坡体的部分压力，坡体内无长大贯通面，总体处于基本稳定状态。

当三峡水库建成蓄水后，长江水位在145~175 m间周期涨落成为岸坡的常态工况，坡脚消落带经受库水位周期性波动、冲刷、淘蚀作用，岩体弱化，强度降低，岩体加剧碎裂；结构面强度降低，岩桥剪断。坡脚形成较小贯通面，该部分岩体在库水作用下出现塌岸或小范围滑移，贯通面逐渐向上延伸，岸坡表现为自下而上的滑动模式。由于岸坡中部存在较高强度的厚层岩梁，当滑坡发展到该层时会出现不连续的滑动，该阶段简称坡脚弱化滑移阶段。

随着时间推移，当下部贯通面逐渐延伸至岩梁，岸坡下部滑动区对其上部岩体基本失去支撑作用，上部倾倒区岩体的重力全部由中部岩梁承担并无法向下传递，此时中部岩梁将维持岸坡的受力平衡和稳定性，岩梁应力逐渐累积，当其应力大于其最大强度，或超过其疲劳强度时，岩梁出现脆性破坏，上下滑动面贯通，整个岸坡出现结构性倾倒崩塌。此阶段破坏极具突发性；由于整体出现崩滑解体，岩土体运动速度较快，破坏在极短时间内完成。岸坡总是由中下部先破坏，然后上部岩体失去支撑而崩塌，该阶段简称岩梁断裂—倾倒崩滑阶段。

依据现场工程地质调查并结合岸坡变形迹象可推断，茅草坡岸坡处于变形破坏过程中的坡脚弱化滑移阶段，此阶段变形破坏的主控因素为消落带岩体的弱化和滑移。

3.   滑坡防治方案对比研究

3.1   防治方案选取

在进行岸坡防治方案选择时，首先采用极限平衡法对该岸坡稳定性进行计算，选取主剖面以自重+175 m水位降至145 m+50年一遇暴雨+地震最危险工况进行稳定性计算，其稳定系数1.02，岸坡剩余推力计算为6222KN，设计剩余下滑力为8828 KN，可知茅草坡岸坡在计算工况处于欠稳定状态。由于采用极限平衡法计算反岩质岸坡稳定性时假定岸坡内存在贯通潜在滑面，显然无法考虑茅草坡岸坡的中部厚层灰岩岩梁锁固作用，即将其视为已破坏。据前文分析可知，当潜在滑面贯通时岸坡已由坡脚弱化滑移阶段发展到了岩梁断裂-倾倒崩滑阶段。

基于以上分析结果，对该岸坡设计以下两种防治方案。

(1) 防治方案一

肋柱锚索(见图 6)：锚索采用15束单根长度30m的钢绞线，肋柱梁采用钢筋混凝土现浇梁，治理方案总预算3764.59万元。治理工程具体布置如下：

图  6  防治方案一简图

Figure  6.  Diagram of No.1 treatment plan

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锚索水平间距按4.0 m布置，型号为15束1×7$\phi$s15.2钢绞线，孔径为200，锚固长度为8.5 m，自由锻20 m，张拉段1.5 m。锚索总长30 m，与水平面夹角为15°。锚索固结水泥砂浆M30。锚索设计锚固力为T=2000 KN。共16排，827根。圈梁底排设置于高程184 m，顶排高程为248 m。肋柱按4 m间距设置，肋柱梁沿坡形布置。纵横梁断面80 cm(高)×80 cm(宽)，埋置深度为40 cm，C30混凝土，受力主筋为9~12Φ28，箍筋4肢Φ10@80。四周设圈梁, 断面与肋柱相同。顶排及底排锚索据圈垂直间距为2 m。

(2) 防治方案二

岸坡消落带受多年江水冲刷岩体十分破碎，设计采用格构锚固护坡工程进行治理。工程总体布置包括：格构锚固+喷射玻璃纤维砼面板护坡(见图 7)。

图  7  防治方案二简图

Figure  7.  Diagram of No.2 treatment plan

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工程布置在高程155.5m~178 m高程处，垂直高度为22.5 m，长约95 m。共设置8排锚杆，格构梁间距3 m×3 m，锚杆共计260根。格构梁间采用喷射玻璃纤维混凝土面板护坡。局部坡段岩体破碎，先喷射素混凝土封闭坡面后，进行注浆加固，达到设计强度后，对坡面实施格构锚固护坡施工。护岸面积约为2900 m²。该方案工程总投资1357.5万元。

对消落带采用格构护坡防护。格构梁尺寸：宽300 mm×高400 mm，格构间距3 m×3 m，采用C25混凝土现浇，连梁纵筋采用6Φ16。格构梁嵌入地下0.2 m。格构梁间采用喷射混凝土板护坡，板厚15 cm，采用C25玻璃纤维混凝土(由4%抗碱玻璃纤维和混凝土组成)喷射而成，排水孔间距1.5 m，孔与水平面夹角60°，排水管进水口处设置反滤砂包，孔口包裹土工布。面板配置单层双向Φ10@200钢筋网片。锚杆上下排垂直间距3 m，水平间距按3 m布置，锚杆钢筋为1Φ28，8排锚杆长度L＝8 m、10 m布置，锚杆水平倾角15°。最底排锚杆，孔口高程为157 m。锚杆固结水泥砂浆M30。锚杆为全粘结锚杆，共260根。

3.2   数值模拟分析

茅草坡岸坡目前处于坡脚弱化滑移阶段，简称为阶段1；而当潜在滑面贯通时岸坡则由坡脚弱化滑移阶段发展至岩梁断裂-倾倒崩滑阶段，简称为阶段2。

对于茅草坡岸坡，首先计算其治理前的稳定性，为岸坡治理前工况，以此作为对比标准，以此来检验各防治方案对岸坡的防治效果。

为了检验方案一和方案二在岸坡不同变形阶段的治理效果，利用FLAC3D软件对岸坡治理前、阶段1用方案一、阶段1用方案二、阶段2用方案一、阶段2用方案二，共5种工况进行稳定性数值计算，得到岸坡的最大位移云图、剪应变增量云图，进行对比，分析两种方案分别在两个变形阶段防治效果的差别。

(1) 岸坡最大位移

由最大位移云图可见(见图 8)，在岸坡的变形阶段1(坡脚弱化滑移阶段)，施加防治方案一以后，岸坡最大位移从30 mm减小为13 mm，降幅为57%，施加防治方案二以后，岸坡最大位移从30 mm减小为4 mm，降幅达87%。

图  8  最大位移云图

Figure  8.  Maximum displacement nephogram

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在岸坡的变形阶段2(岩梁断裂-倾倒崩滑阶段)，施加防治方案一以后，岸坡最大位移从30 mm减小为14 mm，降幅为53%，施加防治方案二以后，岸坡最大位移从30 mm减小为26 mm，降幅仅有13%。

(2) 剪应变增量

由剪应变增量云图可见(见图 9)，在岸坡的变形阶段1(坡脚弱化滑移阶段)，施加防治方案一以后，岸坡剪应变增量从0.0085减小到0.0065，降幅为24%；而施加防治方案二以后，岸坡剪应变增量由0.0085减小到0.00022，降幅高达97%。

图  9  剪应变增量云图

Figure  9.  Maximum shear strain increment nephogram

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在岸坡变形阶段2(岩梁断裂-倾倒崩滑阶段)，施加防治方案一以后，岸坡剪应变增量从0.0085减小到0.0070，降幅17%；而施加防治方案二以后，岸坡剪应变增量几乎无变化。

综合分析以上计算结果发现，在反倾层状内嵌岩梁式岩质岸坡变形破坏过程中，若岸坡处于坡脚弱化滑移阶段，方案二(消落带格构护坡)防治效果更佳；若岸坡处于岩梁断裂-倾倒崩滑阶段，方案一(岸坡中部锚杆锚固)防治效果更佳，方案二则在该阶段几乎无治理效果。因此，下面分析这两种最优组合条件下岸坡变形区的变化趋势。

由塑性区分布图(见图 10)可看出，未治理情况下岸坡塑性区由消落带下缘一直延伸至岸坡中部，且下部多发生剪切破坏，中部多发生拉张破坏，变形区分布规律与滑动区和倾倒区的分布规律较吻合，也印证了基于工程地质分析的岸坡变形破坏模式的判断。在岸坡变形阶段1，施加防治方案二以后，岸坡的变形区几乎消失，防治效果显著，充分证明岸坡破坏的主控区域为消落带，对该区域进行防治能起到事半功倍的效果。

图  10  塑性区分布图

Figure  10.  plastic zone distribution

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在岸坡变形阶段2，岸坡稳定性的主控因素为中部岩梁，施加防治方案一以后，防治区以上变形区域明显减小，可见该方案对中部岩梁及上部倾倒区岩体起到很好的稳定作用，但防治区以下消落带的剪切变形区几乎不受影响，可见此方案仅适用于变形阶段2。

通过对反倾层状内嵌岩梁式岩质岸坡破坏过程的分析，可判断出茅草坡岸坡目前处于破坏过程的第1阶段——坡脚弱化滑移阶段，因此由其破坏模式可知此阶段岸坡稳定性的主控因素为消落带岩体的弱化和滑移，则岸坡的防治部位应以消落带为主。

经过专家评审，最终选用方案二(消落带格构锚固+护坡)对茅草坡岸坡进行防治，于2013年7月2日~2013年9月6日水库低水位运行阶段由重庆市208建设工程公司施工完成(见图 11)。

图  11  治理工程现场施工图

Figure  11.  Construction site of treatment project

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3.3   防治方案治理效果对比分析

通常在进行岸坡防治设计时，并未对岸坡变形阶段进行区分，仅以极限平衡法所得的稳定性作为岸坡防治依据，只考虑当下时间点的稳定性，而忽视了对岸坡演化趋势的分析。因此本文提出岸坡防治设计的分阶段讨论思想，主张先定性分析，根据岸坡变形特征，判定其在长期破坏过程中所处的阶段，进而确定岸坡此时的变形模式和主控因素，以及岸坡的未来发展趋势，再以此来指导岸坡的防治方案设计。

对两种方案在岸坡不同变形阶段的稳定性计算结果进行对比，从最大位移、剪应变增量和塑性区分布等角度分析了各方案的适用阶段。现将两种方案防治效果对比如下(见表 1)，由上表分析可知：同一岸坡，当其处于不同变形阶段时，其变形破坏模式和主控因素完全不同，同一防治方案的防治效果则差异显著。

表  1  治理效果对比

Table  1.  Treatment effect comparison of different plans

防治方案	主要措施	防治位置	锚杆长度/m	工程造价/104元	防治效果
					阶段1			阶段2
					最大位移降幅/%	剪应变增量降幅/%		最大位移降幅/%	剪应变增量降幅/%
方案一	锚索锚固	184~248 m(岩梁下部)	30	3764.6	57	24		53	17
方案二	格构锚固+混凝土护坡	156~178 m(消落带)	8~10	1357.5	87	97		13	0

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4.   结论

以茅草坡岸坡为实例，研究了反倾岩质岸坡的防治方法，得出以下结论：

(1) 茅草坡岸坡目前处于坡脚弱化滑移变形破坏阶段，此阶段变形主控因素为坡脚消落带岩体的弱化和滑移；而采用极限平衡法计算岸坡稳定性是基于斜坡内存在贯通潜在滑面的假设前提，显然对于茅草坡而言，仅适用于其变形发展最后阶段——岩梁断裂-倾倒崩滑阶段。

(2) 数值模拟分析可知在岸坡的坡脚弱化滑移阶段，格构护坡方案的造价低且防治效果最好，而锚杆锚固方案造价高且效果低；在岸坡的岩梁断裂-倾倒崩滑阶段，锚杆锚固方案的防治效果最好，格构护坡方案几乎没有防治效果；即同一岸坡同一防治方法在不同变形阶段的防治效果会差别很大；

(3) 基于不同防治方案在岸坡不同变形阶段的防治效果，提出岸坡防治设计的分阶段讨论思想：主张先对岸坡进行定性分析，在确定岸坡所处变形阶段基础上，确定其失稳模式和主控因素，以此来指导岸坡的防治工程设计，从而最合理的选择防治方法。