西南山区泥石流拦砂坝工程缺陷综述分析.pdf

第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW479西南山区泥石流拦砂坝工程缺陷综述分析1韩晓兰，刘建康，李丽萍，宋哲源，张恒翔西华大学应急管理学院/四川省应急管理学院，成都，610039注：本文为国家自然科学基金项目(编号:U19A2049)、西华大学人才引进项目(编号:Z212017)、第二次青藏高原综合科学考察研究项目(编号:2019QZKK0902)及中国地质调查局项目（编号:DD20190644)的成果。收稿日期：2023-04-10；改回日期：2023-04-30；责任编辑：刘志强。DOI：10.16509/j.georeview.2023.s1.212作者简介：韩晓兰，女，1997 年生，硕士，土木水利专业；Email：。通讯作者：刘建康，男，1985 年生，博士，高级工程师，主要从事地质灾害机理和应急处置技术的研究；Email：j_。关键词：泥石流；拦挡坝；坝体破坏我国西南山区泥石流多发，尤其受近年频繁地震、极端降雨和人类活动等因素的影响，灾害形势愈发严重。拦砂坝是最主要的泥石流防治工程类型，也是目前拦截泥石流固体物质、降低泥石流流速、稳固沟床物源的常用结构。由于西南山区环境条件恶劣，且随着服役时间的推移，尤其是进入老龄期和维修期阶段，拦砂坝不可避免会出现不同程度的劣化和损伤，严重影响其功能及效益的发挥。本文通过西南地区典型区域泥石流拦砂坝的野外调查和相关文献梳理，总结了我国西南山区泥石流拦砂坝工程缺陷问题的主要类型和影响因素，并结合案例分析了工程缺陷现象特征及其影响工程正常功能运行的过程。1拦砂坝工程缺陷分析泥石流工程治理中拦拦沙坝受损是常见的工程问题，根据对我国西南地区拦砂坝调查情况，对调查样本针对破坏部位、破坏原因和破坏特征统计分析。拦砂坝工程缺陷主要有溢流口磨蚀、坝下冲刷、冲击破坏和坝肩绕流。1.1溢流口磨蚀溢流口磨蚀是泥石流与拦挡工程结构相互作用得结果，无论拦砂坝主体材料是钢筋混凝土、毛石混凝土或浆砌石，都将是必定的结果，唯一的不同在于磨蚀时间的长短。拦砂坝库区淤满后，泥石流过流坝顶是磨蚀得开始阶段；后期由于库区泥石流固体颗粒堆积垄或大块石的影响，导致泥石流改道形成束流，集中磨蚀溢流口某个部位，下蚀速率大于侧蚀速率。随着时间的推移磨蚀深度会贯穿整个拦沙坝，致使拦砂坝完全失效。拦砂坝溢流口磨蚀工程缺陷主要受磨蚀宽度、磨蚀深度和磨蚀厚度等指标因素影响。云南省会东县大桥河浑主沟1号拦挡坝（图1），坝高 8 m，坝宽 22 m，坝体材料为浆砌石（含浆少，胶结差）。坝体库区淤满泥石流固体颗粒，泥石流在库区内改道，集中磨蚀溢流口，坝顶磨蚀宽度 2.4m，磨蚀深度贯穿整个拦砂坝，磨蚀厚度贯穿整个坝身，库区堆积物被冲至下游，拦挡功能彻底失效。1.2坝下冲刷满库过流是坝下冲刷的先决条件。随着库区溢出泥石流规模的逐渐增大，坝体的高度也间接为泥石流提供动力势能，加大泥石流的冲击荷载，泥石流冲刷速率大于淤积速率，坝下冲刷过程加剧，形成冲刷坑，冲刷坑不断扩大，拦砂坝出现的工程缺陷有坝基外露、坝体倾覆破坏。云南省红河州建水县马街冲沟支沟 5 号拦砂坝（图 2），坝高 5 m，坝宽 22 m，坝体材料为浆砌石（含浆多，胶结好）。沟内发育多条断层，且临近地区新构造运动和地震活动剧烈，为泥石流提供了丰富的物源条件。5 号拦砂坝修建在支沟交汇主沟的堆积扇上，堆积层多为新近形成的松散碎石堆积，其抗冲刷能力较弱；下游沟床出现坝下冲刷，冲刷深度约 2 m，坝基外露；长时间冲刷掏蚀，坝体发生倾覆破坏，拦挡工程完全失效。1.3冲击破坏冲击破坏是拦砂坝受到固体颗粒的冲击作用，造成坝体局部开裂、掉块等破坏，这些破坏的地方是泥石流冲击的集中部位。靠近坝体两侧的泥石流流速比较小，坝体受到的冲击力小，磨蚀的情况也比较弱，一般不会造成破坏。四川省汶川县桃关沟 2 号拦砂坝（图 3），工地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1480程状态为基本为空库。桃关沟流域内相对高差大，沟道较宽，U 型谷，地形陡峻，沟谷纵坡较大。泥石流携带的固体物质，撞击坝体内侧，导致坝体内侧出现凹坑和开裂，之后泥石流不断冲击坝体内侧的凹坑和裂纹，直至坝身贯穿破坏，泥石流携带的固体颗粒物从缺口处向下游流去，导致坝体出现贯通破坏，最后坝体完全失效。1.4坝肩绕流在弯道段、坝体宽度过大或粘性泥石流情况下时，泥石流极易因弯道超过或堆积垄改道而绕流坝肩，导致坝肩嵌入坡体部位被集中冲刷，形成楔形缺口。泥石流在缺口处不断冲刷，导致缺口会越来越大，当缺口逐渐发展超过 2 倍泥石流最大粒径时，库区泥石流堆积物被冲至下游，拦砂坝功能完全失效。坝基的破坏过程和坝肩的基本相同,都需要一定的时间。四川省汶川县桃关沟拦砂坝（图 4），坝肩所嵌入的山体环境较差。坝肩嵌入处多为松散的堆积物，在泥石流长时间的冲刷下，坝肩脱落嵌入坡体，出现掉块和缺口，造成坝肩大面积缺失，导致右侧坝体被泥石流冲毁。2结论与建议综上所述，拦砂坝工程缺陷主要为溢流口磨蚀、坝下冲刷、坝肩绕流和冲击破坏。溢流口磨蚀和坝下冲刷，主要在满库的情况下出现；冲击破坏主要出现在空库的状态。因此对本文提到的关于拦挡坝的四种破坏类型，提出以下建议：（1）削弱溢流口的磨蚀，可以在坝体顶部浇筑一定厚度的高强度混凝土或铺设钢筋网，提高坝顶的抗冲刷能力。（2）减弱坝下冲刷能力，可在冲刷处设置一排抗冲钢管桩，承台采用混凝土进行浇筑，以此降低泥石流对下游沟床的冲刷力。（3）降低冲击破坏现象，可在坝体内侧铺设轮胎垫，以此来降低泥石流固体颗粒冲下坝体时的冲击荷载。（4）减少坝肩绕流的影响，可增大坝肩嵌入山体的长度。参 考 文 献/References蔡红刚.23012.汶川震区泥石流防护工程损毁特征及破坏机制研究.成都理工大学.HANXiaolan，LIUJiankang，LILiping，SONGZheyuan，ZHANGHengxiang：SummaryandanalysisofdefectsindebrisflowsanddamengineeringinsouthwestmountainareasKeywords：debris flow；retaining dam；dam failure