江水历峡,东径新崩滩.此山汉和帝永元十二年崩,晋太元二年又崩.当崩之日,水逆流百余里,涌起数十丈.

——《水经注》

三峡库区库岸斜坡地形地貌特征有明显的差异性,可以清楚的划分为高陡峡谷区和平缓宽谷区.相对高差大于500m 且平均坡角≥45°的岸坡段可归为“高陡岸坡”,有些岸坡上部陡立成崖、下部为缓坡呈阶梯状;有些岸坡上部陡崖、中部缓坡、下部陡崖、峻坡呈陡缓相间折线状,通常也将其归为“高陡岸坡”.总体上,三峡库区高陡岸坡较集中发育分布于西陵峡、巫峡、瞿塘峡三个峡谷中.三个峡谷山高坡陡,居民聚集地少,很多岸线甚至无人居住.

三峡库区高陡岸坡重点分布区域

但不是没有居民居住在斜坡上,高陡岸坡的失稳就不会造成人员伤亡或财产损失.它们失稳后,同样也会危害人们生命财产安全,也会造成巨大的社会伤害和经济损失.

长江三峡高陡岸坡失稳致灾案例

龚家坊崩塌灾害事件

龚家坊斜坡位于横石溪背斜NW 翼,在巫峡口一带岩层呈单斜产出.坡体陡峻,山顶高程750m 左右,相对高差600m 左右.原始平均坡度为53°,原始长江水位为90m.坡体内发育狭窄的冲沟,滑坡体以冲沟外侧的山脊为界,后缘高程为450m.龚家坊滑坡位于两冲沟之间的突出山梁部分,使得滑体呈现三面临空的形态.

龚家坊斜坡原始地貌图(摄于2006年)

自然斜坡总体呈撮箕状,斜坡方向161°.斜坡侧缘以两侧季节性冲沟为界,坡角约30°~40°,中部较陡坡角约60°~65°,后缘地形坡度约为40°~45°,坡顶呈略为下凹负地形.

龚家坊斜坡工程地质剖面图

2008年11月23日崩塌发生后,出露的新鲜面呈近等腰梯形.通过对滑坡部分全站仪测量,上部宽45m,水面处宽194m,上游腰长267m,下游腰长272m,高差210m.坡度上部64°,下部44°.经过前后地形对比计算,滑动方向为160°,面积有25178m²,平均厚度为15m,体积有380000m³.崩塌后,在225m 高程以下自然堆积成坡度为30°的倒石堆.在崩塌堆积区随机挑选一个2m×2m的区域进行了块体大小统计,测量区内的中值块度在25cm 左右.

龚家坊崩塌区照片

龚家坊斜坡失稳破坏是从前缘开始的,整个滑面贯通是两侧缘裂隙同时向后缘延伸形成的.这一过程中不仅伴随着巨大的声音,而且两侧和前缘不断有物质滚落水中.在录像1.96 "时后缘出现黄白色的岩石面(它是新暴露出来的岩石面),标志着总体上破坏面的贯通.

龚家坊滑坡发生过程全记录

从破坏面贯通后各个时段来看,崩塌体在运动中有破碎撕裂的现象,崩塌体不是刚性的,而是不断变形的.他们反映出崩塌体在开始阶段存在局部锁固段,因此速度和加速度均非常小.当局部锁固段拉张或拉剪破坏后,崩滑体开始加速运动,并出现最大的加速度值.但由于入水的部分不断增加,水阻力不断增加,水的浮托力增加,有效重力减少,造成速度变大的同时,加速度又开始变小.当水面上滑体约1/2滑体入水后,速度达到最大;然后水中的阻力开始大于下滑力,速度开始减缓.

涌浪产生过程图

滑体在入水过程中,形成了大量的粉尘.在运动气流的作用下,笼罩在入水河面附近,并逐渐向对岸扩散,阻碍了对涌浪形成及传播的观测.在37″时开始有波浪突破粉尘包围圈,可见部分涌浪的发展和传播.对能捕捉到的涌浪进行了有限的波浪特征分析(略).

2008年11月23日龚家坊涌浪爬高情况

2008年11月24日对龚家坊滑坡涌浪的沿岸爬高进行了调查.调查结果显示涌浪的爬高为中心总体向两侧递减,越靠近中心区,递减速率越大.龚家坊北岸上游300多米处产生涌浪爬高13.1m,在距崩塌体上游5km 的巫山码头产生1.1m 爬高浪,波浪来回波动近半小时才停止.在其下游6km 横石溪水泥厂处涌浪爬高2.1m.

涌浪造成沿岸航标灯塔和其他设施受到不同程度损毁,停靠在码头的多条船只缆绳拉断,多条大型旅游船只船底受损,直接经济损失达500万元.

高陡岸坡成灾模式分析

我们对4起典型崩滑体灾害案例进行了分析，具体伤亡和损失统计表如下.

部分崩滑体伤亡及损失情况统计表

即便是滑坡上有大量居民(新滩滑坡和千将坪滑坡),因为成功的地质灾害预警,大部分居民都可以安全撤离,伤亡较少.但由于事发突然且没有涌浪预警,大面积水域航道受到影响,并发生了与陆地相当甚至超过陆地上的人员伤亡数量.在损失方面,滑坡运动区域被完全破坏,滑体外形成的涌浪也影响了很长距离,入江岩土体(形成的堰塞坝)恶化了航道,并造成了相当的经济损失.而典型的高陡岸坡失稳(如龚家坊崩塌和昭君大桥崩塌),崩滑体上既无人员伤亡也无财产损失.在崩塌体外,形成的涌浪却造成了极大的破坏和财产损失,并可能造成人员伤亡.

高陡岸坡失稳后主要致灾区域不在崩滑体本体上,而在河道及沿河区域;致灾的原因不是崩塌或滑坡,而是崩塌滑坡形成涌浪造成的.

三峡水库干流河面宽度最窄处都有近450m 宽,滑坡崩塌堰塞现今河道的可能性较小,支流产生堰塞的可能性依旧存在.高陡岸坡失稳后产生的涌浪灾害效应具有巨大危害性,可能对其波及水域的一切造成即时性危害;波浪传播至坝址时,也会对水工建筑物造成损毁.

三峡库区高陡岸坡失稳的成灾模式可以总结为以下两个模式:

三峡库高陡岸坡成灾模式图

①高陡岸坡失稳,形成涌浪,涌浪对长距离大范围水域内船只及沿岸人员设施造成危害.②支流高陡岸坡失稳,形成涌浪,同时形成堰塞坝,水位抬升,自然溃坝,则形成第二次涌浪,危害涌浪作用范围内的人员及设施.干流高陡岸坡的成灾模式多为第一类,支流的成灾模式则多为第一、二类的复合.两类模式的成灾手段均为涌浪.

三峡库区崩滑体产生涌浪主要的威胁对象为长江航道、沿岸基础设施以及沿岸生产生活的居民.

本文由刘四旦摘编自黄波林、刘广宁、王世昌、陈小婷、齐信著《三峡库区高陡岸坡成灾机理研究》一书。

ISBN  978-7-03-045128-6

《三峡库区高陡岸坡成灾机理研究》系统总结了三峡库区各段高陡岸坡倾倒、滑移、剥落和倾倒转滑移等主要的变形破坏现象。基于茅草坡斜坡、龚家坊4#斜坡、箭穿洞危岩体、青石滑坡、横石溪危岩体5处典型高陡变形岸坡的详细调查和长期观测研究，提出三峡库区部分消落带岩体正在劣化，揭示库水波动加速了典型高陡岸坡的变形破坏。这些高陡岸坡失稳的主要致灾模式为涌浪，涌浪灾害影响范围更远更大。建立了三峡库区干流和支流崩滑体涌浪概化模型，开展了大量概化涌浪试验和龚家坊崩滑体缩尺试验，推导形成了刚性块体和散粒体的一系列滑坡涌浪公式，研究了涌浪的三维地貌效应。引入局部水头损失公式，初步建立了可计算全河道涌浪的公式法计算体系。针对崩塌落石和支流滑坡产生的涌浪问题，建立了N-S方程的流体固体耦合涌浪分析方法。针对长距离、大范围的涌浪灾害问题，构建了基于波浪理论的滑坡涌浪数值计算方法。并利用滑坡涌浪案例进行了各方法的有效性验证。

用您的手指点亮科学!

欢迎您评论、推荐、分享朋友圈，

您的鼓励是我们前进的动力！

（点击文中书名、作者、封面可购买本书）