三峽庫區滑坡工程加固和生態護坡措施研究進展

李欣然 張桂榮 林程 譚瑞琪

摘要：三峽庫區干、支流跨度極廣，受地層巖性、岸坡結構、庫水波動及強降雨的影響，庫區頻發以滑坡為主的地質災害。結合三峽庫區滑坡的分布規律，分析了降雨和庫水波動兩種主要外因作用下不同工程地質類型滑坡的變形響應特征及失穩機理，總結介紹了三峽庫區滑坡災害治理所采用的抗滑樁支護、擋土墻支護、錨桿（索）加固3種主要工程措施的支護原理和設計計算方法，以及生態護坡技術的加固機理及其在三峽庫區的研究試驗和推廣使用。研究認為：目前三峽庫區滑坡治理主要以工程措施為主，一般較少考慮滑坡防治的生態效應，今后的研究可針對三峽庫區降雨型滑坡特點，更深入地探索庫水波動、強降雨等外因作用下生態-結構復合護坡體系的聯合加固機理及設計評價方法。

摘要：滑坡治理； 生態護坡； 工程措施； 三峽庫區

中圖法分類號： TV861

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.01.018

0 引 言

三峽庫區地質災害頻發，據統計庫區內的大小滑坡共有4 000余處［1］?；聻暮乐赜绊懥怂畮煺＿\行和庫區可持續發展，更危及人民群眾生命財產安全。庫區滑坡的防治非常復雜，涉及工程、社會、經濟、生態環境等多方面因素，為達到防災減災的目的，需應用工程措施、生態措施、生態-工程聯合防護措施等對滑坡災害進行綜合防治。周家文等［2］通過歸納總結水庫滑坡的

綜合治理技術，認為水庫滑坡治理需要生態措施和工程措施的綜合運用。童廣勤等［3-4］分析了三峽庫區內1 000余處災害防治工程，認為該區域內的災害治理需要綜合考慮災害類型、規模、巖土類別選取措施，并提出了避讓性、順應性、生態性及非結構措施優先的三峽庫區滑坡防治原則。目前，三峽庫區內已經進行了滑坡多元綜合整治的實踐，如在巫山新城煙廠滑坡治理中將滑坡治理與土地資源再生和城市環境提升相結合［5］?？紤]三峽庫區復雜工程性質和長江重點生態區建設要求，深入研究生態防護措施理論與技術是當下三峽庫區滑坡治理中亟待解決的關鍵科學問題之一。本文結合三峽庫區內滑坡的分布規律和主要誘因，通過梳理總結庫區內滑坡治理的主要措施，提出了今后三峽庫區內生態防護措施研究的關注重點和突破方向，對庫區滑坡防治的科學研究和技術創新具有一定的參考指導意義。

1 三峽庫區滑坡分布規律與主要外因

1.1 三峽庫區滑坡分布規律

不同學者從多個角度對三峽庫區內滑坡的主要分布規律進行了大量的研究。汪華斌等［6］重點分析了三峽庫區滑坡的高程和規模，指出庫區內滑坡自西向東出現高程增加、規模變大的趨勢。李松林等［7］通過統計三峽庫區滑坡的分布密度，認為其分布存在明顯的區域差異，以萬州為界，西段滑坡分布稀疏，且滑坡體積較??；東段則密集，分布較大體積滑坡，尤其聚集分布于奉節、巫山、涪陵、秭歸一帶。三峽庫區的滑坡以大中規模為多，包括土質滑坡、堆積層滑坡、巖質滑坡等多種不同工程地質類型，其中土質滑坡主要為中型規模，而巖質滑坡則主要屬于中、大型規模［8］。

1.2 三峽庫區滑坡產生的主要外因

三峽庫區滑坡的產生是自身地質條件與外因共同作用的結果，其中降雨及庫水波動是造成三峽庫區滑坡的主要外因。

1.2.1 降雨作用

三峽庫區屬亞熱帶季風氣候區，氣候溫和濕潤，空氣濕度大，降雨充沛，平均氣溫高。年降雨量70%左右，分布在5～9月，且多大雨和暴雨；河谷區年平均降雨992.5～1 241.8 mm，兩岸山地1 600～2 000 mm，盆地996.7～1 204.3 mm，并存在萬縣-云陽、秭歸-宜昌兩大暴雨中心地帶［9］。降雨下滲會引起土體膨脹、巖石崩解［10］；使巖土體飽和度提高、基質吸力消散、孔隙水壓力上升；并于滑坡體裂隙中儲水，產生水平靜水推力和浮托力，以上多種內因共同作用形成滑坡災害［11］。

三峽庫區滑坡包括多種工程地質類型，由于賦存的地質環境條件不同，其性質、結構以及應力狀態存在很大的差異，且對降雨反應的敏感性極不相同，因此，在降雨作用下呈現不同的變形特征。圖1為各種工程地質類型滑坡的變形破壞模式。

（1） 土質滑坡破壞模式。

庫區內土質滑坡多發于中淺層，如龔家村滑坡［12］（見圖2）。在降雨作用下坡腳首先發生滑塌，繼而在滑坡體中部出現明顯張拉裂縫，在某些體積較大的靠椅狀滑坡中還會出現裂隙張開閉合的現象，滑坡體后緣開裂、張拉裂隙進一步擴張產生貫通面，最終滑坡體脫離后緣沿貫通裂縫快速向前滑移形成滑坡，并于后緣處形成階地［13-15］。

（2） 堆積層滑坡破壞模式。

降雨主導誘發的庫區內堆積體滑層普遍規模較大，以推移式和混合式變形破壞為主，如八字門滑坡［16-18］（見圖3）?；挛灰坡詼笥诮涤?，變形破壞活動最早表現為土體蠕動或淺層、次級的局部滑坡變形，進而誘發多級滑動形成大規?；聻暮??；轮泻蟛孔冃屋^大，在臨滑階段出現斜列式弧形裂縫，最終于后緣形成弧形拉力圈，并出現數米至十數米的后緣下座變形，主滑動面多沿基覆界面發育，在紅層地區呈現“近水平順層滑移”特征［19-20］。

（3） 巖質滑坡破壞模式。

不同構造的巖質滑坡在降雨條件的響應特征也存在差異。順層巖質滑坡在降雨作用下首先發生漸進式、逐層松脫-滑移破壞，再沿巖石層面、節理組合面等軟弱層面發生滑移-崩塌［20-22］。圖4為三峽庫區巫峽段一處已出現局部破壞的順層巖質邊坡，反傾巖質滑坡在降雨作用下巖體發生剝蝕崩解，坡度變陡甚至出現傾倒，最先在坡腳形成較小貫通面，隨著巖體碎裂加劇貫通面逐漸延伸，滑坡體由下而上解體崩塌［23］。

不同地質結構類型滑坡對降雨的響應特征的差異，來源于其在降雨作用下不同的失穩機理。降雨入滲后巖土體飽和度增大、孔壓上升、基質吸力驟降［24］以致滑坡體的自重增加、抗剪強度下降，是土質滑坡失穩破壞的主要原因。張拉裂隙儲水產生的水平靜水壓力則對巖質滑坡和堆積層滑坡的穩定性影響較大。巖質滑坡透水性差，易受雨水匯集于阻滑段基巖產生的浮托力作用而發生變形失穩［25］。

1.2.2 庫水波動作用

三峽水庫自2003年蓄水至135 m、2006年蓄水至156 m、2008年蓄水至175 m后，每年水位在145～175 m之間運行，常有波動［26］。庫水波動主要通過浮托力、動水壓力、庫水變動下岸坡滲流場的變化及邊坡水-巖作用影響岸坡的穩定性［27-28］。王錦國等［29］通過有限元軟件模擬了石猴子滑坡的3種不同庫水位工況，發現蓄水后滑體內會產生較大的動水壓力，特別是庫水位驟降時的動水壓力是正常蓄水位下的13倍。馮文凱等［30］分析木魚包滑坡的監測數據，認為其變形主要受浮托力和動水壓力的影響，庫水升降速率較小時，浮托力控制滑坡的變形；庫水升降速率提升后，動水壓力成為控制因素。劉曉麗等［31］提出基于DDA-DFN的滲流-應力耦合模型，認為水庫蓄水后，地下水大幅抬升，滲流-應力耦合作用加劇，導致邊坡裂隙巖體中的關鍵部位發生大變形甚至破壞，進而觸發邊坡失穩。

1.2.3 降雨與庫水聯合作用

在降雨與庫水位聯合作用下，淺層土質滑坡的失穩更易受降雨控制，即在降雨入滲下坡體自重增加，巖土參數強度降低而發生滑坡［32］。堆積體滑坡前部易受庫水位漲落產生的浮托力和動水壓力影響而發生局部變形，并對后部滑體產生牽引作用，中后部滑體易受降雨入滲和裂隙水的靜水壓力作用發生局部變形，并對前緣坡體產生推動作用引發滑坡失穩［33-35］。庫水位變動使得巖質滑坡受長期浸泡和浸泡-風干循環作用，巖體的損傷被累積放大，巖土體力學性質逐步劣化［36］，同時水位上升和降雨入滲都會對基巖以上的巖體產生浮托力進而導致庫岸邊坡的宏觀破壞。

2 三峽庫區滑坡治理措施研究進展

滑坡災害防治主要圍繞改善滑坡幾何形態、減輕水力作用危害、設置抗滑支擋結構和提高滑動帶巖土體力學性質來展開，并根據滑坡規模、滑動面深度及滑坡體工程地質類型采用不同的防護方式。三峽庫區滑坡防治常用工程措施包括抗滑樁、抗滑擋墻、錨桿（索）等，生態防護技術主要包括純植被護坡、植被與土工合成材料結合（石籠網墊、土工格室、三維土工網墊、生態袋等）、植被與工程措施結合等方式［37-38］。

2.1 抗滑樁支護

抗滑樁法是在坡面一定位置設置一系列樁，使樁身穿過滑坡體伸入穩定滑床，利用樁錨固段及其周圍巖土體共同平衡滑坡下滑推力的被動支擋結構，如圖5所示?？够瑯对谌龒{庫區眾多大型滑坡段均有使用，如石包嘴滑坡、朱家鎮滑坡及寨壩滑坡等。數值模擬分析與現場監測結果均表明，庫區采用的抗滑樁支護措施顯著地抑制了滑體變形，增強了滑坡穩定性［39-43］。

采用傳統計算方法進行抗滑樁設計時，將滑坡推力視作外荷載作用于樁身，求解樁身的內力、位移及樁周應力，最后校核并調整初擬的抗滑樁埋深、截面尺寸、間距進行配筋。

最為常用的抗滑樁內力計算方法有懸臂柱法和地基系數法兩種。其中懸臂柱法將抗滑樁以滑動面為界分為兩部分，上部視作懸臂梁計算內力，下部錨固段使用文克爾彈性地基梁法計算內力。地基系數法將整根樁視作彈性地基梁，通過建立撓度曲線方程求解地基反力系數，使用截面法計算樁身任意截面處的內力，包括“K”法、“m”法、“c”法等單參數法，綜合剛度雙參數法和P-y曲線法等，以上幾種抗滑樁內力計算方法的優缺點對比見表1。

三峽庫區中抗滑樁的設計選用中，還需考慮該區域工程地質條件的特殊性。Zhou等通過監測馬家溝滑坡的測試樁和開展物理模型試驗，對比研究了剛性樁和柔性樁的內力和變形情況，認為在必須嚴格限制樁周土體變形的情況下，應優先選擇剛性樁，而在允許變形較大時，柔性樁更適用于滑坡的長期穩定性控制［42-43］。Li等［44］提出了計算不同巖層組合下樁身變形和內力的新方法，以進行軟硬互層基巖情況下最優樁位的選取，并在鹽官滑坡中驗證了該方法的有效性。大量滑坡治理工程表明，三峽庫區中許多抗滑樁布置處滑面處于傾斜狀態，與設計中假設抗滑樁周圍滑動面水平存在差異，所以需要考慮樁前土體抗剪承載力，控制滑床彈塑性區高度，以防樁身傾覆［45-48］。三峽庫區的水位波動也是進行抗滑樁加固、設計計算方法研究的重要考慮因素。唐曉松等［49］認為抗滑樁滲透性雖遠小于岸坡土體，但在庫水變動時仍需考慮抗滑樁的滲透性對其支護效果的影響，通過有限元模擬分析發現抗滑樁能夠阻止岸坡內浸潤面位置的降低和超孔隙水壓力的消散，目前不考慮樁身滲透性的計算方法偏保守。李邵軍等［50］利用離心試驗手段模擬三峽庫區水位循環變化，研究了庫水位變化影響下，考慮土拱作用的不同樁間距抗滑樁受力特征，為庫區內抗滑樁加固機制分析提供了直接的試驗依據。Luo等［51］通過物理模型試驗對排水抗滑樁的排水性能進行了研究驗證，并使用有限元軟件模擬了3種不同工況下該排水抗滑樁對滑坡的加固效應。羅爽等［52］選取廣義Kelvin蠕變模型，計算了三峽庫區橋頭北滑坡懸臂抗滑樁受荷段在考慮滑坡體蠕變作用時的內力，認為蠕變造成了抗滑支擋結構服役性能的劣化，建議懸臂抗滑樁工程竣工后的一段時間內需要密切關注樁頂位移變化量。

2.2 擋土墻支護

擋土墻是使用砌塊、石料、混凝土以及鋼筋混凝土結構砌筑的擋土結構，通常于坡腳或滑動面剪出口處設置，通過墻體自重和填料的重量抵抗側向土壓力。常用于淺層滑坡如楠木椏、紅石包滑坡等［53-56］，如圖6所示。

擋土墻通常依靠自身重力偏心產生抗傾覆力矩和自重產生的摩阻力抵抗墻背的荷載，其中墻背上的土壓力是荷載的主要組成部分?；轮卫砉こ讨?，擋土墻上的土壓力按照主動土壓力計算，以經典的庫倫或朗肯土壓力計算方法為依據，并根據實際工況進行修正和完善。三峽庫區內堆積層滑坡具有雙層甚至多層滑移特征。王凱［57］以庫區內巴東黃土坡滑坡為例，通過有限元模擬和現場試驗對鋼筋混凝土-預應力錨桿復合擋墻中錨桿預應力大小、間距、錨固長度的優化設計進行了研究。劉濱源［58］考慮到三峽庫區內地下水對預應力鋼筋的銹蝕，將擋土墻、樁頂梁和抗滑樁組合成新型復合支擋結構，以井泉滑坡為背景進行了樁-墻復合抗滑支擋結構設計計算方法的研究。李長安［59］基于滑坡系統地貌過程，認為三峽庫區內的擋土墻應采用垛形頂部并布置排水孔以保證滑坡體物質和水體及時外泄。

2.3 錨桿（索）支護

滑坡內部加固多使用錨桿、錨索，將鋼筋、鋼管或鋼絞線一端固定在坡面上，另一端穿過滑坡體預先鉆好的孔固定在下部巖層中，將滑坡體與穩定巖體結合在一起（見圖7）。該支護方式施工作業空間較小，適用各種地形及場地條件，并可以采用專門的拉緊裝置和機具施加預應力。三峽庫區中錨桿（索）結構多用于高陡邊坡和危巖支護工程。

錨桿（索）對巖質邊坡的加固作用體現在兩方面：對于軟弱結構面為不規則破碎巖體且沒有明確滑動面的邊坡，增強其整體性；對于成層理或片理結構，易發生順層滑坡的邊坡，增強其層理或片理之間的抗剪強度。錨桿（索）拉力的有效發揮，取決于深入穩定巖土體的錨固段與巖土體的緊密結合。因此錨桿（索）錨固界面的荷載傳遞機理是國內外巖土錨固理論研究的主要課題之一。幾種錨固界面荷載傳遞機理模型的優缺點對比如表2所列。

李長安［59］進行了大量試驗，研制了適用于三峽船閘高邊坡的高強度錨索結構。朱杰兵等［60］通過現場監測和數值模擬試驗，研究了錨索張拉前后巖體的壓縮變形，證明錨索周邊的巖體在施加錨索預應力及灌漿后，彈性模量等力學特性得到了明顯改善。Wang等［61］對危巖體的變形和破壞模式進行分析后，提出了上部危巖與下層基巖同時錨定的加固方式，并通過室內試驗證實了采用該方法后危巖體的長期穩定性。錨桿錨索可與抗滑樁（見圖8）、混凝土格構等聯合使用，形成聯合錨固結構；錨桿錨索也可與噴射混凝土和金屬網并用，防護淺層滑坡和破碎巖體邊坡，如白巖溝西滑坡區后緣斷壁和巫山新城的小規模邊坡等［62-64］。三峽庫區鏈子崖危巖體治理中，對于預應力錨桿采用單純形法進行了多組錨固力優化設計，并結合了噴網、短錨、裂縫回填等輔助工程進行治理，監測結果表明此錨固工程經歷了50多天的高水位和暴雨環境，仍保持良好穩定性［65］。陳洪凱等［66］將庫區內危巖體分為3類，采用3種荷載組合，建立了每類危巖的錨固計算方法，確定了相對應的最小錨桿數計算式，該計算方法已經成功應用于三峽庫區數百個危巖體治理工程。

2.4 生態護坡技術

生態護坡技術常用于淺層滑坡，指在坡面種植植被或采用植被與工程支護措施、土工合成材料結合的防護方式，以增強邊坡穩定性，防治坡面水土流失，維護和恢復周邊生態環境，并形成良好景觀形象。

常見的生態護坡有植被-三維土工網聯合護坡和植被-混凝土格構聯合護坡等形式［67］，圖9～10為兩種聯合護坡措施的示意圖。植被對邊坡的防護作用主要體現在深根錨固、淺根加筋和減少擊濺沖刷3個方面［68］，三維土工網對坡面土體起錨固、包裹作用，能增加坡面土體的法向應力和抗滑力，對岸坡的變形起約束作用。在植物生長初期，三維土工網能防止雨水沖刷，保護岸坡和植被，待植被進一步生長并穿過土工網，則將土工網緊密錨固于坡面，兩者形成聯合保護層，進行整體加筋?，F澆混凝土格構通過橫梁縱梁交叉處錨桿與深部巖土體的連接，對網格周圍的土體施加壓力，并限制位移，在坡面形成三維立體護坡結構，結合草本和灌木立體種植模式的植被根系固土作用，能有效提高土體抗剪強度，使坡面更加穩固。

張忠陽等［69］以湖北省興山縣峽口港航道碼頭護坡工程為試驗點，選用香根草結合土工格柵防護坡面，通過數值模擬和實地監測證明該措施能有效約束庫水位變動時邊坡的水平位移，提高邊坡穩定系數。秭歸縣將土地利用與生態防護相結合，在新灘滑坡體上進行生態防護設計和農業種植規劃，設置長江防護林帶和水源涵養林進行坡改梯工程種植作物［70］。趙欣等［71］以千將坪為例，綜合石籠網，鋼筋混凝土格構和植被混凝土等措施，提出了集滑坡治理、土地利用和生態保護于一體的滑坡綜合治理概念。

3 展 望

三峽庫區滑坡災害的治理關系到庫區的持續穩定運行和周邊群眾的生命財產安全。本文在梳理三峽庫區滑坡災害的分布規律和外部影響因素的基礎上，重點歸納了庫區所采用的抗滑樁、擋土墻、錨桿（索）和生態護坡技術這4種岸坡治理措施，并對這些措施的加固機理及相關研究進行了整理總結。三峽庫區滑坡災害通過采取諸多治理措施，取得了良好的治理效果，尤其考慮周邊環境保護和生態效益采用了生態護坡措施，且逐步探究了生態護坡措施的機理，從分析植被根系固土護坡機理發展到研究植被結合土工材料的護坡機理，并進一步論證了植被結合鋼筋混凝土格構的生態-結構聯合護坡措施。

抗滑樁、擋土墻、錨桿（索）等工程支護措施在三峽庫區的眾多滑坡治理中，已經獲得了豐富的實踐經驗和較深入的理論研究。但是對采用植被、護坡工程材料與滑坡傳統防治結構相結合的生態-結構聯合防護結構體系，由于生態護坡的滲控和淺層加固機理，尤其是柔性生態護坡與剛性工程結構的相互作用尚不明確，目前缺乏其聯合加固滑坡的力學機制和計算理論，尚未形成一套合理完善的計算設計方法。因此，今后的研究可以針對三峽庫區降雨型滑坡特點，重點研究生態-結構聯合護坡體系的抗滑特性、協調變形機制與調控降雨入滲能力。更深入地探索庫水波動、強降雨等外因作用下，植被與土工材料或工程措施聯合護坡的防治機理，提出適合于不同類型滑坡的生態-結構防護體系及其模塊化設計框架，促進生態護坡措施在三峽庫區滑坡災害治理中的科學應用。

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（編輯：劉 媛）

Research progress on landslide engineering reinforcement and ecological slope protection measures in Three Gorges Reservoir area

LI Xinran1，ZHANG Guirong1，LIN Cheng2，TAN Ruiqi1

（1.Nanjing Hydraulic Research Institute，Nanjing 210004，China； 2.Institution of Water Conservancy and Hydropower Engineering，Hohai University，Nanjing 210098，China）

Abstract：

The Three Gorges Reservoir area has a wide span of mainstream and tributary rivers.Influenced by stratigraphic lithology，bank slope structure，reservoir water fluctuations，and heavy rainfall，geological disasters dominated by landslides frequently occur in the reservoir area.Combined with the distribution law of landslides in the Three Gorges Reservoir area，this study analyzed the deformation response characteristics and instability mechanisms of landslides with different engineering geological types under the action of two main external factors，rainfall and reservoir water fluctuation.We summarized the supporting principles and design calculation methods of three main engineering reinforcement measures（anti-sliding pile support，retaining wall support，and anchor cable reinforcement）used in landslide disaster management in the Three Gorges Reservoir area.We also introduced the reinforcement mechanism of ecological slope protection technology and its research，experimentation，and widespread application in the Three Gorges reservoir area.The study suggestted that current landslide management in the Three Gorges Reservoir area primarily relies on engineering measures，with generally less consideration for the ecological effects of landslide prevention.Therefore，future research could focus more on the characteristics of rainfall-induced landslides in the Three Gorges reservoir area，and explored deeper the joint reinforcement mechanism and design evaluation methods of the ecological-structural composite slope protection system under the influence of external factors such as reservoir water fluctuations and heavy rainfall.

Key words：

landslide harnessing；ecological slope protection；engineering reinforcement measures；Three Gorges Reservoir area