中国青藏高原地区有着独特的地形地貌和地质背景，由于河谷深切，斜坡高陡，地质构造复杂、地震活动频繁，该地区崩滑流地质灾害极为发育。受强烈的内、外动力作用影响，青藏高原发育的滑坡、崩塌体往往具有高势能特征，崩滑体一旦失稳启动，速度快、滑程远、破坏力强，严重者可导致堵江灾害，形成滑坡灾害链，对区域经济与社会发展影响严重^[1-3]。因此，开展青藏高原滑坡防灾减灾措施研究对社会经济发展、工程建设和生态保护等均具有重要现实意义。

由于滑坡防治是一项十分艰巨、耗资巨大的系统性工程，特别是对于一些大型、特大型崩滑体，通常以改线绕避为优先措施，在无法避让时，才考虑工程措施。现有的工程措施主要是针对滑坡源区的崩滑体进行治理，以确保崩滑体的安全稳定为控制目标，采取的技术手段包括削坡压脚、锚固支挡和截排水等处置措施。对于高山峡谷经常出现的滚石、小型碎屑流，则主要采取柔性网、挡墙、落石槽、棚洞等被动防护措施进行拦截和阻挡。

青藏高原具有典型的“三高两低”特点，即“地震烈度高、地应力高、海拔高”和“气温低、气压低”，内外动力耦合作用下诱发的高位崩滑往往具有极高的位能和超远的位移，从而对其危害范围内的构筑物和人类活动等造成严重的破坏。因此，青藏高原重大滑坡灾害防治应从源头区—运动区—堆积区进行全过程调控和综合治理，因势利导地进行总体设计。本文针对重大滑坡源区、运动区的处置措施、减灾机理及其应用范围进行了探讨，根据青藏高原滑坡特点，研发了适应高海拔地区的变管径高扬程虹吸排水技术，抵抗滑体大变形的新型抗滑桩结构、以及抗冲击耗能减震棚洞结构，并结合工程开展了金沙水电站山梁子高位崩塌滑坡的灾害治理研究，实施了从源区到运动区全过程调控的减灾措施，确保了工程安全。

青藏高原重大滑坡灾害的物源区是产生滑坡及其灾害链的主体和源头。目前针对滑坡物源区的处治包括工程措施和非工程措施，其中非工程措施以改线避让、局部改线减少工程扰动、监测预警、生物护坡为主；工程措施以提升滑坡稳定性、控制滑坡灾害为目的，常用的工程处置措施有削坡压脚、排水防渗、支挡、锚固、深埋抗剪结构及岩土体改良等。表1给出了常用的滑坡源区处置措施的主要类型、控灾力学机制及其适用范围。

表1(Tab. 1)

表1 滑坡源区处置技术 Tab. 1 Treatment techniques for the source area of landslides

表1 滑坡源区处置技术 Tab. 1 Treatment techniques for the source area of landslides 序号 类型 结构或布置形式 控灾机制 应用范围 1 改线避让 公路、隧洞改线绕避，居民点或 基建工程搬迁避让 — 用于滑体规模大、治理费用高 或难以治理 2 削坡压脚 滑坡体后缘削方开挖， 滑坡体前缘堆填土石体 通过改变斜坡形态来减少下滑力， 提高抗滑力 古滑坡、堆积体滑坡、 碎裂块状岩石滑坡 3 排水防渗 地面截、排水，封堵裂缝； 地下排水孔、洞、井；虹吸排水 降低冰雪融水、降雨入渗对滑面强度的软化效应；降低坡体内孔隙水压力，渗透水压力，从而提高抗滑力 适用于受冰雪融水、降雨、 水库蓄水影响的滑坡 4 支挡 抗滑桩（锚索抗滑桩）、挡墙 （锚索挡墙）、微型（钢管）桩 提高抗滑力 古滑坡、堆积体滑坡、 碎裂块状岩石滑坡 5 锚固 锚杆、锚索、框格梁 提高抗滑力 主要适用于岩石滑坡，应用于堆积体滑坡，古滑坡时吨位不宜太大 6 混凝土抗剪结构 沿滑面走向、倾向布置的 抗剪洞塞、斜井等 通过混凝土置换改善滑带材料， 提高其抗剪强度 适用滑面埋深较大的岩石边坡/古滑坡

通过对发生在青藏高原地区16个重大滑坡成功治理经验的归纳总结^[4-18]，表2给出了滑坡源区处置措施统计。

表2(Tab. 2)

表2 滑坡源区处置工程实例 Tab. 2 Cases for the landslide treatments

表2 滑坡源区处置工程实例 Tab. 2 Cases for the landslide treatments 滑坡名称 削坡 截排水 锚固 抗滑桩 挡墙 压脚 川藏公路二郎山1号滑坡 — √ √ √ √ — 川藏公路318国道中坝段溜砂坡 — — — — √ — 川藏公路102道班滑坡 √ √ √ √ √ — 青藏线关角隧道东口滑坡 — √ √ √ √ — 西藏自治区墨竹工卡滑坡 — √ — √ √ — 西藏自治区拉贡公路k18段大滑坡 √ √ √ — √ — 丹巴县城后山堆积层滑坡 √ √ √ √ — √ 川藏公路八宿县城西滑坡 √ √ — √ — — 西藏樟木滑坡 — √ — — √ — 西藏同波路K35滑坡体 — √ — √ — — 青海同仁隆务镇西山11#滑坡 √ √ √ √ — — 青海S101线玉树龙穆尔沟滑坡群 — √ — √ √ — 青海省某省道公路 K338+275～K338+470段DH2号滑坡 — √ — √ — — 玉树结古镇结古寺滑坡 — √ — √ — — 毛尔盖水电站大泽滑坡体 √ √ — — — — 小湾水电站左岸饮水沟堆积体边坡 — √ √ √ — √ 措施出现频次 6 15 7 12 8 2

从表2中可以看出，截排水措施、抗滑桩、锚固措施是边坡工程治理中最常用的措施，减载和挡墙作为辅助措施应用也较多。

根据表1和2，滑坡排水防渗和抗滑桩加固是青藏高原滑坡源区治理常用技术。现有的虹吸排水技术应用到高海拔地区效率低下，通过改进，研究提出了变管径高扬程虹吸排水技术，见图1。该虹吸排水装置包括管径不同的3段排水管，分别为两端的上水段、下水段和中间的连接段，通过利用高扬程排水的优点，解决高海拔低气压地区滑坡深部排水问题^[19]。图1中，H₀为扬程，H₁为高差。与传统细管径的虹吸排水系统相比较，该变管径虹吸排水系统可以显著提高排水效率，既可以迅速降低水位，又可以减少布置排水管数量，节约成本；另一方面，与传统粗管径的虹吸排水系统相比较，该变管径虹吸排水系统可以显著减小虹吸管中的累积气泡，增强了排水系统在高海拔低气压地区长期免维护的稳定性（非雨季，地下水位较低，虹吸管暂停；进入雨季后，地下水位升高，虹吸管需要自动启动；传统的粗管径虹吸系统，因气泡累积原因，很难长期维持稳定自动启动）。

图1(Fig. 1)

图1 高海拔地区变管径高扬程虹吸排水装置 Fig. 1 High-lift siphon drainage system with variable diameters for landslides in high-altitude regions

为了验证变管径虹吸排水效果，采用图2所示试验。图2（a）为传统虹吸排水系统，采用不变的管径（4.0 mm或6.5 mm）；图2（b）为变管径虹吸排水系统，上水管采用6.5 mm管径，下水管采用4.0 mm。对于3种管径（4.0 mm、6.5 mm、4.0 mm + 6.5 mm）的虹吸排水装置，分别进行5组试验（表3），试验测得流量结果见图3。由图3可知：1）对比4.0 mm和4.0 mm + 6.5 mm试验结果，对于不同扬程的试验4.0 mm + 6.5 mm的虹吸系统排水能力均强于4.0 mm的虹吸排水系统，变管径使得排水能力提升64%～117%；2）对比6.5 mm和4.0 mm + 6.5 mm试验结果，随着扬程的升高，6.5 mm虹吸排水系统排水能力下降明显比4.0 mm + 6.5 mm快，变管径使得随扬程升高排水能力下降比例减小了28%～42%。试验过程中，4.0 mm + 6.5 mm虹吸系统顶部观察到的析出气泡数量也明显小于6.5 mm的。由此可见，本文提出的变管径虹吸排水系统可以达到前文所述的排水目标。

图2(Fig. 2)

图2 虹吸排水试验装置 Fig. 2 Siphon drainage experiment set-up

表3(Tab. 3)

表3 虹吸排水试验参数 Tab. 3 Parameters of siphon drainage experiments

表3 虹吸排水试验参数 Tab. 3 Parameters of siphon drainage experiments 试验 H0/m H1/m 1# 8.02 10.88 2# 8.47 10.43 3# 8.92 9.98 4# 9.37 9.38 5# 9.52 9.53

图3(Fig. 3)

图3 虹吸排水试验结果 Fig. 3 Results of siphon drainage experiments

青藏高原新构造活动强烈，根据汶川大地震的现场调查数据来看，有些抗滑桩出现了桩体位移的情况，局部地段出现了上部外倾的现象，从而导致抗滑桩加固失效。针对现有抗滑桩结构难以适应滑体大变形的情况，研发了全钢绞线抗滑桩结构和钢绞线–钢筋抗滑桩结构（图4）。

图4(Fig. 4)

图4 预应力钢绞线抗滑桩 Fig. 4 Pre-stressed slide-resistant pile with steel wring clues

如图4所示，抗滑桩的钢筋笼内外侧全部采用钢绞线（图4（a）），或靠近滑坡体内侧受拉部位采用钢绞线，靠近山体外侧受压部位采用钢筋（图4（b））。钢绞线穿入波纹管中，钢绞线下端经压花后连接在桩底锚固段的锚具上，钢绞线通过绑扎方式和箍筋连接，待混凝土浇筑完成后对钢绞线进行后张拉。

为了比较分析新型抗滑桩与传统抗滑桩的抗弯能力和抵抗滑动变形能力，作者开展了3种筋材组合条件下（P1：全钢筋，P2：钢绞线–钢筋，P3：全钢绞线）混凝土梁试样的四点弯试验。试样尺寸为150 mm×150 mm×550 mm，试验梁中的加筋材料采用HPB235级钢筋和钢绞线，其中，主筋和纵向架立钢筋直径为7 mm，箍筋直径为4 mm，箍筋间距为200 mm，混凝土保护层厚度为30 mm，试验梁配筋率为1.07%。抗折试验在RMT上采用位移控制加载，加载速率为0.01 mm/s。为了探究加筋材料对混凝土梁韧性提高的机理，抗折试验同时配合了声发射装置和高速摄像机拍摄，试验装置如图5所示。

图5(Fig. 5)

图5 四点弯抗折试验 Fig. 5 Four-point bending tests for concrete beam

图6给出了试样的荷载–位移曲线结果对比。全钢筋试样P1的抗折强度为6.14 MPa，拉力区钢绞线–压力区钢筋试样P2的抗折强度为6.65 MPa，比全钢筋试样提高了8%。全钢绞线试样P3的抗折强度为7.07 MPa，比钢筋试样提高了15%。由荷载–位移曲线可知，对含钢绞线的试样P2和P3，其荷载在设定的行程范围（10 mm）内都没有发生突然的大幅度的降低，说明新型钢绞线抗滑桩韧性更好，可承载更大的变形。

图6(Fig. 6)

图6 荷载–位移曲线 Fig. 6 Load–displacement curves

图7给出了试样的声发射测试结果。声发射的撞击数可以反映结构的内部失稳。

图7(Fig. 7)

图7 试样的声发射撞击–时间曲线 Fig. 7 Acoustic emission events for concrete beam

由图7可知，声发射撞击数曲线和试样的荷载-位移曲线有着相同的变化趋势。当全钢筋试样P1承载能力突然降低时，声发射撞击数达到整个时间段内的峰值，说明此时P1试样内部裂纹迅速扩展。对于受拉区是钢绞线的试样P2和P3，其声发射撞击信号的峰值较P1的声发射信号峰值出现的时间更晚，而且峰值更大，说明钢绞线试样加载过程中可以吸收更多的能量，延缓试样裂纹的贯穿，提高试样的韧性。

由于青藏高原地区岩体崩滑破坏具有高势能特征，产生的滑坡碎屑流具有较高的动能和流动性，往往对其运动范围内的建、构筑物和人工活动等造成严重的冲击和损伤破坏，大规模的碎屑流冲入河流还会形成堰塞坝，从而导致堵江灾害。

目前国内外针对崩滑碎屑流运动区的工程防护主要采用被动调控技术^[20-25]，通过拦截、阻挡或是改变其运动路径等方式对被保护对象进行防护，防护措施主要包括：被动柔性防护网、重力式挡墙、棚洞、防护森林、拦挡桩群等，其结构布置形式、减灾机制和适用范围详见表4。

表4(Tab. 4)

表4 崩滑碎屑流运动区拦挡防护结构 Tab. 4 Block protection structure of debris flow movement area

表4 崩滑碎屑流运动区拦挡防护结构 Tab. 4 Block protection structure of debris flow movement area 序号 类型 结构或布置形式 减灾机制 应用范围 1 被动柔性防护网 由金属网、锚杆、拉铺绳、支撑绳、 减压环和钢柱构成的防护结构 被动防护网具有足够的强度和柔性以承受并扩散碎屑堆积体压力,利用结构较大的变形能力，达到拦截碎石体的作用 用于高位落石以及 小型碎屑流防护 2 重力式 挡墙 利用自身重力保持稳定的拦挡结构， 包括重力式混凝土挡墙、格宾拦挡墙等 重力式挡墙在保持自身稳定的条件下直接拦截运动路径上的碎屑流，减少向下游运动的碎屑流方量 主要用于小型 碎屑流防护 3 棚洞 棚洞为在边坡明挖路堑后，构筑简支的 顶棚架并回填而成的洞体 碎屑流越过棚洞向下游运动或在洞顶部分堆积，以防护目标建筑物（如公路等）免受碎屑流的冲击及破坏 小型碎屑流或高位 落石的防护 4 防护森林 防护森林为滑坡源区及其附近 区域种植的大面积森林 防护森林通过增加地面摩阻力而降低碎屑流运动速度，减少碎屑流运动的整体滑程的方式拦截碎屑流 同其他防护结构 协同工作 5 拦挡桩群 拦挡桩群是由多排拦挡桩所构成桩群 通过在滑坡运动路径上布置多排拦挡桩，扰动碎屑流流态，增大运动阻力降低运动速度以拦截碎屑流 小型碎屑流

由于高速远程滑坡碎屑流机理的复杂性，使得目前对高速碎屑流的防治仍处于探索阶段。棚洞结构可以保护目标建筑物（公路、铁路等）免受碎屑流冲击，是崩滑碎屑流运动区应用较为广泛的一种被动防护结构。由于传统棚洞顶部结构抗冲击能力差、吸能承载特性低，为提高棚洞顶部结构的抗冲击性能，提出了由加筋砂土垫层和泡沫层组成的新型复合缓冲垫层，结合阻尼减震器，发展了一种新的防护棚洞结构，如图8所示。该结构的优点包括：1）加筋砂土垫层中的格栅/格室会限制砂土垫层的侧向位移，在承受冲击荷载时，格栅/格室可通过肋将力传递到远处的砂土垫层，从而有效分散崩塌碎屑流冲击力的集中效应；2）支撑墙柱体和顶部垫层通过耗能减震器连接，可以有效耗散崩塌碎屑体的冲击能量及其冲击诱发的振动危害。

图8(Fig. 8)

图8 含复合缓冲垫层的防护棚洞结构 Fig. 8 Protective shed structure with composite buffer layer

为探讨加筋砂土垫层复合结构的抗冲击和耗能效果，开展了不同组合参数条件下的试验研究，试验组合工况如表5所示。试验系统包括落锤、缓冲垫层、承台板和数据采集系统，如图9所示。数据采集系统由加速度传感器、力传感器、高速摄像机、应变采集箱组成。试验使用落锤质量为9.5、19.8 kg的铁球，承台为 62 cm×62 cm×2 cm 的钢板，在板顶部，从板中心位置开始沿对称轴间隔13 cm设置3个力传感器，3个加速度传感器，同时利用高速摄像机记录受落石冲击时板底中心位置的位移。

表5(Tab. 5)

表5 试验组合工况 Tab. 5 Test conditions for composite buffer layer

表5 试验组合工况 Tab. 5 Test conditions for composite buffer layer 工况 砂土垫层 泡沫缓冲层 加筋材料 加筋位置 厚度/cm 材料 厚度/cm U — — 15 — — E2 — — 13 EPE 2 S2 — — 13 EPS 2 G2 格栅 格栅到承台顶部距离 占垫层厚度的1/3 15 — — G3 格栅 格栅到承台顶部距离 占垫层厚度的1/2 15 — — C1 格室 底部 15 — — E2C1 格室 底部 13 EPE 2

图9(Fig. 9)

图9 落锤冲击砂土垫层复合结构试验系统 Fig. 9 Test system for drop hammer impacting on composite buffer layer

图10给出了落锤冲击砂土垫层复合结构诱发的棚洞顶部加速度、冲击力以及位移动态响应的最大值。综合对比表4中各种组合设计，采用格室加筋砂垫层和EPE泡沫板的组合时，传感器测得的最大加速度、冲击力和位移分别降低至传统砂土垫层的35%、60%和55%，效果最优，该优化组合参数被应用到金沙电站崩塌体的防护棚洞设计。

图10(Fig. 10)

图10 不同试验工况下的棚洞顶部加速度、冲击力与位移最大值 Fig. 10 Maximum accerleration, impact force and displacement values of the top of modelling shed

2018年10月29日，金沙水电站导流明渠进口正上方右岸山坡坡顶垮塌，经现场查勘：变形范围内地表拉裂缝众多，前缘时有小规模垮塌，后缘已向金沙江方向下挫滑动2～3 m，稳定性很差。山梁子崩滑变形体如图11所示。

图11(Fig. 11)

图11 金沙电站山梁子崩塌滑坡体 Fig. 11 Shanliangzi landslide in Jinsha hydropower station

由于该崩滑体处于金沙水电站导流明渠进口及2#路正上方，且落差达300～400 m，属于典型的高位崩塌滑坡灾害。其前缘不断发生小规模垮塌，崩塌碎屑体滚落至2#路直接威胁通行安全。由于前缘临空，失去支撑，上方坡体在自身重力作用下发生牵引式变形，一旦发生大规模滑动，山脊下游侧物质将由山梁子冲沟直接入江，阻塞导流明渠进口，影响明渠过流直接威胁金沙水电站建设及运行安全。

从崩滑体地形、地质构造、变形特征等进行分析，该崩滑体的主要破坏模式是崩塌、滑动，需要从滑源区到运动区进行综合治理。

该崩滑体源区表部覆盖层为残坡积物碎石夹碎屑粉土，厚度5～10 m，结构松散；下部为强风化岩体，地表可见岩体完整性差，严重解体、松弛（图11）。变形体下覆基岩为薄至中厚层状岩屑砂岩、泥质粉砂岩夹含炭质粉砂质泥岩，产状170°～200°∠20°，为反向坡。

根据表1中滑坡源区处置技术措施及减灾控灾机制，初步选取3种方案对源区进行处置：方案1，挖除主要变形体；方案2，清除覆盖层+锚索方案；方案3，清除覆盖层+抗滑桩方案。通过对比分析，尽管3个方案均可以保证变形体的稳定，但方案2边坡变形较大，同时由于变形体较松散，锚索的预应力难以张拉施工；方案3施工过程中容易出现垮塌，施工安全难以得到保障，同时变形体存在从抗滑桩（间距6～10 m）之间下滑的可能。因此，该崩滑体源区处置以清除主要变形体为主，同时在坡面设置间、排距为2 m×2 m的系统锚杆和排水孔。

由于该崩滑体位于导流明渠进口和公路正上方，考虑到其落差达300～400 m，为了确保崩滑体在源区处置时的施工安全，以及公路的交通安全，针对崩滑体的运动区进行了被动防护。运动区的耗能阻滑方案为：1）在变形体下方高程1 280、1 200 m及1 100 m 处分别布置3道被动防护网，以拦截崩塌碎屑流；2）在2#路K0+142～K0+202段设置带有复合缓冲垫层的棚洞保护2#路过往的行人和车辆安全，如图12所示。

图12(Fig. 12)

图12 金沙电站2#路防护棚洞设计 Fig. 12 Protective shed structure design on road 2# in Jinsha hydropower station

实施上述从源区到运动区全过程安全调控减灾措施后，监测表明其变形趋于收敛和稳定，山梁子崩滑体垮塌风险基本解除。

重大滑坡灾害的孕育演化和灾变失稳具有明显的阶段性特征，滑坡灾害防治应从源头区到运动区进行综合治理和优化设计。本文对重大滑坡源区、运动区的处置措施、减灾机理及其应用范围进行了探讨，主要结论如下：

1）根据青藏高原滑坡特点，现有的虹吸排水技术应用到高海拔地区效率低下，研发了变管径高扬程虹吸排水技术，通过利用高扬程排水的优点，解决高海拔低气压地区滑坡深部排水问题。试验结果表明：对于不同扬程的试验4.0 mm + 6.5 mm的虹吸系统排水能力均强于4.0 mm的虹吸排水系统，变管径使得排水能力提升64%～117%；随着扬程的升高，6.5 mm虹吸排水系统排水能力下降明显比4.0 mm + 6.5 mm快，变管径使得随扬程升高排水能力下降比例减小了28%～42%。

2）针对内外动力作用下诱发的滑坡大变形，现有抗滑桩结构可能产生破坏而失效，研发了全钢绞线抗滑桩结构和钢绞线–钢筋抗滑桩结构。试验结果表明，相较于传统抗滑桩，新型钢绞线抗滑桩不仅提高了抗折强度，而且韧性更好，可承载更大的变形而不发生破坏。

3）针对青藏高原存在的高势能滑坡崩塌灾害，基于抗冲击、耗能减震的研究思路，发展了新型缓冲垫层结构和防护棚洞结构优化设计技术，并应用到金沙水电站山梁子高位崩塌滑坡灾害治理，实施了从源区到运动区全过程安全调控减灾措施，确保了工程安全。