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随着山区公路建设步伐的加快,公路弃土场也随之大量出现,但因相关技术不完善,致使弃土造成的泥石流、滑坡等次生灾害,以及生态环境破坏等问题时有发生。本文以都江堰市震后新建蒲虹公路(蒲阳镇至虹口乡)弃土泥石流为研究对象,了解弃土场的基本设置状况、潜在工程问题及其可能的利用方式等;采用现场调研、资料搜集、现场试验、室内物理力学试验、理论解析相结合等研究手段,获得典型弃土体的物理力学特性和相关力学参数,研究蒲虹公路沿线弃土泥石流发育特征和防治对策。本文主要得出以下结论:
(1)蒲虹公路弃土泥石流具有其区别于一般泥石流的特征,主要体现在弃土泥石流以坡面启动型为主;弃土的类型影响泥石流规模,灰岩类弃土的膨胀性较高、崩解性较弱,在暴雨作用下,弃土易于膨胀液化、滑移起动,多形成粘性泥石流,砂岩类弃土的膨胀性较弱,崩解性较高,多形成稀性泥石流,砂岩类弃土泥石流规模较小,相比之下灰岩类弃土泥石流规模较大;弃土泥石流的发育具有一定的时效性,蒲虹公路开挖后的1～2年内,弃土场初始堆积的弃土未经压实和固结,土体结构松散,干密度1.3～1.5g/cm3,比较容易发生泥石流,3年后,随着自重加载压密和前缘修建挡土墙,弃土逐步固结,其在暴雨条件下启动转化为泥石流的可能性降低,既泥石流危险程度降低;区域降水量大,年降雨量在1200mm以上,5-10月份集中降雨,容易引发弃土泥石流,拦挡墙失稳破坏突出。
(2)弃土初始含水量相同而密度不同时,随着密度增加,砂岩类弃土和灰岩类弃土内聚力C均呈现增加趋势,但砂岩类弃土的内聚力C增加明显,而灰岩类弃土的内聚力C增加较弱;随着密度的增加,两类弃土的内摩擦角φ变化不大。
(3)在相同密度条件下,随着含水量增加,弃土体的内聚力C先增加然后减小,存在最优含水量下的一个最大C值。两类弃土的内摩擦角ψ随含水量的增加而减小,但砂岩类弃土体的内摩擦角φ变化大于灰岩类弃土体,说明砂岩类弃土体的内摩擦角φ在土体的含水作用下能迅速降低,而灰岩类弃土体的内摩擦角φ对土体含水量增加反映滞后。
(4)弃土类泥石流形成过程,主要包括降雨渗透土体含水增加阶段、超渗超蓄产流侵蚀阶段、局部剪切破坏阶段、滑动面扩展贯通阶段、坡体启动下滑阶段和泥石流汇流阶段等部分。
(5)水土分离技术治理弃土泥石流,首先采用排水孔开孔大小合理的拦挡措施把弃土拦挡在弃土场内,不能任意溢出;其次在弃土场上游及两侧修建排水沟和截水沟,迅速拦截进入弃土中的水份和排出弃土中的水份,降低弃土体的含水量;再通过碾压压实弃土,增强弃土体的强度,及时降低弃土堆积坡度;最后在完成弃土工程后配合生物工程,植树造林、种草垦荒、恢复生态。
研究结果有助于完善公路弃土场设计和施工方法,减少弃土场次生灾害,加强对弃土场的合理利用,具有积极的指导作用。为灾后重建工程处置技术的提供有力的理论支持,特别是对“5.12”汶川地震后,震区泥石流的研究具有特殊意义。