聶衍釗，劉阜羊

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

溪洛渡水庫庫岸災變初步研究

聶衍釗，劉阜羊

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

庫岸災變是庫岸巖土體在庫水及其他外動力作用下，失去平衡而發(fā)生災變，庫岸再造達到新的平衡現(xiàn)象和結(jié)果。水庫庫岸災變是影響電站安全運行和庫區(qū)移民工程安全的重大地質(zhì)災害問題。在水電站工程地質(zhì)評價中，庫岸災變的研究是非常重要的，本文分析溪洛渡水庫庫岸特征，總結(jié)蓄水后庫岸災變的規(guī)律，結(jié)合監(jiān)測資料，為庫岸災變預測提供基礎信息。

庫岸災變；庫岸再造；災變預測；溪洛渡水電站

1 概 述

溪洛渡水電站是金沙江干流下游（攀枝花市至宜賓市）河段水電梯級開發(fā)中的第三個梯級水電站。電站壩址位于四川省雷波縣和云南省永善縣接壤的溪洛渡峽谷內(nèi)。

壩段控制流域面積45.44萬km2（約占金沙江流域面積的96%），多年平均流量4 570 m3／s，水庫正常蓄水位600 m，最大壩高278 m，總庫容126.7億m3。水庫回水至白鶴灘電站尾水，金沙江主庫全長199 km，西蘇角河、溜筒河、牛欄江、西溪河等支庫全長35 km。河谷基本上以“∨”型谷為主，山高谷深，河谷狹窄，谷坡陡峭；兩岸基巖裸露，第四系堆積物分布較少。

2 溪洛渡庫區(qū)庫岸災變類型

以滑坡為主的崩滑流和水庫塌岸是影響溪洛渡水庫安全運行和移民工程安全的兩類重大地質(zhì)災害問題。水庫塌岸的破壞方式可分為突變式和漸進式。

突變式即誘發(fā)滑坡或崩塌，漸進式為通過緩慢的庫岸再造形成一定范圍的削坡。水庫塌岸的危害也表現(xiàn)在兩個方面，一方面是塌岸變形影響建筑設施或居民的安全；二是塌岸削方降低岸坡整體穩(wěn)定性。

根據(jù)庫岸在蓄水過程中已發(fā)生的或可能發(fā)生的變形、失穩(wěn)模式可分為滑坡類、塌岸類和變形體三類。

（1）滑坡類：主要發(fā)生在滑坡堆積體以及規(guī)模較大的覆蓋層堆積體部位。蓄水后，堆積體以整體的滑動拉裂變形為主，后緣弧形拉裂、下座明顯，側(cè)向邊界相對完備，主要以滑坡方式失穩(wěn)的水庫影響區(qū)屬于滑坡類影響區(qū)。

（2）塌岸類：蓄水后，庫岸以牽引式垮塌變形為主，前緣受蓄水影響發(fā)生垮塌，導致變形逐漸向后緣擴展，破壞方式以后退式垮塌為主，剖面形態(tài)多呈陡立的水庫影響區(qū)，屬于塌岸類影響區(qū)。

（3）變形類：主要出現(xiàn)在基巖突出的山脊部位，尤以軟硬相間的砂板巖、中～陡傾角的順向坡或反向坡為主。蓄水后，岸坡下部受蓄水軟化或邊坡應力調(diào)整等影響，在邊坡表面（多以邊坡的中后部為主）出現(xiàn)多處拉裂縫，但側(cè)向邊界多不完備，該類水庫影響區(qū)屬于變形類影響區(qū)。

3 庫岸災變影響因素

影響庫岸災變的因素可歸納為地質(zhì)因素和誘發(fā)因素兩大類：

地質(zhì)因素主要包括岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水作用、地質(zhì)災害作用等；誘發(fā)因素主要包括庫水的機械作用（浸泡、沖蝕等）、庫水的升降及升降的速度、地震、降水、凍融、工程活動等。

3.1 影響庫岸災變的地質(zhì)因素

地質(zhì)因素有庫岸地形地貌特征、岸坡巖土體性質(zhì)、岸坡結(jié)構(gòu)、地下水作用、地質(zhì)災害作用、地震等。岸坡坡型完整性差、庫岸愈高陡、水敏性結(jié)構(gòu)土體、地震活動強等，易產(chǎn)生庫岸的變形、坍塌。

地形地貌。地形地貌對庫岸穩(wěn)定具有重要的影響，與其有關的岸坡特征主要包括坡度、坡高、坡的平面和剖面形態(tài)、坡面完整程度等方面的因素、一般岸坡高陡、沖溝切割成的凸岸、蓄水后水下段陡直，剖面形態(tài)為弧線凸型岸坡庫岸變形坍塌較不嚴重。

巖土體性質(zhì)和岸坡結(jié)構(gòu)。岸坡地層巖性和岸坡結(jié)構(gòu)是控制庫岸變形坍塌主要因素。不同地層巖性特征和岸坡結(jié)構(gòu)其發(fā)生變形、坍塌的發(fā)生存在很大差異。對于土質(zhì)岸坡，土體類型、成因類型、固結(jié)和密實程度等是影響庫岸變形、坍塌的主要因素，一般多發(fā)生在坡積、殘積、風積、冰緣凍融和地滑堆積體中。對于巖質(zhì)岸坡，巖性巖級、巖體結(jié)構(gòu)和河谷地質(zhì)結(jié)構(gòu)等是影響庫岸變形，坍塌的主要因素，一般發(fā)生在強度低、遇水較易崩解、抗風化能力較弱軟巖及軟硬互層的岸坡。

地下水作用。當水庫蓄水后在死水位至正常水位之間，庫水位上升時，庫水補給地下水，岸坡地下水位抬高，使原始地下水位以上的岸坡巖土體飽和。當庫水位下降時，地下水補給庫水，岸坡地下水位降低，使原地下水位以下的岸坡巖土體排水。地下水位升降改變了土體的物理、水理、力學性質(zhì)和岸坡原來的自然平衡狀態(tài)，地下水通過與巖土體之間的離子交換、溶解作用、水化作用等改變岸土體的物理力學性質(zhì)，使巖土體性狀弱化，并產(chǎn)生滲透壓力，導致庫岸變形、坍塌。

3.2 影響庫岸變形坍塌的誘發(fā)因素

（1）庫水的作用。由于庫水在風或其他外力作用下產(chǎn)生波浪，波浪的浪高、波速和波向不同，對岸坡沖蝕與淘涮作用也存在差異，山區(qū)河流水庫的波浪沖蝕作用一般不突出。

庫水升降表現(xiàn)為岸坡巖土體飽和、排水變化過程，或岸坡巖土體的浮托力、滲透壓力變化過程。庫水升降速率表現(xiàn)為這個過程變化的劇烈程度。

（2）地震作用。由于地震作用對岸坡巖土體的結(jié)構(gòu)弱化，甚至形成新的滑坡、坍塌等，影響水庫岸坡的穩(wěn)定。

（3）降水作用。大氣降水一般在水庫蓄水前后不會發(fā)生較大變化，影響不大；庫岸結(jié)冰的凍脹、浮冰撞擊岸坡，對岸坡淺表部巖土體有一定的影響。

（4）人類工程活動。人類在庫周的工程活動如爆破、開挖、棄渣、棄水等，可能影響岸坡的地質(zhì)環(huán)境條件，從而發(fā)生庫岸穩(wěn)定性的變化。

4 庫岸災變模式研究

通過對已蓄水的溪洛渡水電站的實際岸坡災變（滑坡、變形、塌岸）情況的大量現(xiàn)場調(diào)查，結(jié)合前人對一些已蓄水運行的西南山區(qū)河流水庫實際岸坡災變情況的調(diào)查研究，歸納總結(jié)出水庫災變的3種模式。

（1）塌岸型是指土質(zhì)巖坡在庫水長期作用下，庫水位附近土體被軟化或淘蝕，岸坡上部土體失去平衡，從而造成坍塌或局部下錯，最后被庫水逐漸搬運的一種水庫岸坡變形破壞方式（見圖1）。

圖1 溪洛渡庫區(qū)典型塌岸

（2）崩塌（落）型是指在陡坡型巖質(zhì)岸坡中，岸坡巖體發(fā)育有不利巖體穩(wěn)定的節(jié)理裂隙時，坡體在庫水、風浪沖涮、地表水和其他外部營力的作用下，發(fā)生的崩塌或崩落現(xiàn)象（見圖2）。該類型破壞一般發(fā)生在巖質(zhì)岸坡的強風化或強卸荷帶內(nèi)。該庫岸的再造模式具有突發(fā)性。

圖2 溪洛渡庫區(qū)塊狀崩塌（落）型塌岸

（3）滑移型是指在庫水作用、降雨及其他因素的影響下，岸坡物質(zhì)沿著軟弱層帶或潛在滑動面向庫水方向發(fā)生一定規(guī)?；频膸彀对僭煨问?，即發(fā)生滑坡。產(chǎn)生滑坡的實質(zhì)是：水庫蓄水后，因斜坡應力場和滲流場發(fā)生較大的改變，使原來能保持自身穩(wěn)定的坡體，在水庫蓄水后其穩(wěn)定性降低，從而出現(xiàn)滑移變形的現(xiàn)象。

5 岸坡結(jié)構(gòu)類型的劃分

庫區(qū)岸坡結(jié)構(gòu)是岸坡變形破壞的基本條件，不同的岸坡結(jié)構(gòu)決定著岸坡變形破壞類型、數(shù)量和規(guī)模。

調(diào)查表明，溪洛渡庫區(qū)巖體結(jié)構(gòu)類型與岸坡結(jié)構(gòu)類型，變形破壞特征關系密切。結(jié)合岸坡變形破壞發(fā)育情況與巖體結(jié)構(gòu)，將庫區(qū)巖體結(jié)構(gòu)類型劃分為四類，即中厚—厚層狀結(jié)構(gòu)、薄層—互層狀結(jié)構(gòu)、鑲嵌碎裂狀結(jié)構(gòu)和散體結(jié)構(gòu)。其中散體結(jié)構(gòu)又可進一步劃分為層狀松散堆積結(jié)構(gòu)、雜亂松散堆積結(jié)構(gòu)及鈣質(zhì)膠結(jié)松散堆積結(jié)構(gòu)。

庫區(qū)出露的地層都具有原生層狀的特點，地層的原生層狀結(jié)構(gòu)面是岸坡變形破壞的主要控制面，而河流的流向（或岸坡走向）又決定著岸坡的臨空條件。因此，根據(jù)金沙江河谷的特點，選取巖體結(jié)構(gòu)類型、巖層傾向與岸坡傾向間的夾角（α）和巖層傾角（β）作為岸坡結(jié)構(gòu)劃分的基本依據(jù)，在巖體結(jié)構(gòu)類型的基礎上，將溪洛渡庫區(qū)岸坡結(jié)構(gòu)劃分為18種類型。

圖3以薄層─互層狀巖體為例，直觀地反映了岸坡結(jié)構(gòu)劃分的原則，圖中切線方向表示巖層傾向與岸坡傾向的夾角α（逆時針方向），徑向方向表示巖層傾角β（圓心為直立巖層，半圓界為水平巖層）。

圖3 岸坡結(jié)構(gòu)類型劃分示意

6 岸坡變形破壞特征

野外調(diào)查表明，庫區(qū)岸坡變形破壞較為發(fā)育，在長199 km，寬5.0 km的范圍內(nèi)，岸坡變形破壞體有95個，總體積達27.63億m3。岸坡的變形破壞密度（D）為0.203個／km，變形破壞模數(shù)（E）為590.38萬m3／km。在95個變形破壞體中，無論從數(shù)量上，還是體積規(guī)模上，都表明庫區(qū)岸坡變形破壞以滑坡最為發(fā)育，變形、塌岸次之。

庫區(qū)特大型（V＞10 000萬m3）變形破壞體有7個（即恩子坪、青杠坪滑坡、易子村滑坡、甘田壩滑坡、塘房滑坡、大坪子滑坡、瓦房子滑坡），累計體積達13.22億m3；大型（V＝1 000～10 000萬m3）變形破壞體有31個，均屬滑坡，累計體積達12.92億m3；中型（V＝100～1 000萬m3）變形破壞體32個，以滑坡為主，累計體積1.43億m3；小型（V＜100萬m3）變形破壞體有24個，以滑坡為主，累計體積837.63萬m3。統(tǒng)計表明，四類等級的變形破壞體，在數(shù)量上以中、小型較為發(fā)育，但在體積規(guī)模上則以大型、特大型（均屬滑坡）為主。

7 岸坡變形破壞規(guī)律

調(diào)查表明，庫區(qū)岸坡變形破壞主要與地層巖性、岸坡結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造等因素有關。

7.1 地層巖性對岸坡變形破壞的控制作用

庫區(qū)地層除缺失石炭系、侏羅系上統(tǒng)及第三系之外，從元古界（Pt）到第四系（Q）均有不同程度的分布。庫區(qū)地層根據(jù)巖性組合，可歸為碳酸鹽巖巖組、碎屑巖巖組、火山巖巖組、變質(zhì)巖巖組和松散堆積巖組五大類。碳酸鹽巖巖組主要包括Zb＋∈1m、∈1l＋d、∈3e、O2、P1y；碎屑巖巖組主要包括Za＋b、∈1q＋c、∈2x、O1、O3＋S；火山巖巖組僅有二疊系峨眉山玄武巖組（P2β）；前震旦系（Pt）屬變質(zhì)巖巖組；松散堆積巖組為各種成因的第四系（Q）沉積物。

不同地層的岸坡變形破壞程度各不相同。寒武系中統(tǒng)西王廟組（∈2x）、前震旦系（Pt）地層的岸坡變形破壞密度最高，分別為0.84個／km和1.25個／km。而岸坡變形破壞模數(shù)則以奧陶系上統(tǒng)與志留系（O3＋S）為最大，達1 431.21萬m3／km。

地層對岸坡變形破壞的影響，主要是由地層巖性及其組合所控制。庫區(qū)碎屑巖巖組的變形破壞程度明顯大于碳酸鹽巖巖組，其原因是碎屑巖巖組構(gòu)成的岸坡往往含有泥巖、頁巖和粉砂巖的軟弱層面；而庫區(qū)碳酸鹽巖巖組的整體性較好，常構(gòu)成高陡的峽谷岸坡，岸坡穩(wěn)定性好，當碳酸鹽巖巖組與碎屑巖巖組構(gòu)成不利的岸坡結(jié)構(gòu)組合時，岸坡則更容易失穩(wěn)。

7.2 岸坡變形破壞與岸坡結(jié)構(gòu)的相關性

岸坡結(jié)構(gòu)不僅控制著岸坡變形破壞的發(fā)育分布，而且決定著岸坡變形破壞的成因和力學機制。在岸坡變形破壞的發(fā)育密度和規(guī)模上，庫區(qū)以緩傾薄層—互層狀順向岸坡（）最高，密度達0.83個／km，其變形破壞模數(shù)達2 704.44萬m3／km。而庫區(qū)中厚—厚層狀橫向岸坡（I1）、中厚—厚層狀逆向岸坡（I2）、中厚—厚層狀斜逆向岸坡（I4）以及鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)岸坡（III）是變形破壞較不發(fā)育的地段，無大的變形破壞體發(fā)育。此外，其它各類岸坡的變形破壞密度和模數(shù)分別在0.07～0.49個／km和1.3～908.76萬m3／km之間。

統(tǒng)計結(jié)果表明，庫區(qū)岸坡變形破壞類型，即滑坡、崩塌、錯落和變形體，也受到岸坡結(jié)構(gòu)的控制?；聨缀踉谒薪Y(jié)構(gòu)類型的岸坡中都有不同程度的發(fā)生，但緩傾薄層—互層狀順向岸坡是滑坡的易發(fā)地段，其綜合關系值高達1.0；庫區(qū)崩塌則在緩傾薄層—互層狀逆向岸坡和雜亂松散堆積結(jié)構(gòu)岸坡中較易發(fā)生；而庫區(qū)錯落主要發(fā)育于中傾薄層─互層狀逆向岸坡和薄層─互層狀橫向岸坡；庫區(qū)變形體主要集中發(fā)育于緩傾薄層─互層狀逆向岸坡、薄層—互層狀斜順向岸坡和緩傾薄層─互層狀順向岸坡中，其綜合關系值分別為0.9、0.766和0.684。

7.3 岸坡變形破壞與地質(zhì)構(gòu)造的關系

地質(zhì)構(gòu)造（斷裂、褶皺和節(jié)理裂隙等）對岸坡變形破壞的影響在庫區(qū)表現(xiàn)為兩個方面。一方面斷裂、褶皺控制地層巖性的發(fā)育分布，產(chǎn)狀和岸坡結(jié)構(gòu)類型，間接影響著巖體變形破壞的發(fā)育程度；另一方面，沿斷裂帶有利于巖體變形破壞發(fā)育。

斷裂破碎帶及影響帶內(nèi)巖體，在地質(zhì)歷史時期里受斷裂多次活動的影響，節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育，嚴重破壞了岸坡巖體的完整性及強度，使其變形破壞程度加劇。如庫區(qū)中部石盤寨至河口河段，蓮峰斷裂沿金沙江河谷谷底及右岸展布，且陡傾坡外，在長20 km河道范圍內(nèi)，右岸發(fā)育了石盤寨變形體、魯溪滑坡、大楓灣滑坡、付家坪子滑坡等14個變形破壞體，總體積約1.8億m3，而左岸無變形破壞體分布。該段右岸的岸坡變形破壞密度和模數(shù)分別達0.7個／km和894.44萬m3／km，遠高于庫區(qū)平均值，表現(xiàn)出明顯的差異。

8 結(jié) 語

對于類似于溪洛渡水庫這種山區(qū)河道型水庫庫岸災變的研究，由于其岸坡結(jié)構(gòu)較為復雜，不同的岸坡結(jié)構(gòu)，其災變模式、災變變形破壞機理有較大的差別。針對具有復雜岸坡結(jié)構(gòu)的水庫，本文對庫岸災變進行了初步的分析，水庫運行初期水位會有較大的變化，庫水位的變化頻率和幅度對庫岸穩(wěn)定的影響很大，目前水庫處于蓄水初運行期，庫區(qū)部分滑坡及變形體已安裝變形監(jiān)測儀器，結(jié)合監(jiān)測資料和地質(zhì)調(diào)查信息，開展庫岸災變預測預報工作。

庫岸災變受諸多因素的影響，與地震的預測預報一樣，庫岸災變預測也是一項復雜的系統(tǒng)工程。如欲在災變預測上有進一步的突破，必須對控制岸坡穩(wěn)定的影響因素和表征因素等開展更深入的研究。

［1]許強，劉天翔，等.三峽庫區(qū)塌岸預測新方法—岸坡結(jié)構(gòu)法［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2007（3）.

［2]易武，孟召平，易慶林.三峽庫區(qū)滑坡預測理論與方法［M］.科學出版社，2011.

TV62＋2，P694

B

1003-9805（2015）04-0023-04

2015-06-29

聶衍釗（1972-），男，湖北潛江人，高級工程師，從事水電工程地質(zhì)勘察工作。