高　靜，　周 志 東，　林 芳 芳

(中國(guó)人民武裝警察部隊(duì) 水電第三總隊(duì)，四川 成都　611130)

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紅石巖堰塞湖成因模式分析對(duì)應(yīng)急排險(xiǎn)的指導(dǎo)意義

高靜，周 志 東，林 芳 芳

(中國(guó)人民武裝警察部隊(duì) 水電第三總隊(duì)，四川 成都611130)

紅石巖堰塞湖是云南魯?shù)榈卣鹦纬傻淖畲蟮难呷瑢?duì)上下游造成的威脅也是最大的。其成因?yàn)椋号诮野哆吰聨r體在地震作用下，經(jīng)過(guò)剪斷—崩塌—滑移—堵江—蓄水形成。根據(jù)其成因特點(diǎn)與模式，在應(yīng)急救援過(guò)程中，可以適度調(diào)整泄流槽開(kāi)挖的邊坡坡度；對(duì)泄流槽內(nèi)孤石進(jìn)行以裸露爆破為主的爆破方式以加快排險(xiǎn)進(jìn)度；對(duì)邊坡殘留的不穩(wěn)定塊體進(jìn)行監(jiān)測(cè)與預(yù)防是排險(xiǎn)安全的重要保證。

紅石巖堰塞湖；成因模式；應(yīng)急排險(xiǎn)；泄流槽

1　紅石巖堰塞湖具有的特征

2014年8月3日16時(shí)30分左右，云南魯?shù)榘l(fā)生了里氏6.5級(jí)地震，震中位于魯?shù)榭h境內(nèi)，震源深度約12 km。引發(fā)牛欄江紅石巖村右岸山體崩塌，堵塞牛欄江，形成紅石巖堰塞湖(圖1)。該堰塞湖位于北緯23°2’1.1”，東經(jīng)103°24’2.65”，高程1 100～1 250 m，堰塞體方量約為1 000萬(wàn)m3。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，截至8月5日18時(shí)，堰塞湖的入湖水量為197 m3/s，下泄流量為80 m3/s，湖內(nèi)水量約為4 960萬(wàn)m3，并仍以0.16 m/h的速度上漲，在水位達(dá)到高程1 222 m時(shí)，堰塞湖總庫(kù)容將達(dá)到2.6億m3。蓄水到達(dá)1 211 m高程時(shí)，將淹沒(méi)其上游的水電站和大片民宅、土地，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)水利部編制的相關(guān)規(guī)范，其屬于高危堰塞湖，需要進(jìn)行應(yīng)急處理。

圖1　云南魯?shù)榈卣鹦纬傻募t石巖堰塞湖遙感圖(據(jù)國(guó)家地理信息測(cè)繪局)

2　堰塞體基本特征

2.1物質(zhì)組成特征

崩塌體主要為泥盆系中統(tǒng)曲靖組白云質(zhì)灰?guī)r(D2q)，堰塞體與崩塌源區(qū)的物質(zhì)成分是一致的，均為白云質(zhì)灰?guī)r形成的塊石、碎石以及巖粉或風(fēng)化物、堆積物等。其中60%～70%為直徑1～4 m的塊石，個(gè)別塊石直徑在10 m以上，碎石約占總體積的20%，細(xì)粒的巖粉和風(fēng)化土約占總體積的10%。物質(zhì)結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為表層的架空結(jié)構(gòu)、松散結(jié)構(gòu)和堰塞體內(nèi)的緊密堆積結(jié)構(gòu)(主要是巖粉和風(fēng)化土與塊石形成了緊密堆積，故堰塞湖體表現(xiàn)為弱滲水結(jié)構(gòu))。因此，牛欄江紅石巖堰塞湖是一個(gè)以塊石為主的弱透水堰塞湖。

2.2型態(tài)特征

堰塞體順河長(zhǎng)度約750 m，頂寬320 m，高度為80～110 m。根據(jù)測(cè)算，堰塞體方量約為1 100萬(wàn)m3。其表面起伏不平，主要為亂石堆。在順河流方向?yàn)橐粋€(gè)不對(duì)稱的拱形，上游坡度較陡，坡度為30°～40°，下游坡度較緩，為20°～30°，頂部呈平緩形態(tài)。在垂直河流方向，整體表現(xiàn)為雙溝型，在其右側(cè)靠近中部有一溝槽，頂部高程為1 222 m，在其左側(cè)順岸坡有一 小 溝 槽，頂 部 高 程 為 1 230 m左右。

2.3滲透特征

由于白云質(zhì)灰?guī)r的脆性特征，在巖石崩塌滑落的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，產(chǎn)生了較多的碎石和巖粉，使堰塞體物質(zhì)具備了一定級(jí)配，因此，堰塞體的滲透性能相對(duì)較差，在堰塞體壩后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大的管涌等滲漏，只有較小的滲漏點(diǎn)，總的滲漏流量約為0.03 m3/s。據(jù)初步判斷，物質(zhì)滲透系數(shù)屬于弱透水到微透水。

3　堰塞湖地形地質(zhì)特征及成因模式

3.1地形地貌

形成堰塞湖前，紅石巖段右岸崩塌區(qū)巖體陡峻，坡度在70°～90°之間，表現(xiàn)為基巖裸露，泥盆系白云質(zhì)灰?guī)r與奧陶系砂巖與泥巖互層，有小的臺(tái)階，植被較為發(fā)育(圖2)。右岸為老滑坡體,坡度為40°～50°，河谷呈不對(duì)稱的“V”字形。

圖2　紅石巖堰塞湖滑坡前原始地形地貌圖

3.2巖體結(jié)構(gòu)

崩塌區(qū)巖層主要為泥盆系的白云質(zhì)灰?guī)r，其飽和單軸抗壓強(qiáng)度約為60～100 MPa，屬脆性巖石。下伏的奧陶系中厚層狀砂巖與泥巖互層，基本上沒(méi)有崩塌，處于穩(wěn)定狀態(tài)。崩塌灰?guī)r的產(chǎn)狀為N80°W/NE∠40°，有2組較為長(zhǎng)大的裂隙切割，即 N60°～70°W/SW∠80°與N40°～50°E/SE∠70°，這兩組裂隙與巖層面、邊坡臨空面相互切割形成塊體，在卸荷與風(fēng)化作用下裂隙具有一定的張開(kāi)度，進(jìn)一步弱化了巖體和結(jié)構(gòu)面的穩(wěn)定性。

3.3地震作用

魯?shù)椤?.3”地震震級(jí)為6.5級(jí)，震源約12 km，屬于淺源地震。紅石巖堰塞湖距離震中僅10 km左右的距離(圖3)，滑塌區(qū)與震中呈背坡，坡面與地震波的入射角基本上垂直，地震波傳播過(guò)程中，壓縮波在背坡的自由面形成倍增的反射拉伸波(圖4)，導(dǎo)致巖體碎裂化并產(chǎn)生能量釋放，特別是表面波，其攜帶的能量約占總能量的67%(體積波P波和S波攜帶能力分別為7%和26%)，故遇到臨空面時(shí)地震波能量釋放大，導(dǎo)致邊坡巖體結(jié)構(gòu)破壞，邊坡失穩(wěn)崩塌，亦為地震中的“背坡效應(yīng)”，所以其右岸巖體的穩(wěn)定性受到的地震破壞程度比左岸強(qiáng)烈，邊坡失穩(wěn)。

圖3　震中與紅石巖位置關(guān)系示意圖

圖4　地震波傳播對(duì)邊坡的作用示意圖

3.4成因模式分析

其成因是邊坡巖體結(jié)構(gòu)整體形成了不穩(wěn)定體，但是局部仍處于鎖骨狀態(tài)，在自然狀態(tài)下，邊坡保持臨界平衡狀態(tài)；當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，地震波的作用促使巖體碎裂化并震松，鎖骨段在重力和地震應(yīng)力作用下剪斷，在地震應(yīng)力波的作用下發(fā)生高位推移拋射，導(dǎo)致邊坡崩塌失穩(wěn)，崩塌體沿下方坡面滑移堵塞牛欄江，蓄水形成堰塞湖(圖1)。整個(gè)滑塌過(guò)程處于高速狀態(tài)，經(jīng)測(cè)算，主體崩塌滑落時(shí)間約為9～10 s。

綜上所述，其形成模式可以概括為：剪斷—推移—拋射—崩塌—滑移—堵江。剪斷與推移主要是地震作用的結(jié)果，崩塌和滑移主要是重力作用的結(jié)果。

4　了解堰塞湖成因?qū)?yīng)急排險(xiǎn)具有的指導(dǎo)意義

了解堰塞湖成因?qū)?yīng)急排險(xiǎn)具有以下指導(dǎo)意義：

一是排險(xiǎn)方案為“堰塞體頂部開(kāi)挖底寬5 m、深8 m、坡比1∶1.5的泄流槽”。對(duì)于開(kāi)挖泄流槽，由于崩塌體的塊體級(jí)配較好，滲透性小，有利于開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定，故其坡度可以適度放緩；經(jīng)初步計(jì)算，不大于1∶1的坡度開(kāi)挖邊坡均可以穩(wěn)定。

二是滑塌體巖性為白云質(zhì)灰?guī)r。在高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程，經(jīng)過(guò)9～10 s的相互碰撞，巖石損傷較大，加之巖石為脆性，巖塊體的強(qiáng)度下降較多，巖體會(huì)產(chǎn)生一系列的微裂縫，從而為裸露爆破創(chuàng)造了條件；對(duì)于較大的孤石，多采用裸露爆破進(jìn)行孤石爆破，可以節(jié)約鉆孔時(shí)間，為排險(xiǎn)贏得寶貴的時(shí)間。

三是由于其是因地震引起的剪斷—推移—崩塌—滑移型的堵江，邊坡殘留的不穩(wěn)定塊體很多，因此，泄流槽不能設(shè)置在右側(cè)塌滑體之下，而應(yīng)與塌滑體保持適度的距離。同時(shí)，在開(kāi)挖初期，利用開(kāi)挖的渣料在泄流槽右側(cè)開(kāi)挖邊坡頂部修建擋渣墻，作為防護(hù)的手段。

四是較大的余震和大雨對(duì)邊坡的危巖體穩(wěn)定性影響很大，所以，一方面要加強(qiáng)對(duì)巖體的監(jiān)測(cè)；另一方面也必須加強(qiáng)對(duì)天氣預(yù)報(bào)和余震的預(yù)報(bào)，排險(xiǎn)人員在大雨時(shí)有必要做適當(dāng)?shù)耐９?，避免造成人員傷亡；對(duì)于大的余震，要按照應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行撤離或避險(xiǎn)。

5　探　討

成因模式對(duì)應(yīng)急排險(xiǎn)具有一定的指導(dǎo)意義，但排險(xiǎn)還需與交通條件、設(shè)備類型等結(jié)合起來(lái)，方能探討出有效的排險(xiǎn)方式。

牛欄江兩岸為高山峽谷，梯級(jí)電站開(kāi)發(fā)完成后，紅石巖堰塞湖位于 電站大壩的下游、發(fā)電廠房的上游，之間設(shè)置有輸水洞和泄洪洞等建筑物，這些建筑物的泄洪能力應(yīng)該滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)，也應(yīng)該制定相應(yīng)的應(yīng)急處理措施。但是，地震發(fā)生后，當(dāng)?shù)貨](méi)有應(yīng)急力量，處理不及時(shí)，導(dǎo)致堰塞湖蓄水，從而對(duì)上下游人民的生命和財(cái)產(chǎn)形成危害和危險(xiǎn)，因此，加強(qiáng)水電站應(yīng)急力量建設(shè)和應(yīng)急處置演習(xí)應(yīng)是電站建成后的必修課，以有效應(yīng)對(duì)地震等自然災(zāi)害，將災(zāi)害的危害程度減小到最低。

我國(guó)屬于地災(zāi)多發(fā)、頻發(fā)區(qū)，因此，提高抗震標(biāo)準(zhǔn)是減少災(zāi)害損失的重要手段，無(wú)論公路、水電站、房屋等建筑物或構(gòu)筑物都有必要適度提高抗災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)。

6　結(jié)　語(yǔ)

堰塞湖的成因?qū)?yīng)急救援排險(xiǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。根據(jù)成因，可以對(duì)排險(xiǎn)技術(shù)方案、施工措施、安全措施進(jìn)行指導(dǎo)和優(yōu)化，為科學(xué)排險(xiǎn)、安全排險(xiǎn)提供依據(jù)。紅石巖堰塞湖是一個(gè)地震誘發(fā)山體崩塌形成的堰塞湖，其成因模式可以概括為：剪斷—推移—拋射—崩塌—滑移—堵江模式。由于在其形成過(guò)程中巖塊的相互碰撞，產(chǎn)生了很多巖粉，其堆積體級(jí)配相對(duì)較好，表現(xiàn)為弱滲漏，有利于泄流槽開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定；巖塊相互碰撞、彼此損傷，微裂隙進(jìn)一步發(fā)育，有利于孤石裸露爆破。這種成因模式造成崩塌區(qū)殘留了較多危巖體，因此，在排險(xiǎn)過(guò)程中必須做好安全監(jiān)測(cè)，特別是大余震和大雨時(shí)做好緊急避險(xiǎn)就顯得尤為重要。

[1]許強(qiáng)，裴向軍，黃潤(rùn)秋，等，著.汶川地震大型滑坡研究[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[2]汪旭光，等，編著.工程爆破手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

[3]黃潤(rùn)秋，許強(qiáng)，陶連金，林峰，著.地質(zhì)災(zāi)害過(guò)程模擬和過(guò)程控制研究[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-07-12

[TV221.2];X4;TV51

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1001-2184(2016)04-0043-03

高靜(1984-)，女，河南新鄉(xiāng)人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)和應(yīng)急救援等工作；

周志東(1969-)，男，湖南新化人，高級(jí)工程師，博士，從事水利水電工程施工技術(shù)和應(yīng)急救援等工作；

林芳芳(1985-)，女，安徽天長(zhǎng)人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.