關(guān)門巖水庫庫岸地質(zhì)災(zāi)害形成機理及整治措施研究

摘要：在水庫蓄水過程中，由于庫岸邊坡的應(yīng)力重分布及工程因數(shù)的作用下，往往會出現(xiàn)局部或大面積的庫岸邊坡坍塌現(xiàn)象，造成了水庫附近居民房屋開裂，甚至倒塌，對庫區(qū)人民的生命財產(chǎn)造成嚴重的威脅，文章在調(diào)查的基礎(chǔ)上，對關(guān)門巖庫區(qū)沿岸地質(zhì)災(zāi)害點進行分析，并對災(zāi)害點的穩(wěn)定性進行了評價，最后提出了工程治理建議，為以后的關(guān)門巖庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治提供參考。

關(guān)鍵詞：庫岸地質(zhì)災(zāi)害；機理分析；整治措施

中圖分類號：P642 文獻標識碼： A 文章編號： 1674-0432（2014）-04-64-2

水庫開始蓄水以后，庫區(qū)邊坡的自然條件發(fā)生顯著改變，庫岸邊坡的穩(wěn)定性一般趨于惡化。蓄水前處于穩(wěn)定狀態(tài)的某些邊坡，由于水庫蓄水而出現(xiàn)變形破壞，嚴重的可能對國民經(jīng)濟和人民生命財產(chǎn)造成巨大的損失。長期以來，國內(nèi)外許多專家學(xué)者致力于此類研究，并取得了良好的結(jié)果。鄧建輝等研究了清江隔河巖水庫左岸茅坪滑坡復(fù)活機制及治理的可行性，陳松等對三峽庫區(qū)童家灣滑坡蓄水以來的穩(wěn)定性進行了評價并提出了相應(yīng)的防治工程，祁生文等對盤石水庫泄洪洞、導(dǎo)流洞進出口高邊坡進行了穩(wěn)定性分析。文章通過對湖南省慈利縣關(guān)門巖水庫蓄水后庫岸邊坡變形機理研究，提出了相應(yīng)的整治措施。

1 關(guān)門巖水庫概況

關(guān)門巖水利水庫工程位于湖南省慈利縣境內(nèi)婁水中下游，江埡水力樞紐12030米，是一座以發(fā)電為主，兼有旅游和航運等綜合效益的水利樞紐工程。大壩為砼閘壩，頂?shù)鬃畲蟾卟?0.9米，正常蓄水位126.5米，總庫容2540萬立方米，電站機組于2007年8月并網(wǎng)發(fā)電。水庫位于澧水一級支流婁水中下游，水庫回水長度11000米，庫區(qū)地貌類型主要是低山丘陵槽谷以及低山齒峰單面山等。庫區(qū)位于武陵雪峰隆起帶的東北段中部的桑植復(fù)式向斜中。庫區(qū)地層分布主要為中生界三疊系中統(tǒng)巴東組地層，零星分布著侏羅系中統(tǒng)和第四系地層。

2 庫岸地質(zhì)災(zāi)害情況及損失

通過實地調(diào)查，共查清關(guān)門巖水庫兩岸地質(zhì)災(zāi)害共8處，其中滑坡災(zāi)害7處，由庫水浸潤引起的地面不均勻沉降1處，共造成房屋全毀12間，房屋變形129間，直接經(jīng)濟損失100萬元。地質(zhì)災(zāi)害未來威脅172人、房屋200間的安全，潛在經(jīng)濟威脅約300萬元，另外庫區(qū)蓄水還將威脅到沿庫公路及其他公共設(shè)施的營運安全。

3 庫岸地質(zhì)災(zāi)害成因分析

3.1 地應(yīng)力重分布

經(jīng)過長時間的應(yīng)力調(diào)整，庫岸邊坡在蓄水前，已基本達到平衡。但是水庫蓄水，庫水位的變動，使這一應(yīng)力平衡遭到破壞。水庫蓄水時，庫岸邊坡巖土體受力狀況已改變，此時，坡面被加載靜水壓力，此力有利于庫岸邊坡的穩(wěn)定，但是處于水下的透水邊坡還將承受浮托力的作用，浮托力將使坡體的有效重量減少，這對邊坡的穩(wěn)定不利，在這些力作用下，坡內(nèi)每一點的應(yīng)力狀態(tài)將會得到改變，往有利于應(yīng)力平衡方向發(fā)展，造成邊坡變形。水庫排水時，庫岸斜坡巖土體內(nèi)每一點均處于卸荷狀態(tài)，某些節(jié)點由先前蓄水的壓應(yīng)力變成了卸荷狀態(tài)的拉應(yīng)力，在拉應(yīng)力作用下，庫岸斜坡發(fā)生變形，從而導(dǎo)致庫岸地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

3.2 水庫水位抬升地基土軟化

現(xiàn)調(diào)查的災(zāi)害點均坐落于由三迭系巴東組下段的中厚層紅色泥巖、細砂巖，夾薄中層狀砂質(zhì)泥巖分布區(qū)。其巖性易風(fēng)化、力學(xué)強度低、遇水易軟化呈可塑狀，表部多為強風(fēng)化層。水庫建成蓄水后，地下水水位抬升、低洼處地表水徑流不暢產(chǎn)生滯水，致使庫岸周邊紅色泥巖、細砂巖，夾薄～中層狀砂質(zhì)泥巖在庫水、滯水長期浸潤作用下軟化呈可塑狀，降低了巖土體的承載力、粘聚力和摩擦角的大小，即巖土體松散變軟，在重力的作用下，從而易誘發(fā)房屋基礎(chǔ)及附近出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，導(dǎo)致房屋、屋坪及附屬建筑物開裂、地面沉陷，房屋受損。

3.3 水庫水位變動造成庫岸邊坡蠕滑

由于水庫不斷的蓄排水發(fā)電，致使水位不斷的波動。高水位期，庫岸邊坡受水浸潤、坡積層飽水帶孔隙水壓力增加，部分碎屑巖軟弱夾層濕水軟化和部分人工填土層濕陷；同時水庫水位退水期間，調(diào)查區(qū)庫岸部分斜坡坡積層中發(fā)生潛蝕或者碎屑巖軟弱夾層軟化夾層引起部分坡積物或風(fēng)化巖層發(fā)生蠕滑或移動，使庫岸斜坡變形。

4 庫岸地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性評價

關(guān)門巖水庫蓄水發(fā)電距今已有6年，庫岸斜坡應(yīng)力調(diào)整仍然處于旺盛階段。由于庫岸邊坡地層是由三迭系巴東組下段的中厚層紅色泥巖、細砂巖，夾薄～中層狀砂質(zhì)泥巖組成。其巖性易風(fēng)化、力學(xué)強度低、遇水易軟化，故在今后的一段時間內(nèi)，庫岸斜坡有可能進一步變形。關(guān)門巖庫區(qū)為低山丘陵地貌，斜坡坡角較緩，庫區(qū)左岸坡下覆基巖多為順層，且一般情況下，下覆基巖傾角小于與原始斜坡坡腳，這種狀況下，往往易發(fā)生滑坡，再加上庫水作用下，未來發(fā)生滑坡的可能性較大。隨著庫區(qū)兩岸的經(jīng)濟發(fā)展，相關(guān)部門準備對庫區(qū)進行旅游開發(fā)，目前已投入大量資金大興土木，在工程施工過程中，對邊坡的開挖，也是對庫岸邊坡穩(wěn)定性極為不利。綜上所述，在未來一個相當(dāng)長的時間內(nèi)，關(guān)門巖水庫庫岸部分地段還是處于不穩(wěn)定狀態(tài)（見圖1）。

5 庫岸地質(zhì)災(zāi)害防治措施

5.1 消除或減輕水的作用

庫岸邊坡病害的發(fā)生和發(fā)展常與水的作用有密切關(guān)系。在庫岸邊坡中，水的作用尤為明顯，而且往往是導(dǎo)致邊坡變形的主要因素。因此，在對病害庫岸邊坡進行整治時，要特別注意采取措施消除或減輕水對邊坡的危害作用，其目的是：減少滲透水壓力；減輕水對巖土體的軟化和溶蝕分解等作用；消除或減小水的沖刷或浪擊作用。治理方法可分阻排地下水，阻排地下水和防止水對庫岸邊坡的沖刷與浪蝕作用，現(xiàn)分述如下：

5.1.1阻排地表水 對于建筑物所在地段的病害邊坡，變形破壞坡體以外的地表水，以攔截旁引為原則；變形破壞坡體以內(nèi)的地表水，則以防滲，盡快匯集排走為原則。具體措施：在病害邊坡變形破壞坡體外，設(shè)置一條或多條環(huán)形截水溝，攔截旁引地表徑流，阻止地表水流入變形破壞坡體以內(nèi)；建筑物區(qū)的未明顯變形的病害邊坡，可利用旁山公路和削坡平臺馬道的內(nèi)側(cè)，設(shè)置截水溝，分級攔截旁引地表徑流；在變形破壞坡體內(nèi)，充分利用自然溝谷，布置成樹枝狀排水系統(tǒng)，匯集旁引地表徑流；在邊坡濕地或泉水出露處，設(shè)置滲溝及明溝等引水工程，將水排走，以減少水對邊坡或變形破壞坡體的危害，為防止庫水或地表水滲入坡內(nèi)，可采用鋪蓋阻水。

5.1.2阻排地下水 由于水庫蓄水使邊坡的水文地質(zhì)條件發(fā)生顯著變化，影響邊坡的穩(wěn)定。對于可能滑動的庫岸邊坡，地下水的活動常是影響邊坡穩(wěn)定的主要原因，治理時，一般都采取排水措施，以降低地下水位，消除或減輕靜、動水壓力或地下水對于軟弱帶軟化作用的影響。

5.1.3防治水的沖刷與浪蝕 邊坡前緣因流水沖刷移區(qū)部分起支撐作用的巖土體或使順坡的易滑軟弱結(jié)構(gòu)面暴露臨空，常導(dǎo)致邊坡變形破壞，此時可用漿砌片石貼在坡面保護邊坡；可以修建導(dǎo)水墻用以疏導(dǎo)高速水流，使水流通暢，以免直接沖刷邊坡；為了改變庫水流向，避免直接沖刷邊坡，有時可在上游修建丁壩。

5.2 改變邊坡力學(xué)平衡條件

對于滑動變形邊坡，邊坡變形破壞的基本原因，是坡體的滑動力大于抗滑力，因而破壞了邊坡的力學(xué)平衡條件。因此，為提高邊坡抗滑穩(wěn)定性，可以采取措施，增大抗滑力，減少滑動力，改善邊坡的力學(xué)平衡條件。

5.2.1削坡 有些高陡的巖石邊坡，不存在順坡向的不利結(jié)構(gòu)面，僅因巖體受節(jié)理裂隙切割，較為破碎，有可能產(chǎn)生崩塌落石等局部失穩(wěn)現(xiàn)象時，可采取剝除“危巖”削緩邊坡頂部的治理措施，有些通向緩傾層狀結(jié)構(gòu)邊坡，或過陡的土質(zhì)邊坡，可消緩邊坡坡度，減小滑動體的厚度，以減小滑動力。

5.2.2減重反壓 減重反壓的治理方法，主要用于推移式滑動變形的邊坡。減重就是挖除滑體上部的巖土體，減少上部巖土體重量造成的下滑力。反壓則是在滑體的前部抗滑地段，采取加載措施以增大抗滑力。

5.2.3抗滑結(jié)構(gòu) 抗滑結(jié)構(gòu)是目前較廣泛使用的治理邊坡病害的措施，借助于抗滑結(jié)構(gòu)本身重量或抗滑結(jié)構(gòu)與巖土體相互作用，來增大抗滑力，如抗滑擋墻，抗滑樁，錨索或預(yù)應(yīng)力錨索等。

6 結(jié)語

庫岸主要為中生界三疊系中統(tǒng)巴東組地層，水庫蓄水引起巖土力學(xué)強度參數(shù)降低，進而引發(fā)庫岸邊坡地質(zhì)災(zāi)害。

通過現(xiàn)場調(diào)查及穩(wěn)定性分析，造成關(guān)門巖水庫庫岸地質(zhì)災(zāi)害的主要原因為地應(yīng)力重分布、水庫水位抬升地基土軟化、水庫水位變動造成庫岸邊坡蠕滑。

可通過工程措施可消除或減輕水對岸坡的作用、改變邊坡力學(xué)平衡條件達到穩(wěn)定岸坡的目的。

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作者簡介：陳玲，本科學(xué)歷，湖南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，研究方向：農(nóng)田水利。