溪洛渡水庫(kù)庫(kù)岸災(zāi)變初步研究

聶衍釗，劉阜羊

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610072）

溪洛渡水庫(kù)庫(kù)岸災(zāi)變初步研究

聶衍釗，劉阜羊

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610072）

庫(kù)岸災(zāi)變是庫(kù)岸巖土體在庫(kù)水及其他外動(dòng)力作用下，失去平衡而發(fā)生災(zāi)變，庫(kù)岸再造達(dá)到新的平衡現(xiàn)象和結(jié)果。水庫(kù)庫(kù)岸災(zāi)變是影響電站安全運(yùn)行和庫(kù)區(qū)移民工程安全的重大地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題。在水電站工程地質(zhì)評(píng)價(jià)中，庫(kù)岸災(zāi)變的研究是非常重要的，本文分析溪洛渡水庫(kù)庫(kù)岸特征，總結(jié)蓄水后庫(kù)岸災(zāi)變的規(guī)律，結(jié)合監(jiān)測(cè)資料，為庫(kù)岸災(zāi)變預(yù)測(cè)提供基礎(chǔ)信息。

庫(kù)岸災(zāi)變；庫(kù)岸再造；災(zāi)變預(yù)測(cè)；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(jí)開(kāi)發(fā)中的第三個(gè)梯級(jí)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(wàn)km2（約占金沙江流域面積的96%），多年平均流量4 570 m3／s，水庫(kù)正常蓄水位600 m，最大壩高278 m，總庫(kù)容126.7億m3。水庫(kù)回水至白鶴灘電站尾水，金沙江主庫(kù)全長(zhǎng)199 km，西蘇角河、溜筒河、牛欄江、西溪河等支庫(kù)全長(zhǎng)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(kù)區(qū)庫(kù)岸災(zāi)變類(lèi)型

以滑坡為主的崩滑流和水庫(kù)塌岸是影響溪洛渡水庫(kù)安全運(yùn)行和移民工程安全的兩類(lèi)重大地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題。水庫(kù)塌岸的破壞方式可分為突變式和漸進(jìn)式。

突變式即誘發(fā)滑坡或崩塌，漸進(jìn)式為通過(guò)緩慢的庫(kù)岸再造形成一定范圍的削坡。水庫(kù)塌岸的危害也表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面是塌岸變形影響建筑設(shè)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(kù)岸在蓄水過(guò)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(lèi)、塌岸類(lèi)和變形體三類(lèi)。

（1）滑坡類(lèi)：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(dòng)拉裂變形為主，后緣弧形拉裂、下座明顯，側(cè)向邊界相對(duì)完備，主要以滑坡方式失穩(wěn)的水庫(kù)影響區(qū)屬于滑坡類(lèi)影響區(qū)。

（2）塌岸類(lèi)：蓄水后，庫(kù)岸以牽引式垮塌變形為主，前緣受蓄水影響發(fā)生垮塌，導(dǎo)致變形逐漸向后緣擴(kuò)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(kù)影響區(qū)，屬于塌岸類(lèi)影響區(qū)。

（3）變形類(lèi)：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(yīng)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(lèi)水庫(kù)影響區(qū)屬于變形類(lèi)影響區(qū)。

3 庫(kù)岸災(zāi)變影響因素

影響庫(kù)岸災(zāi)變的因素可歸納為地質(zhì)因素和誘發(fā)因素兩大類(lèi)：

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(zāi)害作用等；誘發(fā)因素主要包括庫(kù)水的機(jī)械作用（浸泡、沖蝕等）、庫(kù)水的升降及升降的速度、地震、降水、凍融、工程活動(dòng)等。

3.1 影響庫(kù)岸災(zāi)變的地質(zhì)因素

地質(zhì)因素有庫(kù)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(zāi)害作用、地震等。岸坡坡型完整性差、庫(kù)岸愈高陡、水敏性結(jié)構(gòu)土體、地震活動(dòng)強(qiáng)等，易產(chǎn)生庫(kù)岸的變形、坍塌。

地形地貌。地形地貌對(duì)庫(kù)岸穩(wěn)定具有重要的影響，與其有關(guān)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(kù)岸變形坍塌較不嚴(yán)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(kù)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(duì)于土質(zhì)岸坡，土體類(lèi)型、成因類(lèi)型、固結(jié)和密實(shí)程度等是影響庫(kù)岸變形、坍塌的主要因素，一般多發(fā)生在坡積、殘積、風(fēng)積、冰緣凍融和地滑堆積體中。對(duì)于巖質(zhì)岸坡，巖性巖級(jí)、巖體結(jié)構(gòu)和河谷地質(zhì)結(jié)構(gòu)等是影響庫(kù)岸變形，坍塌的主要因素，一般發(fā)生在強(qiáng)度低、遇水較易崩解、抗風(fēng)化能力較弱軟巖及軟硬互層的岸坡。

地下水作用。當(dāng)水庫(kù)蓄水后在死水位至正常水位之間，庫(kù)水位上升時(shí)，庫(kù)水補(bǔ)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(dāng)庫(kù)水位下降時(shí)，地下水補(bǔ)給庫(kù)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(xué)性質(zhì)和岸坡原來(lái)的自然平衡狀態(tài)，地下水通過(guò)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(xué)性質(zhì)，使巖土體性狀弱化，并產(chǎn)生滲透壓力，導(dǎo)致庫(kù)岸變形、坍塌。

3.2 影響庫(kù)岸變形坍塌的誘發(fā)因素

（1）庫(kù)水的作用。由于庫(kù)水在風(fēng)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(duì)岸坡沖蝕與淘涮作用也存在差異，山區(qū)河流水庫(kù)的波浪沖蝕作用一般不突出。

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

（2）地震作用。由于地震作用對(duì)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(kù)岸坡的穩(wěn)定。

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

（4）人類(lèi)工程活動(dòng)。人類(lèi)在庫(kù)周的工程活動(dòng)如爆破、開(kāi)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(kù)岸穩(wěn)定性的變化。

4 庫(kù)岸災(zāi)變模式研究

通過(guò)對(duì)已蓄水的溪洛渡水電站的實(shí)際岸坡災(zāi)變（滑坡、變形、塌岸）情況的大量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合前人對(duì)一些已蓄水運(yùn)行的西南山區(qū)河流水庫(kù)實(shí)際岸坡災(zāi)變情況的調(diào)查研究，歸納總結(jié)出水庫(kù)災(zāi)變的3種模式。

（1）塌岸型是指土質(zhì)巖坡在庫(kù)水長(zhǎng)期作用下，庫(kù)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(cuò)，最后被庫(kù)水逐漸搬運(yùn)的一種水庫(kù)岸坡變形破壞方式（見(jiàn)圖1）。

圖1 溪洛渡庫(kù)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(shí)，坡體在庫(kù)水、風(fēng)浪沖涮、地表水和其他外部營(yíng)力的作用下，發(fā)生的崩塌或崩落現(xiàn)象（見(jiàn)圖2）。該類(lèi)型破壞一般發(fā)生在巖質(zhì)岸坡的強(qiáng)風(fēng)化或強(qiáng)卸荷帶內(nèi)。該庫(kù)岸的再造模式具有突發(fā)性。

圖2 溪洛渡庫(kù)區(qū)塊狀崩塌（落）型塌岸

（3）滑移型是指在庫(kù)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(dòng)面向庫(kù)水方向發(fā)生一定規(guī)?；频膸?kù)岸再造形式，即發(fā)生滑坡。產(chǎn)生滑坡的實(shí)質(zhì)是：水庫(kù)蓄水后，因斜坡應(yīng)力場(chǎng)和滲流場(chǎng)發(fā)生較大的改變，使原來(lái)能保持自身穩(wěn)定的坡體，在水庫(kù)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(lèi)型的劃分

庫(kù)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(lèi)型、數(shù)量和規(guī)模。

調(diào)查表明，溪洛渡庫(kù)區(qū)巖體結(jié)構(gòu)類(lèi)型與岸坡結(jié)構(gòu)類(lèi)型，變形破壞特征關(guān)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(kù)區(qū)巖體結(jié)構(gòu)類(lèi)型劃分為四類(lèi)，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(jìn)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(kù)區(qū)出露的地層都具有原生層狀的特點(diǎn)，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(diǎn)，選取巖體結(jié)構(gòu)類(lèi)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(lèi)型的基礎(chǔ)上，將溪洛渡庫(kù)區(qū)岸坡結(jié)構(gòu)劃分為18種類(lèi)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(shí)針?lè)较颍瑥较蚍较虮硎編r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(lèi)型劃分示意

6 岸坡變形破壞特征

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

庫(kù)區(qū)特大型（V＞10 000萬(wàn)m3）變形破壞體有7個(gè)（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(jì)體積達(dá)13.22億m3；大型（V＝1 000～10 000萬(wàn)m3）變形破壞體有31個(gè)，均屬滑坡，累計(jì)體積達(dá)12.92億m3；中型（V＝100～1 000萬(wàn)m3）變形破壞體32個(gè)，以滑坡為主，累計(jì)體積1.43億m3；小型（V＜100萬(wàn)m3）變形破壞體有24個(gè)，以滑坡為主，累計(jì)體積837.63萬(wàn)m3。統(tǒng)計(jì)表明，四類(lèi)等級(jí)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(kù)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(guān)。

7.1 地層巖性對(duì)岸坡變形破壞的控制作用

庫(kù)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(kù)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(lèi)。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(gè)／km和1.25個(gè)／km。而岸坡變形破壞模數(shù)則以?shī)W陶系上統(tǒng)與志留系（O3＋S）為最大，達(dá)1 431.21萬(wàn)m3／km。

地層對(duì)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(kù)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(yè)巖和粉砂巖的軟弱層面；而庫(kù)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(dāng)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(shí)，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(guān)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(xué)機(jī)制。在岸坡變形破壞的發(fā)育密度和規(guī)模上，庫(kù)區(qū)以緩傾薄層—互層狀順向岸坡（）最高，密度達(dá)0.83個(gè)／km，其變形破壞模數(shù)達(dá)2 704.44萬(wàn)m3／km。而庫(kù)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(wú)大的變形破壞體發(fā)育。此外，其它各類(lèi)岸坡的變形破壞密度和模數(shù)分別在0.07～0.49個(gè)／km和1.3～908.76萬(wàn)m3／km之間。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，庫(kù)區(qū)岸坡變形破壞類(lèi)型，即滑坡、崩塌、錯(cuò)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(lèi)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(guān)系值高達(dá)1.0；庫(kù)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(kù)區(qū)錯(cuò)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(kù)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(guān)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(guān)系

地質(zhì)構(gòu)造（斷裂、褶皺和節(jié)理裂隙等）對(duì)岸坡變形破壞的影響在庫(kù)區(qū)表現(xiàn)為兩個(gè)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(lèi)型，間接影響著巖體變形破壞的發(fā)育程度；另一方面，沿?cái)嗔褞в欣趲r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(shí)期里受斷裂多次活動(dòng)的影響，節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育，嚴(yán)重破壞了岸坡巖體的完整性及強(qiáng)度，使其變形破壞程度加劇。如庫(kù)區(qū)中部石盤(pán)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(zhǎng)20 km河道范圍內(nèi)，右岸發(fā)育了石盤(pán)寨變形體、魯溪滑坡、大楓灣滑坡、付家坪子滑坡等14個(gè)變形破壞體，總體積約1.8億m3，而左岸無(wú)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(dá)0.7個(gè)／km和894.44萬(wàn)m3／km，遠(yuǎn)高于庫(kù)區(qū)平均值，表現(xiàn)出明顯的差異。

8 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)于類(lèi)似于溪洛渡水庫(kù)這種山區(qū)河道型水庫(kù)庫(kù)岸災(zāi)變的研究，由于其岸坡結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不同的岸坡結(jié)構(gòu)，其災(zāi)變模式、災(zāi)變變形破壞機(jī)理有較大的差別。針對(duì)具有復(fù)雜岸坡結(jié)構(gòu)的水庫(kù)，本文對(duì)庫(kù)岸災(zāi)變進(jìn)行了初步的分析，水庫(kù)運(yùn)行初期水位會(huì)有較大的變化，庫(kù)水位的變化頻率和幅度對(duì)庫(kù)岸穩(wěn)定的影響很大，目前水庫(kù)處于蓄水初運(yùn)行期，庫(kù)區(qū)部分滑坡及變形體已安裝變形監(jiān)測(cè)儀器，結(jié)合監(jiān)測(cè)資料和地質(zhì)調(diào)查信息，開(kāi)展庫(kù)岸災(zāi)變預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。

庫(kù)岸災(zāi)變受諸多因素的影響，與地震的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)一樣，庫(kù)岸災(zāi)變預(yù)測(cè)也是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。如欲在災(zāi)變預(yù)測(cè)上有進(jìn)一步的突破，必須對(duì)控制岸坡穩(wěn)定的影響因素和表征因素等開(kāi)展更深入的研究。

［1]許強(qiáng)，劉天翔，等.三峽庫(kù)區(qū)塌岸預(yù)測(cè)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(kù)區(qū)滑坡預(yù)測(cè)理論與方法［M］.科學(xué)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(jí)工程師，從事水電工程地質(zhì)勘察工作。