可可托海水電站崩塌災(zāi)害發(fā)育特征及形成機(jī)制分析

李曉平，韓 鵬

可可托海水電站崩塌災(zāi)害發(fā)育特征及形成機(jī)制分析

李曉平，韓 鵬

（新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，烏魯木齊 830091）

在對(duì)可可托海水電站地形地貌、氣象水文、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件以及工程地質(zhì)條件等分析的基礎(chǔ)上，對(duì)該研究區(qū)崩塌災(zāi)害的分布特征、發(fā)育特征以及形成機(jī)制進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明：研究區(qū)崩塌災(zāi)害主要分布于額爾齊斯河左岸的山體陡傾邊坡，共分布有27個(gè)典型危巖體；崩塌類型巖質(zhì)崩塌（隱患）為滑移式及傾倒式，崩塌規(guī)模均為中-小型；影響因素主要包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)化、降水和融雪、地震及人類工程活動(dòng)等。

崩塌；發(fā)育特征；影響因素；可可托海水電站

可可托海水電站位于富蘊(yùn)縣東北24km處的額爾齊斯河左岸，距鐵買克鄉(xiāng)政府直線距離約4.8km，有842專用線及水電站新建的瀝青碎石道路可到達(dá)研究區(qū)，交通便利。由于崩塌災(zāi)害對(duì)研究區(qū)水電站基礎(chǔ)設(shè)施，水電站職工、車輛以及前來參觀紅色教育基地的游客構(gòu)成一定的威脅。因此，本文以新疆富蘊(yùn)縣可可托海水電站崩塌災(zāi)害為研究對(duì)象，在對(duì)研究區(qū)地形地貌、氣象水文、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件以及工程地質(zhì)條件等分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)研究成果[1~10]，對(duì)新疆富蘊(yùn)縣可可托海水電站崩塌災(zāi)害的分布特征、發(fā)育特征以及形成機(jī)制進(jìn)行了分析。通過對(duì)可可托海水電站崩塌災(zāi)害發(fā)育特征和形成機(jī)制的分析，可以為為防治工程設(shè)計(jì)、施工提供依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

研究區(qū)位于阿爾泰山脈的東段南麓，地形受北西向構(gòu)造的控制與影響，總體地勢(shì)上自西南向東北呈階梯狀依次降低。山脈走勢(shì)呈北北西—北西向的弧狀彎曲，海拔高度一般1 500～1 700m，最高點(diǎn)位于研究區(qū)西南部，山體平均海拔1 600m左右，山體多發(fā)育有北西、北東向沖溝，均為季節(jié)性沖溝，呈梳狀或樹枝狀垂直于山體延伸，區(qū)內(nèi)的額爾齊斯河谷底狹窄，河床寬25～80m，河床縱剖面起伏不平，橫剖面多呈“V”型，谷底高程1 142～1 152m，縱坡約2%。地貌主要包括低中山、河床和倒石堆。

1.2 氣象、水文

據(jù)富蘊(yùn)縣氣象站2006~2015年觀測(cè)資料，區(qū)內(nèi)多年平均氣溫為4.7℃，7月平均氣溫最高23.3℃，1月平均氣溫最低-18.0℃，具體見圖2-1。區(qū)內(nèi)多年平均降水量199.0mm，其中7月最高降水量為22.39mm，8月最低降水量為10.11mm。區(qū)內(nèi)多年平均蒸發(fā)量1309.92mm，其中7月最高蒸發(fā)量為223.98mm，1月最低蒸發(fā)量為10.11mm。

此外，區(qū)內(nèi)常年性的地表徑流為額爾齊斯河，該河發(fā)源于新疆東北部中蒙邊境阿爾泰山南麓，河流全長4 422km，流域面積114 800km2，國內(nèi)面積為52 730km2，國內(nèi)干流長633km，多年平均徑流量111.1億m3?？煽赏泻ｋ娬緣沃肺挥陬~爾齊斯河的主要支流喀依爾特河和庫依爾特河匯合口處，壩址以上控制流域面積5 005km2，多年平均流量51.8m3/s，年徑流量16.3×108m3。

1.3 地層巖性

研究區(qū)出露地層主要為志留系、第四系以及華力西期侵入的巖漿巖。其中第四系在研究區(qū)內(nèi)分布廣泛，堆積于基巖之上。主要分布于河床、沖溝、兩岸階地及岸坡，厚度變化大。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

研究區(qū)位于天山—興安褶皺區(qū)阿爾泰褶皺系克蘭地槽褶皺帶內(nèi)，區(qū)域構(gòu)造形跡由喀納斯-可可托海地槽褶皺帶、克蘭地槽褶皺帶、額爾齊斯擠壓帶三大褶皺、擠壓帶和康布鐵堡斷裂、庫爾提斷裂、科沙哈拉爾斷裂、額爾齊斯河斷裂、可可托海-二臺(tái)斷裂等五大斷裂組成，構(gòu)造線方向主要為NWW和NNW向。

工程區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)比較活躍，其特點(diǎn)是以上升運(yùn)動(dòng)為主，該區(qū)屬于上升區(qū)。由于山體的強(qiáng)烈上升，額爾齊斯河的強(qiáng)烈下切，形成相對(duì)高差達(dá)數(shù)百米的陡峭地形，河谷兩岸地形陡峻，山崖遍布，崩積塊石比較發(fā)育，崩積巖堆到處可見，這些均是強(qiáng)烈上升區(qū)的表現(xiàn)。

1.5 水文、工程地質(zhì)條件

1）研究區(qū)地下水類型主要為基巖裂隙水、第四系松散巖類孔隙潛水。其中基巖裂隙水主要賦存運(yùn)移于構(gòu)造破碎帶和塊狀、層狀巖層裂隙中，地下水徑流通暢，交替強(qiáng)烈，礦化度低，水質(zhì)良好。含水層巖性以花崗巖、混合巖為主，富水性差，透水性極不均勻；而第四系松散巖類孔隙潛水主要分布于透水性強(qiáng)的河中，水量豐富，與河水屬同一水體，接受上游河水補(bǔ)給，以河谷潛流的形式排泄于下游。

2）根據(jù)巖（土）體的不同建造類型、結(jié)構(gòu)、巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，將研究區(qū)內(nèi)出露的巖（土）體分為塊狀堅(jiān)硬-較堅(jiān)硬花崗巖類巖組、塊狀堅(jiān)硬混合巖組以及碎石土單層土體等三類工程地質(zhì)巖組。其中塊狀堅(jiān)硬-較堅(jiān)硬花崗巖類巖組廣泛分布于研究區(qū)北部；塊狀堅(jiān)硬混合巖組在研究區(qū)南部局部可見，以志留系為主，巖性為一套石榴硅線黑云母石英片巖夾混合巖、變粒巖，石英閃長巖、局部地段相變?yōu)槲⒕瑤r，變質(zhì)酸性熔巖。

2 崩塌災(zāi)害發(fā)育特征分析

2.1 地質(zhì)災(zāi)害類型及分布

研究區(qū)內(nèi)崩塌災(zāi)害主要分布在研究區(qū)山體西側(cè)、海子口水電站至水庫大壩的簡(jiǎn)易便道西側(cè)。根據(jù)崩塌災(zāi)害所處的陡崖位置、威脅對(duì)象和崩塌坡向的不同，從東北向西南共劃分為9段崩塌（隱患）段，崩塌段內(nèi)共計(jì)分布有25個(gè)典型危巖體，除此之外，水庫大壩北側(cè)及二廠房一帶各分布有一處危巖體，研究區(qū)內(nèi)共計(jì)分布有27個(gè)典型危巖體，均為巖質(zhì)崩塌（隱患）。

在已發(fā)生崩塌落石的陡崖上仍然保留部分危巖體，巖體突兀，加之危巖體坡度多大于60°，臨空高差大，在降水及地震等外動(dòng)力條件影響下，易形成滑移式、傾倒式崩塌。根據(jù)《滑坡崩塌泥石流災(zāi)害調(diào)查規(guī)范（1∶50000）》（DZ/T0261-2014）中崩塌規(guī)模等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)崩塌災(zāi)害多為小型崩塌；根據(jù)崩塌分類及特征，判定研究區(qū)巖質(zhì)崩塌（隱患）主要以滑移式、傾倒式崩塌為主。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害主要為崩塌災(zāi)害，對(duì)崩塌陡崖陡坡上相對(duì)獨(dú)立的危巖體圈出進(jìn)行危巖體編號(hào)。由于研究區(qū)內(nèi)危巖體較多，主要對(duì)26#危巖體和27#危巖體的發(fā)育特征進(jìn)行詳細(xì)論述。

BT26、BT27兩處崩塌隱患點(diǎn)分別分布在研究區(qū)二廠房北側(cè)及研究區(qū)北部大壩北側(cè)，包含26#、27#危巖體，由于人工修筑工程開挖邊坡造成巖體破碎，坡度多分別為51°及73°。26#危巖體坡腳標(biāo)高1 207m，坡頂標(biāo)高1 258m，平均高差51m，陡坡巖性為石英閃長巖。27#危巖體坡腳標(biāo)高1 160m，坡頂標(biāo)高1 180m，平均高差20m，陡坡巖性為淺肉色細(xì)-中粒花崗巖，兩處危巖體表層均微風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙相互切割，形成1～4cm拉裂縫。受垂向裂隙和近水平層理節(jié)理影響形成大大小小塊體，互相支撐互相影響，如一處失穩(wěn)崩塌，其它都可能受影響失穩(wěn)崩落。危巖體總體積420m3。該兩處崩塌隱患點(diǎn)落石被水電站進(jìn)行了人工清理，未見崩落塊石。

1）26#危巖體：26#危巖體，其長度為15m，寬為6m，厚度為3 m，體積270m3。發(fā)育三組裂隙結(jié)構(gòu)面：第一組產(chǎn)狀為285°∠34°，與邊坡坡向近似垂直，間距1m，裂縫寬為0.2cm，無充填；第二組裂隙產(chǎn)狀205°∠79°，與邊坡坡向近似平行，間距0.8~3m，裂縫寬一般為1cm，無充填;第三組產(chǎn)狀310°∠25°，與邊坡坡向斜交，間距1~2m，裂縫寬一般為0.5cm，無充填。主要威脅對(duì)象是職工、二廠房。

2）27#危巖體：27#危巖體，其長度為10m，寬為5m，厚度為3 m，體積150m3。發(fā)育三組裂隙結(jié)構(gòu)面：第一組產(chǎn)狀為110°∠37°，與邊坡坡向近似垂直，間距1.0m，裂縫寬為2cm，局部泥質(zhì)充填；第二組裂隙產(chǎn)狀216°∠74°，與邊坡坡向近似平行，間距0.5~1m，裂縫寬一般為1cm，局部泥質(zhì)充填；第三組產(chǎn)狀273°∠45°，與邊坡坡向斜交，間距1.5~2m，裂縫寬一般為0.1~2cm，局部泥質(zhì)充填。主要威脅對(duì)象是職工、可可托海水庫大壩。

3 崩塌災(zāi)害形成機(jī)制及影響因素分析

3.1 形成機(jī)制分析

研究區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害主要為中-小型的巖質(zhì)崩塌，其形成機(jī)制主要為人工開挖形成的高陡邊坡，由于卸荷作用，應(yīng)力重新分布后在邊坡卸荷區(qū)內(nèi)形成拉張裂縫，并與構(gòu)造裂隙和層理結(jié)構(gòu)面等其它裂隙組合，逐步貫通形成危巖體，在地震或爆破震動(dòng)、降水等外力觸發(fā)作用下，導(dǎo)致危巖體突然脫離母體，翻滾、墜落下來，散堆于坡腳。崩塌形式主要為傾倒式、滑移式。

1）滑移式崩塌，主要受兩組裂隙結(jié)構(gòu)面控制，其中一組后緣卸荷拉張裂隙，傾角較陡；另一組為層理節(jié)理面、隱伏滑移面，危巖體重心在主控結(jié)構(gòu)面內(nèi)側(cè)。兩組結(jié)構(gòu)面在危巖自身重力、震動(dòng)、裂隙水壓力等作用下，危巖體沿主控結(jié)構(gòu)面滑移變形、破壞，呈現(xiàn)壓剪破壞力學(xué)機(jī)理，最終失穩(wěn)滑動(dòng)、崩塌。21#危巖體如圖1（a）和（b）所示。

圖1 21#危巖體滑移式破壞模型圖

2）傾倒式崩塌，此危巖的主控結(jié)構(gòu)面傾角變化較大，一般大于45°，多為陡崖或陡坡的卸荷張拉結(jié)構(gòu)面，且主控結(jié)構(gòu)面下端部存于陡崖或陡坡巖體內(nèi)。危巖體的重心位于主控結(jié)構(gòu)面外側(cè)受兩組裂隙結(jié)構(gòu)面控制，在荷載作用下通常圍繞主控結(jié)構(gòu)面的下端或下端部與臨空面的焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)傾倒破壞，危巖體呈現(xiàn)拉剪破壞力學(xué)機(jī)理。4#危巖體如圖1（a）和（b）所示。

3.2 影響因素分析

研究區(qū)內(nèi)崩塌的形成因素主要受自然因素的影響，人為因素主要為山體坡腳修建環(huán)山道路切割巖形成高陡邊坡。影響崩塌形成的主導(dǎo)因素包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等因素，地形地貌條件做為主導(dǎo)因素之一，是危巖體產(chǎn)生崩塌災(zāi)害的主要影響因素。誘發(fā)因素包括降水和融雪、地震及人類工程活動(dòng)等因素，降雨、融雪及融凍、地震作用為研究區(qū)內(nèi)危巖體產(chǎn)生崩塌的主要誘發(fā)因素。

圖2 4#危巖體傾倒式破壞模型圖

3.2.1 主導(dǎo)因素

1）地形地貌條件，陡峻斜坡地形是形成崩塌的必要條件，邊坡的地形地貌條件決定了崩塌的形成。主要表現(xiàn)為邊坡的高度和坡度的影響，以及邊坡坡形的影響。研究區(qū)邊坡陡峻，危巖主要分布在額爾齊斯河的左岸的陡崖、陡坡上，危巖體高度一般12～50m，坡度70°～86°，坡形主要以凸坡為主，次為凹坡。陡崖、陡坡作為危巖形成的基本條件之一，一方面促進(jìn)了卸荷裂隙的發(fā)展，裂隙走向與坡向平行或斜交，另一方面高陡的陡崖、陡坡，加大了危巖崩塌產(chǎn)生的破壞力。地形地貌條件做為主導(dǎo)因素之一，是危巖體產(chǎn)生崩塌災(zāi)害的主要影響因素。

2）地層巖性條件，研究區(qū)內(nèi)組成陡崖巖質(zhì)主要為塊狀構(gòu)造的細(xì)-中?；◢弾r和石英閃長巖；這些巖體巖性較堅(jiān)硬但性脆，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，易形成陡崖，孤石、在振動(dòng)和重力的作用下，在陡崖處，易發(fā)生沿節(jié)理裂隙的張裂和巖體卸荷破碎，為崩塌災(zāi)害提供了有利條件。

3）地質(zhì)構(gòu)造條件，研究區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)比較活躍，其特點(diǎn)是以上升運(yùn)動(dòng)為主。由于山體的強(qiáng)烈上升，額爾齊斯河的強(qiáng)烈下切，形成相對(duì)高差達(dá)數(shù)百米的陡峭地形，由于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，巖體的完整性、穩(wěn)定性均被破壞；巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理裂隙面則主要成為崩塌的控制結(jié)構(gòu)面，發(fā)育密集的節(jié)理裂隙將巖體切割為大小不一的不規(guī)則形，亦為降水的滲透軟化提供了條件，從而加劇了崩塌災(zāi)害的發(fā)生。

3.2.2 誘發(fā)因素

研究區(qū)內(nèi)危巖體的誘發(fā)因素包括降雨、融雪、地震及人類工程活動(dòng)。通過調(diào)查訪問了解到危巖體的變形發(fā)育史，崩塌危巖體發(fā)生的時(shí)間多為冬春季節(jié)交替時(shí)的融雪期和夏季強(qiáng)降雨期內(nèi)，即表現(xiàn)為凍融作用較強(qiáng)烈時(shí)期。因此，降雨、融雪及凍融為研究區(qū)內(nèi)危巖體產(chǎn)生崩塌的主要誘發(fā)因素。

1）降雨、融雪及凍融作用，研究區(qū)屬于大陸性北溫及寒溫帶氣候，多年年平均降水量300～500mm，降雨主要集中在4～7月，降雨對(duì)巖體裂隙面的浸潤作用，在一定程度上軟化了山體淺表層的巖體，減弱了裂隙面的摩擦阻力，同時(shí)增加了裂隙內(nèi)的水壓力，誘發(fā)危巖體崩塌的發(fā)生。研究區(qū)冬季較長，降雪主要集中于10月至次年1月，降雪量較大，每年的冬春冷熱交替強(qiáng)烈時(shí)，融雪后形成的雪水通過巖體裂縫滲漏到陡崖裂隙內(nèi)，降低了裂縫的力學(xué)性能，同時(shí)，增加了裂縫內(nèi)的水壓力。此外，凍冰對(duì)巖石裂隙兩壁產(chǎn)生巨大壓力，當(dāng)氣溫回升時(shí)，冰便融化，加于兩壁的壓力驟減，兩壁遂向中央推回，在反復(fù)的凍結(jié)和融化過程中，巖石的裂隙就會(huì)擴(kuò)大、增多，以致石塊被分割出來，經(jīng)此凍融作用后，巖石也亦形成棱角狀的碎石，誘發(fā)危巖崩塌的發(fā)生。因此，降雨、融雪及凍融作用為研究區(qū)內(nèi)危巖體產(chǎn)生崩塌的主要誘發(fā)因素之一。

2）地震條件，研究區(qū)域上屬地震多發(fā)區(qū)，地震基本裂度位于Ⅷ度區(qū)，地震可導(dǎo)致構(gòu)造裂隙發(fā)育、巖體破碎、應(yīng)力急劇變化等，地震活動(dòng)提供的地震力，仍將激發(fā)危巖體的進(jìn)一步活動(dòng)。在研究區(qū)內(nèi)，較大的地震活動(dòng)能夠使危巖體結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度降低，同時(shí)還將使基巖產(chǎn)生水平地震力，使陡崖面穩(wěn)定性降低，引發(fā)引發(fā)較大規(guī)模的崩塌。

3）人類工程活動(dòng)，研究區(qū)內(nèi)人工開挖邊坡修建環(huán)山道路，使得上覆山體失去支撐，破壞了巖體的平衡狀態(tài)，使原有的裂隙、裂縫加寬加深，形成不穩(wěn)定巖體，從而加劇了危巖體失穩(wěn)產(chǎn)生崩塌災(zāi)害。

4 結(jié)論

1）研究區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害類型為崩塌，主要分布于額爾齊斯河左岸的山體陡傾邊坡，根據(jù)崩塌災(zāi)害所處的陡崖位置、威脅對(duì)象和崩塌坡向不同的特征從東向西共劃分為9段崩塌（隱患）段。陡崖坡上分布有27個(gè)典型危巖體，均為巖質(zhì)崩塌（隱患），崩塌類型巖質(zhì)崩塌（隱患）為滑移式及傾倒式，研究區(qū)內(nèi)崩塌規(guī)模均為中-小型。

2）研究區(qū)內(nèi)崩塌災(zāi)害，其形成機(jī)制主要為早期河谷河流切割或人工開挖形成的高陡邊坡，由于卸荷作用，應(yīng)力重新分布后在邊坡卸荷區(qū)內(nèi)形成拉張裂縫，并與構(gòu)造裂隙和層理結(jié)構(gòu)面等其它裂隙組合，逐步貫通形成危巖體，在地震或爆破震動(dòng)、降水等外力觸發(fā)作用下，導(dǎo)致危巖體突然脫離母體，翻滾、墜落下來，散堆于坡腳。

3）研究區(qū)內(nèi)崩塌災(zāi)害的影響因素主要包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)化、降水和融雪、地震及人類工程活動(dòng)等。其中主導(dǎo)因素為地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造；而誘發(fā)因素為降水和融雪、地震及人類工程活動(dòng)等。

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Development and Genetic Mechanism of Avalanche Hazard at the Koktokay Hydropower Station

LI Xiao-ping HAN Peng

(The First Hydrogeological and Engineering Geological Party, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources, ürümqi 830091)

The present paper has a discussion on development, distribution and genetic mechanism of avalanche hazard at the Koktokay Hydropower Station based on landform, meteorology, lithology, geological structure, hydrogeological and engineering geological conditions. 27 unstable rock masses and various avalanche hazards are distributed over the left bank of the Ertix River. The influence factors include landform, lithology, geological structure, weathering, rainfall, ice melt water, earthquake and human engineering activities.

avalanche; development; influence factor; Koktokay Hydropower Station

2018-07-02

李曉平（1986-），男，甘肅省天水市，工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)方面的工作

P642.21

A

1006-0995（2019）02-0280-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.02.021