淺析壩下游黃土-砂卵礫石二元結(jié)構(gòu)岸坡失穩(wěn)機理

孟和　尚彥軍　伊學(xué)濤　曹小紅

摘? 要：新疆伊犁河流域水庫大壩下游岸坡常具黃土-砂卵礫石二元結(jié)構(gòu)地層組合，成為水庫滲漏潛在隱伏結(jié)構(gòu)。隨著伊犁河流域水利水電工程建設(shè)開發(fā)力度的加大，該地層組合中顯現(xiàn)出的滲漏和岸坡穩(wěn)定性等工程地質(zhì)問題也逐漸增多，有必要對該方面進(jìn)行研究和總結(jié)。本文以斯木塔斯水電站、巴喀勒克水庫為例，對其壩下游岸坡穩(wěn)定性開展運行期的地質(zhì)調(diào)查，并結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)背景，基本查明研究區(qū)壩下游岸坡二元結(jié)構(gòu)地層組合系控制水庫滲漏的主要模式。局部在黃土層底部發(fā)育軟弱結(jié)構(gòu)面，成為控制壩下游岸坡穩(wěn)定性的主要因素。

關(guān)鍵詞：二元結(jié)構(gòu);水庫滲漏;滑坡;斜坡失穩(wěn)

新疆伊犁河流域是我國水利水電工程重點建設(shè)地區(qū)，其地形復(fù)雜多樣，黃土-砂卵礫石層二元結(jié)構(gòu)岸坡是該地區(qū)常見的地層組合，許多水利水電開發(fā)建設(shè)項目壩址區(qū)內(nèi)均可見該套地層組合，且常分布在壩址區(qū)內(nèi)多個區(qū)域。該套地層組合的存在，往往會引起水庫產(chǎn)生繞壩滲漏，水流通過壩兩端山坡體內(nèi)部滲往下游，造成下游岸坡陰濕及小股水流滲漏，嚴(yán)重時還可形成集中滲流，容易造成滑坡以及岸坡塌陷，嚴(yán)重影響水庫蓄水量和下游居民安全，故在勘察設(shè)計中應(yīng)引起足夠重視[1-2]。本文選取伊犁州鞏留縣斯木塔斯水電站與特克斯縣巴喀勒克水庫工程庫水滲漏誘發(fā)滑坡及斜坡失穩(wěn)實例進(jìn)行分析總結(jié)，為后續(xù)的工程建設(shè)提供參考。

1 斯木塔斯水電站災(zāi)害情況

斯木塔斯水電站是阿克牙孜河梯級規(guī)劃的第二級，工程距離伊犁昭蘇縣城45 km。擋水主壩采用混凝土面板砂礫-堆石壩，最大壩高101 m，正常蓄水位1 930 m，最大水頭117.46 m。2012年7月28日斯木塔斯水電站庫區(qū)開始蓄水，7月31日發(fā)現(xiàn)發(fā)電廠房后滲漏，8月2日滑坡災(zāi)害發(fā)生區(qū)域開始大面積滲水，壩下游斜坡陡坎處形成長約1.5 km的滲漏帶，沿河岸階地呈近NS向條帶狀分布。8月15日前后該區(qū)域發(fā)生多處滑坡災(zāi)害， 8月24日凌晨1時57分，水電站大壩下游1.2 km西側(cè)岸坡距離河道360 m處發(fā)生1起小型土質(zhì)滑坡災(zāi)害，造成4人死亡、1人受傷、22間簡易型板房損毀。災(zāi)害發(fā)生后，水電站進(jìn)行了混凝土防滲布置及灌漿帷幕等防滲處理施工，水庫于2013年10月開始二次蓄水，仍出現(xiàn)滲漏，蓄水至1 909.2 m時，下游總滲漏量約1.29 m3/s，較2012年對應(yīng)庫水位滲漏量3.2 m3/s有所減少[3，4]。

斯木塔斯水電站壩下游右岸基巖發(fā)育，左岸為階地岸坡，由西向東傾斜，呈長崗狀，岸坡頂部為黃土層，厚約2.5～9 m，結(jié)構(gòu)松散，中等透水，提供了滑坡發(fā)生的物質(zhì)條件;黃土層下部為第四系砂卵礫石沉積，厚約47～60 m，為透水層，透水性好，其下為半膠結(jié)砂卵礫石，形成相對隔水層，透水性相對較弱，下伏基巖則為不等粒黑云母花崗巖[3-5]（圖1）。水電站蓄水前，第四系砂卵礫石沉積不含水，當(dāng)水庫正常蓄水后水位達(dá)到1 927 m，該透水不含水層充水，其下部半膠結(jié)砂卵礫石又相對隔水，庫水從水電站下游左岸約1.6 km范圍的岸坡陡坎滲漏，誘發(fā)形成黃土滑坡。

斯木塔斯水電站8·24滑坡就位于壩下游河流左岸斜坡，斜坡高約40 m，坡度約30°，傾向東。斜坡裂縫高度約20 m，長約1 500 m，寬度由2 m向下游逐漸尖滅。沿岸坡裂縫發(fā)育區(qū)域發(fā)生多處滑坡，體積從數(shù)百方至數(shù)千方不等。致災(zāi)滑坡后緣高程約1 870 m、寬度約60 m，剪出口高程約1 855 m，縱向長約20 m，滑坡體厚約5 m，滑坡體積約6 000 m3?；矌r性為砂卵礫石層，透水性較好，災(zāi)害發(fā)生區(qū)域坡體有來自庫區(qū)蓄水后，經(jīng)河流左岸南部砂卵礫石層滲流至河岸陡坎所滲出的地下水，出水部位厚度約2～3 m，現(xiàn)滲漏發(fā)生區(qū)域仍可見零星滲漏點（圖2）。

2 巴喀勒克水庫災(zāi)害情況

巴喀勒克水庫位于特克斯縣城西北18 km處，2013年建成，同年10月下閘蓄水投入運行。水庫大壩為砂礫石堆積混凝土面板壩，最大壩高54.66 m。庫區(qū)設(shè)計總庫容467.36×104 m3，庫區(qū)正常蓄水位1 597 m。水庫壩下游左岸下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組基巖出露，巖性以凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖為主，產(chǎn)狀約為SW∠35°～65°，向岸里快速升高，基巖頂板高于水庫正常蓄水位，基本不存在繞壩滲漏問題;右岸坡頂被黃土層覆蓋，黃土層以下為洪積砂卵礫層，主要成分為卵石及砂土，含少量塊石夾砂土層透鏡體，弱膠結(jié)，可見斜層理，下伏基巖為石炭系大哈拉軍山組（圖3）。據(jù)鉆孔揭露，右岸基巖面低于正常蓄水位約20 m，且基巖由河床向岸坡方向緩慢抬升，向岸里約400 m，基巖才可上升至正常蓄水位高程[6]。可見壩下游右岸坡上層黃土及下部基巖屬相對隔水層，而基巖上部的洪積砂卵礫石層為相對透水層，成為主要滲漏帶，存在繞壩滲漏問題。

巴喀勒克水庫蓄水后，在2015年5～6月間水庫下游約1.2 km處巴喀勒克村南西側(cè)、巴喀勒克河右岸坡出現(xiàn)后緣拉裂縫，拉裂縫長約40 m，下錯臺后緣寬約40～60 cm（圖4-a，b），坡岸高差約35 m，現(xiàn)局部岸坡上游支溝中仍可見幾處滲漏出水點，嚴(yán)重威脅坡腳下居民安全（圖4-c，d，e）。

3 致災(zāi)機理與防治建議

巴喀勒克水庫壩下游右岸坡基巖上覆地層上部為黃土層，下部為洪積砂卵礫石層，可將右岸砂卵礫石層視為透水地層，上覆黃土層與下伏石炭系大哈拉軍山組基巖均可視為相對隔水層;斯木塔斯水電站壩下游岸坡自上而下依次可見黃土層、第四紀(jì)砂卵礫石層、半膠結(jié)砂卵礫石及下伏黑云母花崗巖基巖，同樣砂卵礫石層應(yīng)為透水層，上覆黃土層與半膠結(jié)砂卵礫石及下伏黑云母花崗巖基巖均可視為相對隔水層。

通過對比，可發(fā)現(xiàn)兩處水利工程項目壩下游岸坡均具二元結(jié)構(gòu)（圖5），上部一般為黃土層，滲透性較小，具一定隔水性，可視為相對不透水層;下部砂卵礫石層，滲透性較高，為透水層。由于上游庫區(qū)蓄水，水頭上升，在水力梯度作用下，砂卵礫石層充水，地下水還可向上在黃土層中產(chǎn)生一定距離的滲透，故在接觸帶附近，產(chǎn)生一定厚度的飽水帶，并且隨著水庫蓄水位的不斷增高，水頭也隨之升高，上覆黃土層底面的飽水帶厚度就越大，下游岸坡黃土層中由于飽水帶的存在，降低了坡體強度，形成軟弱結(jié)構(gòu)面，誘發(fā)產(chǎn)生滑坡[7，8]。有的則未完全下滑，在岸坡黃土層中形成拉裂縫，裂縫的進(jìn)一步發(fā)展也存在滑坡隱患。

針對壩下游的二元結(jié)構(gòu)岸坡滲漏問題，應(yīng)先觀察滲漏和水庫蓄水位之間的關(guān)系，利用物探、鉆探等手段查明滲漏通道位置，結(jié)合水文地質(zhì)條件，可沿上游岸坡透水層做防滲斜墻，嵌入不透水層中，并可做鋪蓋與斜墻相連;也可在壩端開槽做截水墻或防滲墻，切斷滲流;還可在特定部位灌注漿液，形成阻水帷幕。另外，針對不穩(wěn)定岸坡可布置滲壓監(jiān)測孔，做好滲壓監(jiān)測，在壩下游岸坡誘發(fā)滑坡和裂縫發(fā)生區(qū)域埋設(shè)變形監(jiān)測儀器，在其影響范圍內(nèi)加強地質(zhì)災(zāi)害巡查，設(shè)置警戒區(qū)[2，8-11]。

4 討論

新疆伊犁流域斯木塔斯水電站、巴喀勒克水庫等壩下游地層組合形成了兩個相對隔水層之間夾有透水層的二元結(jié)構(gòu)岸坡，其中透水層又由于水庫蓄水，水頭升高，而發(fā)生充水滲漏，且由于滲漏造成岸坡強度降低，使坡頂黃土層顯現(xiàn)出一定的變形和局部破壞跡象。從研究區(qū)工程地質(zhì)情況可知，除半膠結(jié)的砂卵礫石層、基巖構(gòu)成下伏相對隔水層外，區(qū)域出露的新近系礫巖、砂巖、泥巖也屬相對隔水層，故該套地層的出露也應(yīng)引起勘察設(shè)計人員的注意。

參考文獻(xiàn)

[1]? ? 胡海兵.水庫土石壩工程滲漏的常見類型、原因及處理實例[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2008（6）：56.

[2]? ? 亓麗媛，楊佳偉，楊嘉冰.土石壩繞壩滲漏的原因及處理措施[J].黑龍江水利科技，2006（4）：236.

[3]? ? 胡秉香，高林涵.斯木塔斯水電站古河槽滲水處理研究[J].科技傳播，2014，6（13）：97-98.

[4]? ? 何耀京.高密度電法在斯木塔斯水電站古河槽滲漏勘察中的應(yīng)用[J].地球，2015，（9）：216-217.

[5]? ? 阿爾欣·斯拉木江.多道瞬態(tài)面波技術(shù)在森木塔斯水電站工程勘察中的應(yīng)用[J].中國水運（下半月），2012，12（11）：149-150+133.

[6]? ? 阿爾欣·斯拉木江，楊曉軍. 巴喀勒克水庫壩址滲漏分析[J]. 中國水運（下半月）， 2012， 12（7）：159-161.

[7]? ? 杜興武，肖紅宇.考慮滲流水頭損失時二元階地浸沒范圍預(yù)測方? 法[J].湖南水利水電，2009（2）：64-66.

[8]? ? 劉杰.土的滲透穩(wěn)定與滲流控制[ M] .水利電力出版社， 1992， 12.

[9]? ? 吳云波.探討繞壩滲漏原因及措施[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012（23）：34.

[10]? 賈東彥，余莉，蘇廣錄.阿勒泰地區(qū)中小型水庫滲漏原因及治理措施[J].中國建筑防水，2013（6）：30-34.

[11]? 曹洪.淺析繞壩滲流[J].內(nèi)蒙古水利，2012，（06）：8-9.

Abstract：The downstream bank slope of the dam in the Yili River Basin in Xinjiang often has the binary structure of loess stratum-sand and gravel layer，which becomes the potential hidden structure of reservoir leakage.With the development of water conservancy and hydropower projects in Yili River Basin， the engineering geological problems such as seepage and bank slope stability in the stratum combination are gradually increasing. It is necessary to study and summarize this aspect.Taking simutas hydropower station and bakaleke reservoir as examples， this paper carries out geological survey on the stability of the bank slope downstream of the dam during the operation period， and combined with the geological background of the study area， basically finds out that the binary structure stratum of the bank slope downstream of the dam in the study area is the main mode to control the reservoir leakage.Weak structural planes are developed at the bottom of the loess layer in some sections， which become the main factor controlling the stability of the downstream bank slope of the dam.

Key words：Binary structure;Reservoir leakage;Landslide;Slope instability