溪洛渡水庫庫岸災變初步研究

聶衍釗，劉阜羊

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

溪洛渡水庫庫岸災變初步研究

聶衍釗，劉阜羊

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

庫岸災變是庫岸巖土體在庫水及其他外動力作用下，失去平衡而發生災變，庫岸再造達到新的平衡現象和結果。水庫庫岸災變是影響電站安全運行和庫區移民工程安全的重大地質災害問題。在水電站工程地質評價中，庫岸災變的研究是非常重要的，本文分析溪洛渡水庫庫岸特征，總結蓄水后庫岸災變的規律，結合監測資料，為庫岸災變預測提供基礎信息。

庫岸災變；庫岸再造；災變預測；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）河段水電梯級開發中的第三個梯級水電站。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。

壩段控制流域面積45.44萬km2（約占金沙江流域面積的96%），多年平均流量4 570 m3／s，水庫正常蓄水位600 m，最大壩高278 m，總庫容126.7億m3。水庫回水至白鶴灘電站尾水，金沙江主庫全長199 km，西蘇角河、溜筒河、牛欄江、西溪河等支庫全長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 溪洛渡庫區庫岸災變類型

以滑坡為主的崩滑流和水庫塌岸是影響溪洛渡水庫安全運行和移民工程安全的兩類重大地質災害問題。水庫塌岸的破壞方式可分為突變式和漸進式。

突變式即誘發滑坡或崩塌，漸進式為通過緩慢的庫岸再造形成一定范圍的削坡。水庫塌岸的危害也表現在兩個方面，一方面是塌岸變形影響建筑設施或居民的安全；二是塌岸削方降低岸坡整體穩定性。

根據庫岸在蓄水過程中已發生的或可能發生的變形、失穩模式可分為滑坡類、塌岸類和變形體三類。

（1）滑坡類：主要發生在滑坡堆積體以及規模較大的覆蓋層堆積體部位。蓄水后，堆積體以整體的滑動拉裂變形為主，后緣弧形拉裂、下座明顯，側向邊界相對完備，主要以滑坡方式失穩的水庫影響區屬于滑坡類影響區。

（2）塌岸類：蓄水后，庫岸以牽引式垮塌變形為主，前緣受蓄水影響發生垮塌，導致變形逐漸向后緣擴展，破壞方式以后退式垮塌為主，剖面形態多呈陡立的水庫影響區，屬于塌岸類影響區。

（3）變形類：主要出現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力調整等影響，在邊坡表面（多以邊坡的中后部為主）出現多處拉裂縫，但側向邊界多不完備，該類水庫影響區屬于變形類影響區。

3 庫岸災變影響因素

影響庫岸災變的因素可歸納為地質因素和誘發因素兩大類：

地質因素主要包括岸坡地質結構、地下水作用、地質災害作用等；誘發因素主要包括庫水的機械作用（浸泡、沖蝕等）、庫水的升降及升降的速度、地震、降水、凍融、工程活動等。

3.1 影響庫岸災變的地質因素

地質因素有庫岸地形地貌特征、岸坡巖土體性質、岸坡結構、地下水作用、地質災害作用、地震等。岸坡坡型完整性差、庫岸愈高陡、水敏性結構土體、地震活動強等，易產生庫岸的變形、坍塌。

地形地貌。地形地貌對庫岸穩定具有重要的影響，與其有關的岸坡特征主要包括坡度、坡高、坡的平面和剖面形態、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，剖面形態為弧線凸型岸坡庫岸變形坍塌較不嚴重。

巖土體性質和岸坡結構。岸坡地層巖性和岸坡結構是控制庫岸變形坍塌主要因素。不同地層巖性特征和岸坡結構其發生變形、坍塌的發生存在很大差異。對于土質岸坡，土體類型、成因類型、固結和密實程度等是影響庫岸變形、坍塌的主要因素，一般多發生在坡積、殘積、風積、冰緣凍融和地滑堆積體中。對于巖質岸坡，巖性巖級、巖體結構和河谷地質結構等是影響庫岸變形，坍塌的主要因素，一般發生在強度低、遇水較易崩解、抗風化能力較弱軟巖及軟硬互層的岸坡。

地下水作用。當水庫蓄水后在死水位至正常水位之間，庫水位上升時，庫水補給地下水，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。當庫水位下降時，地下水補給庫水，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、力學性質和岸坡原來的自然平衡狀態，地下水通過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性質，使巖土體性狀弱化，并產生滲透壓力，導致庫岸變形、坍塌。

3.2 影響庫岸變形坍塌的誘發因素

（1）庫水的作用。由于庫水在風或其他外力作用下產生波浪，波浪的浪高、波速和波向不同，對岸坡沖蝕與淘涮作用也存在差異，山區河流水庫的波浪沖蝕作用一般不突出。

庫水升降表現為岸坡巖土體飽和、排水變化過程，或岸坡巖土體的浮托力、滲透壓力變化過程。庫水升降速率表現為這個過程變化的劇烈程度。

（2）地震作用。由于地震作用對岸坡巖土體的結構弱化，甚至形成新的滑坡、坍塌等，影響水庫岸坡的穩定。

（3）降水作用。大氣降水一般在水庫蓄水前后不會發生較大變化，影響不大；庫岸結冰的凍脹、浮冰撞擊岸坡，對岸坡淺表部巖土體有一定的影響。

（4）人類工程活動。人類在庫周的工程活動如爆破、開挖、棄渣、棄水等，可能影響岸坡的地質環境條件，從而發生庫岸穩定性的變化。

4 庫岸災變模式研究

通過對已蓄水的溪洛渡水電站的實際岸坡災變（滑坡、變形、塌岸）情況的大量現場調查，結合前人對一些已蓄水運行的西南山區河流水庫實際岸坡災變情況的調查研究，歸納總結出水庫災變的3種模式。

（1）塌岸型是指土質巖坡在庫水長期作用下，庫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，最后被庫水逐漸搬運的一種水庫岸坡變形破壞方式（見圖1）。

圖1 溪洛渡庫區典型塌岸

（2）崩塌（落）型是指在陡坡型巖質岸坡中，岸坡巖體發育有不利巖體穩定的節理裂隙時，坡體在庫水、風浪沖涮、地表水和其他外部營力的作用下，發生的崩塌或崩落現象（見圖2）。該類型破壞一般發生在巖質岸坡的強風化或強卸荷帶內。該庫岸的再造模式具有突發性。

圖2 溪洛渡庫區塊狀崩塌（落）型塌岸

（3）滑移型是指在庫水作用、降雨及其他因素的影響下，岸坡物質沿著軟弱層帶或潛在滑動面向庫水方向發生一定規模滑移的庫岸再造形式，即發生滑坡。產生滑坡的實質是：水庫蓄水后，因斜坡應力場和滲流場發生較大的改變，使原來能保持自身穩定的坡體，在水庫蓄水后其穩定性降低，從而出現滑移變形的現象。

5 岸坡結構類型的劃分

庫區岸坡結構是岸坡變形破壞的基本條件，不同的岸坡結構決定著岸坡變形破壞類型、數量和規模。

調查表明，溪洛渡庫區巖體結構類型與岸坡結構類型，變形破壞特征關系密切。結合岸坡變形破壞發育情況與巖體結構，將庫區巖體結構類型劃分為四類，即中厚—厚層狀結構、薄層—互層狀結構、鑲嵌碎裂狀結構和散體結構。其中散體結構又可進一步劃分為層狀松散堆積結構、雜亂松散堆積結構及鈣質膠結松散堆積結構。

庫區出露的地層都具有原生層狀的特點，地層的原生層狀結構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，根據金沙江河谷的特點，選取巖體結構類型、巖層傾向與岸坡傾向間的夾角（α）和巖層傾角（β）作為岸坡結構劃分的基本依據，在巖體結構類型的基礎上，將溪洛渡庫區岸坡結構劃分為18種類型。

圖3以薄層─互層狀巖體為例，直觀地反映了岸坡結構劃分的原則，圖中切線方向表示巖層傾向與岸坡傾向的夾角α（逆時針方向），徑向方向表示巖層傾角β（圓心為直立巖層，半圓界為水平巖層）。

圖3 岸坡結構類型劃分示意

6 岸坡變形破壞特征

野外調查表明，庫區岸坡變形破壞較為發育，在長199 km，寬5.0 km的范圍內，岸坡變形破壞體有95個，總體積達27.63億m3。岸坡的變形破壞密度（D）為0.203個／km，變形破壞模數（E）為590.38萬m3／km。在95個變形破壞體中，無論從數量上，還是體積規模上，都表明庫區岸坡變形破壞以滑坡最為發育，變形、塌岸次之。

庫區特大型（V＞10 000萬m3）變形破壞體有7個（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），累計體積達13.22億m3；大型（V＝1 000～10 000萬m3）變形破壞體有31個，均屬滑坡，累計體積達12.92億m3；中型（V＝100～1 000萬m3）變形破壞體32個，以滑坡為主，累計體積1.43億m3；小型（V＜100萬m3）變形破壞體有24個，以滑坡為主，累計體積837.63萬m3。統計表明，四類等級的變形破壞體，在數量上以中、小型較為發育，但在體積規模上則以大型、特大型（均屬滑坡）為主。

7 岸坡變形破壞規律

調查表明，庫區岸坡變形破壞主要與地層巖性、岸坡結構和地質構造等因素有關。

7.1 地層巖性對岸坡變形破壞的控制作用

庫區地層除缺失石炭系、侏羅系上統及第三系之外，從元古界（Pt）到第四系（Q）均有不同程度的分布。庫區地層根據巖性組合，可歸為碳酸鹽巖巖組、碎屑巖巖組、火山巖巖組、變質巖巖組和松散堆積巖組五大類。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／km和1.25個／km。而岸坡變形破壞模數則以奧陶系上統與志留系（O3＋S）為最大，達1 431.21萬m3／km。

地層對岸坡變形破壞的影響，主要是由地層巖性及其組合所控制。庫區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成的岸坡往往含有泥巖、頁巖和粉砂巖的軟弱層面；而庫區碳酸鹽巖巖組的整體性較好，常構成高陡的峽谷岸坡，岸坡穩定性好，當碳酸鹽巖巖組與碎屑巖巖組構成不利的岸坡結構組合時，岸坡則更容易失穩。

7.2 岸坡變形破壞與岸坡結構的相關性

岸坡結構不僅控制著岸坡變形破壞的發育分布，而且決定著岸坡變形破壞的成因和力學機制。在岸坡變形破壞的發育密度和規模上，庫區以緩傾薄層—互層狀順向岸坡（）最高，密度達0.83個／km，其變形破壞模數達2 704.44萬m3／km。而庫區中厚—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）以及鑲嵌碎裂結構岸坡（III）是變形破壞較不發育的地段，無大的變形破壞體發育。此外，其它各類岸坡的變形破壞密度和模數分別在0.07～0.49個／km和1.3～908.76萬m3／km之間。

統計結果表明，庫區岸坡變形破壞類型，即滑坡、崩塌、錯落和變形體，也受到岸坡結構的控制。滑坡幾乎在所有結構類型的岸坡中都有不同程度的發生，但緩傾薄層—互層狀順向岸坡是滑坡的易發地段，其綜合關系值高達1.0；庫區崩塌則在緩傾薄層—互層狀逆向岸坡和雜亂松散堆積結構岸坡中較易發生；而庫區錯落主要發育于中傾薄層─互層狀逆向岸坡和薄層─互層狀橫向岸坡；庫區變形體主要集中發育于緩傾薄層─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，其綜合關系值分別為0.9、0.766和0.684。

7.3 岸坡變形破壞與地質構造的關系

地質構造（斷裂、褶皺和節理裂隙等）對岸坡變形破壞的影響在庫區表現為兩個方面。一方面斷裂、褶皺控制地層巖性的發育分布，產狀和岸坡結構類型，間接影響著巖體變形破壞的發育程度；另一方面，沿斷裂帶有利于巖體變形破壞發育。

斷裂破碎帶及影響帶內巖體，在地質歷史時期里受斷裂多次活動的影響，節理、裂隙等結構面較為發育，嚴重破壞了岸坡巖體的完整性及強度，使其變形破壞程度加劇。如庫區中部石盤寨至河口河段，蓮峰斷裂沿金沙江河谷谷底及右岸展布，且陡傾坡外，在長20 km河道范圍內，右岸發育了石盤寨變形體、魯溪滑坡、大楓灣滑坡、付家坪子滑坡等14個變形破壞體，總體積約1.8億m3，而左岸無變形破壞體分布。該段右岸的岸坡變形破壞密度和模數分別達0.7個／km和894.44萬m3／km，遠高于庫區平均值，表現出明顯的差異。

8 結 語

對于類似于溪洛渡水庫這種山區河道型水庫庫岸災變的研究，由于其岸坡結構較為復雜，不同的岸坡結構，其災變模式、災變變形破壞機理有較大的差別。針對具有復雜岸坡結構的水庫，本文對庫岸災變進行了初步的分析，水庫運行初期水位會有較大的變化，庫水位的變化頻率和幅度對庫岸穩定的影響很大，目前水庫處于蓄水初運行期，庫區部分滑坡及變形體已安裝變形監測儀器，結合監測資料和地質調查信息，開展庫岸災變預測預報工作。

庫岸災變受諸多因素的影響，與地震的預測預報一樣，庫岸災變預測也是一項復雜的系統工程。如欲在災變預測上有進一步的突破，必須對控制岸坡穩定的影響因素和表征因素等開展更深入的研究。

［1]許強，劉天翔，等.三峽庫區塌岸預測新方法—岸坡結構法［J］.水文地質工程地質，2007（3）.

［2]易武，孟召平，易慶林.三峽庫區滑坡預測理論與方法［M］.科學出版社，2011.

TV62＋2，P694

B

1003-9805（2015）04-0023-04

2015-06-29

聶衍釗（1972-），男，湖北潛江人，高級工程師，從事水電工程地質勘察工作。