溪洛渡水库库岸灾变初步研究

聂衍钊，刘阜羊

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

溪洛渡水库库岸灾变初步研究

聂衍钊，刘阜羊

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

库岸灾变是库岸岩土体在库水及其他外动力作用下，失去平衡而发生灾变，库岸再造达到新的平衡现象和结果。水库库岸灾变是影响电站安全运行和库区移民工程安全的重大地质灾害问题。在水电站工程地质评价中，库岸灾变的研究是非常重要的，本文分析溪洛渡水库库岸特征，总结蓄水后库岸灾变的规律，结合监测资料，为库岸灾变预测提供基础信息。

库岸灾变；库岸再造；灾变预测；溪洛渡水电站

1 概 述

溪洛渡水电站是金沙江干流下游（攀枝花市至宜宾市）河段水电梯级开发中的第三个梯级水电站。电站坝址位于四川省雷波县和云南省永善县接壤的溪洛渡峡谷内。

坝段控制流域面积45.44万km2（约占金沙江流域面积的96%），多年平均流量4 570 m3／s，水库正常蓄水位600 m，最大坝高278 m，总库容126.7亿m3。水库回水至白鹤滩电站尾水，金沙江主库全长199 km，西苏角河、溜筒河、牛栏江、西溪河等支库全长35 km。河谷基本上以“∨”型谷为主，山高谷深，河谷狭窄，谷坡陡峭；两岸基岩裸露，第四系堆积物分布较少。

2 溪洛渡库区库岸灾变类型

以滑坡为主的崩滑流和水库塌岸是影响溪洛渡水库安全运行和移民工程安全的两类重大地质灾害问题。水库塌岸的破坏方式可分为突变式和渐进式。

突变式即诱发滑坡或崩塌，渐进式为通过缓慢的库岸再造形成一定范围的削坡。水库塌岸的危害也表现在两个方面，一方面是塌岸变形影响建筑设施或居民的安全；二是塌岸削方降低岸坡整体稳定性。

根据库岸在蓄水过程中已发生的或可能发生的变形、失稳模式可分为滑坡类、塌岸类和变形体三类。

（1）滑坡类：主要发生在滑坡堆积体以及规模较大的覆盖层堆积体部位。蓄水后，堆积体以整体的滑动拉裂变形为主，后缘弧形拉裂、下座明显，侧向边界相对完备，主要以滑坡方式失稳的水库影响区属于滑坡类影响区。

（2）塌岸类：蓄水后，库岸以牵引式垮塌变形为主，前缘受蓄水影响发生垮塌，导致变形逐渐向后缘扩展，破坏方式以后退式垮塌为主，剖面形态多呈陡立的水库影响区，属于塌岸类影响区。

（3）变形类：主要出现在基岩突出的山脊部位，尤以软硬相间的砂板岩、中～陡倾角的顺向坡或反向坡为主。蓄水后，岸坡下部受蓄水软化或边坡应力调整等影响，在边坡表面（多以边坡的中后部为主）出现多处拉裂缝，但侧向边界多不完备，该类水库影响区属于变形类影响区。

3 库岸灾变影响因素

影响库岸灾变的因素可归纳为地质因素和诱发因素两大类：

地质因素主要包括岸坡地质结构、地下水作用、地质灾害作用等；诱发因素主要包括库水的机械作用（浸泡、冲蚀等）、库水的升降及升降的速度、地震、降水、冻融、工程活动等。

3.1 影响库岸灾变的地质因素

地质因素有库岸地形地貌特征、岸坡岩土体性质、岸坡结构、地下水作用、地质灾害作用、地震等。岸坡坡型完整性差、库岸愈高陡、水敏性结构土体、地震活动强等，易产生库岸的变形、坍塌。

地形地貌。地形地貌对库岸稳定具有重要的影响，与其有关的岸坡特征主要包括坡度、坡高、坡的平面和剖面形态、坡面完整程度等方面的因素、一般岸坡高陡、冲沟切割成的凸岸、蓄水后水下段陡直，剖面形态为弧线凸型岸坡库岸变形坍塌较不严重。

岩土体性质和岸坡结构。岸坡地层岩性和岸坡结构是控制库岸变形坍塌主要因素。不同地层岩性特征和岸坡结构其发生变形、坍塌的发生存在很大差异。对于土质岸坡，土体类型、成因类型、固结和密实程度等是影响库岸变形、坍塌的主要因素，一般多发生在坡积、残积、风积、冰缘冻融和地滑堆积体中。对于岩质岸坡，岩性岩级、岩体结构和河谷地质结构等是影响库岸变形，坍塌的主要因素，一般发生在强度低、遇水较易崩解、抗风化能力较弱软岩及软硬互层的岸坡。

地下水作用。当水库蓄水后在死水位至正常水位之间，库水位上升时，库水补给地下水，岸坡地下水位抬高，使原始地下水位以上的岸坡岩土体饱和。当库水位下降时，地下水补给库水，岸坡地下水位降低，使原地下水位以下的岸坡岩土体排水。地下水位升降改变了土体的物理、水理、力学性质和岸坡原来的自然平衡状态，地下水通过与岩土体之间的离子交换、溶解作用、水化作用等改变岸土体的物理力学性质，使岩土体性状弱化，并产生渗透压力，导致库岸变形、坍塌。

3.2 影响库岸变形坍塌的诱发因素

（1）库水的作用。由于库水在风或其他外力作用下产生波浪，波浪的浪高、波速和波向不同，对岸坡冲蚀与淘涮作用也存在差异，山区河流水库的波浪冲蚀作用一般不突出。

库水升降表现为岸坡岩土体饱和、排水变化过程，或岸坡岩土体的浮托力、渗透压力变化过程。库水升降速率表现为这个过程变化的剧烈程度。

（2）地震作用。由于地震作用对岸坡岩土体的结构弱化，甚至形成新的滑坡、坍塌等，影响水库岸坡的稳定。

（3）降水作用。大气降水一般在水库蓄水前后不会发生较大变化，影响不大；库岸结冰的冻胀、浮冰撞击岸坡，对岸坡浅表部岩土体有一定的影响。

（4）人类工程活动。人类在库周的工程活动如爆破、开挖、弃渣、弃水等，可能影响岸坡的地质环境条件，从而发生库岸稳定性的变化。

4 库岸灾变模式研究

通过对已蓄水的溪洛渡水电站的实际岸坡灾变（滑坡、变形、塌岸）情况的大量现场调查，结合前人对一些已蓄水运行的西南山区河流水库实际岸坡灾变情况的调查研究，归纳总结出水库灾变的3种模式。

（1）塌岸型是指土质岩坡在库水长期作用下，库水位附近土体被软化或淘蚀，岸坡上部土体失去平衡，从而造成坍塌或局部下错，最后被库水逐渐搬运的一种水库岸坡变形破坏方式（见图1）。

图1 溪洛渡库区典型塌岸

（2）崩塌（落）型是指在陡坡型岩质岸坡中，岸坡岩体发育有不利岩体稳定的节理裂隙时，坡体在库水、风浪冲涮、地表水和其他外部营力的作用下，发生的崩塌或崩落现象（见图2）。该类型破坏一般发生在岩质岸坡的强风化或强卸荷带内。该库岸的再造模式具有突发性。

图2 溪洛渡库区块状崩塌（落）型塌岸

（3）滑移型是指在库水作用、降雨及其他因素的影响下，岸坡物质沿着软弱层带或潜在滑动面向库水方向发生一定规模滑移的库岸再造形式，即发生滑坡。产生滑坡的实质是：水库蓄水后，因斜坡应力场和渗流场发生较大的改变，使原来能保持自身稳定的坡体，在水库蓄水后其稳定性降低，从而出现滑移变形的现象。

5 岸坡结构类型的划分

库区岸坡结构是岸坡变形破坏的基本条件，不同的岸坡结构决定着岸坡变形破坏类型、数量和规模。

调查表明，溪洛渡库区岩体结构类型与岸坡结构类型，变形破坏特征关系密切。结合岸坡变形破坏发育情况与岩体结构，将库区岩体结构类型划分为四类，即中厚—厚层状结构、薄层—互层状结构、镶嵌碎裂状结构和散体结构。其中散体结构又可进一步划分为层状松散堆积结构、杂乱松散堆积结构及钙质胶结松散堆积结构。

库区出露的地层都具有原生层状的特点，地层的原生层状结构面是岸坡变形破坏的主要控制面，而河流的流向（或岸坡走向）又决定着岸坡的临空条件。因此，根据金沙江河谷的特点，选取岩体结构类型、岩层倾向与岸坡倾向间的夹角（α）和岩层倾角（β）作为岸坡结构划分的基本依据，在岩体结构类型的基础上，将溪洛渡库区岸坡结构划分为18种类型。

图3以薄层─互层状岩体为例，直观地反映了岸坡结构划分的原则，图中切线方向表示岩层倾向与岸坡倾向的夹角α（逆时针方向），径向方向表示岩层倾角β（圆心为直立岩层，半圆界为水平岩层）。

图3 岸坡结构类型划分示意

6 岸坡变形破坏特征

野外调查表明，库区岸坡变形破坏较为发育，在长199 km，宽5.0 km的范围内，岸坡变形破坏体有95个，总体积达27.63亿m3。岸坡的变形破坏密度（D）为0.203个／km，变形破坏模数（E）为590.38万m3／km。在95个变形破坏体中，无论从数量上，还是体积规模上，都表明库区岸坡变形破坏以滑坡最为发育，变形、塌岸次之。

库区特大型（V＞10 000万m3）变形破坏体有7个（即恩子坪、青杠坪滑坡、易子村滑坡、甘田坝滑坡、塘房滑坡、大坪子滑坡、瓦房子滑坡），累计体积达13.22亿m3；大型（V＝1 000～10 000万m3）变形破坏体有31个，均属滑坡，累计体积达12.92亿m3；中型（V＝100～1 000万m3）变形破坏体32个，以滑坡为主，累计体积1.43亿m3；小型（V＜100万m3）变形破坏体有24个，以滑坡为主，累计体积837.63万m3。统计表明，四类等级的变形破坏体，在数量上以中、小型较为发育，但在体积规模上则以大型、特大型（均属滑坡）为主。

7 岸坡变形破坏规律

调查表明，库区岸坡变形破坏主要与地层岩性、岸坡结构和地质构造等因素有关。

7.1 地层岩性对岸坡变形破坏的控制作用

库区地层除缺失石炭系、侏罗系上统及第三系之外，从元古界（Pt）到第四系（Q）均有不同程度的分布。库区地层根据岩性组合，可归为碳酸盐岩岩组、碎屑岩岩组、火山岩岩组、变质岩岩组和松散堆积岩组五大类。碳酸盐岩岩组主要包括Zb＋∈1m、∈1l＋d、∈3e、O2、P1y；碎屑岩岩组主要包括Za＋b、∈1q＋c、∈2x、O1、O3＋S；火山岩岩组仅有二叠系峨眉山玄武岩组（P2β）；前震旦系（Pt）属变质岩岩组；松散堆积岩组为各种成因的第四系（Q）沉积物。

不同地层的岸坡变形破坏程度各不相同。寒武系中统西王庙组（∈2x）、前震旦系（Pt）地层的岸坡变形破坏密度最高，分别为0.84个／km和1.25个／km。而岸坡变形破坏模数则以奥陶系上统与志留系（O3＋S）为最大，达1 431.21万m3／km。

地层对岸坡变形破坏的影响，主要是由地层岩性及其组合所控制。库区碎屑岩岩组的变形破坏程度明显大于碳酸盐岩岩组，其原因是碎屑岩岩组构成的岸坡往往含有泥岩、页岩和粉砂岩的软弱层面；而库区碳酸盐岩岩组的整体性较好，常构成高陡的峡谷岸坡，岸坡稳定性好，当碳酸盐岩岩组与碎屑岩岩组构成不利的岸坡结构组合时，岸坡则更容易失稳。

7.2 岸坡变形破坏与岸坡结构的相关性

岸坡结构不仅控制着岸坡变形破坏的发育分布，而且决定着岸坡变形破坏的成因和力学机制。在岸坡变形破坏的发育密度和规模上，库区以缓倾薄层—互层状顺向岸坡（）最高，密度达0.83个／km，其变形破坏模数达2 704.44万m3／km。而库区中厚—厚层状横向岸坡（I1）、中厚—厚层状逆向岸坡（I2）、中厚—厚层状斜逆向岸坡（I4）以及镶嵌碎裂结构岸坡（III）是变形破坏较不发育的地段，无大的变形破坏体发育。此外，其它各类岸坡的变形破坏密度和模数分别在0.07～0.49个／km和1.3～908.76万m3／km之间。

统计结果表明，库区岸坡变形破坏类型，即滑坡、崩塌、错落和变形体，也受到岸坡结构的控制。滑坡几乎在所有结构类型的岸坡中都有不同程度的发生，但缓倾薄层—互层状顺向岸坡是滑坡的易发地段，其综合关系值高达1.0；库区崩塌则在缓倾薄层—互层状逆向岸坡和杂乱松散堆积结构岸坡中较易发生；而库区错落主要发育于中倾薄层─互层状逆向岸坡和薄层─互层状横向岸坡；库区变形体主要集中发育于缓倾薄层─互层状逆向岸坡、薄层—互层状斜顺向岸坡和缓倾薄层─互层状顺向岸坡中，其综合关系值分别为0.9、0.766和0.684。

7.3 岸坡变形破坏与地质构造的关系

地质构造（断裂、褶皱和节理裂隙等）对岸坡变形破坏的影响在库区表现为两个方面。一方面断裂、褶皱控制地层岩性的发育分布，产状和岸坡结构类型，间接影响着岩体变形破坏的发育程度；另一方面，沿断裂带有利于岩体变形破坏发育。

断裂破碎带及影响带内岩体，在地质历史时期里受断裂多次活动的影响，节理、裂隙等结构面较为发育，严重破坏了岸坡岩体的完整性及强度，使其变形破坏程度加剧。如库区中部石盘寨至河口河段，莲峰断裂沿金沙江河谷谷底及右岸展布，且陡倾坡外，在长20 km河道范围内，右岸发育了石盘寨变形体、鲁溪滑坡、大枫湾滑坡、付家坪子滑坡等14个变形破坏体，总体积约1.8亿m3，而左岸无变形破坏体分布。该段右岸的岸坡变形破坏密度和模数分别达0.7个／km和894.44万m3／km，远高于库区平均值，表现出明显的差异。

8 结 语

对于类似于溪洛渡水库这种山区河道型水库库岸灾变的研究，由于其岸坡结构较为复杂，不同的岸坡结构，其灾变模式、灾变变形破坏机理有较大的差别。针对具有复杂岸坡结构的水库，本文对库岸灾变进行了初步的分析，水库运行初期水位会有较大的变化，库水位的变化频率和幅度对库岸稳定的影响很大，目前水库处于蓄水初运行期，库区部分滑坡及变形体已安装变形监测仪器，结合监测资料和地质调查信息，开展库岸灾变预测预报工作。

库岸灾变受诸多因素的影响，与地震的预测预报一样，库岸灾变预测也是一项复杂的系统工程。如欲在灾变预测上有进一步的突破，必须对控制岸坡稳定的影响因素和表征因素等开展更深入的研究。

［1]许强，刘天翔，等.三峡库区塌岸预测新方法—岸坡结构法［J］.水文地质工程地质，2007（3）.

［2]易武，孟召平，易庆林.三峡库区滑坡预测理论与方法［M］.科学出版社，2011.

TV62＋2，P694

B

1003-9805（2015）04-0023-04

2015-06-29

聂衍钊（1972-），男，湖北潜江人，高级工程师，从事水电工程地质勘察工作。