红石岩堰塞湖成因模式分析对应急排险的指导意义

高　静，　周 志 东，　林 芳 芳

(中国人民武装警察部队 水电第三总队，四川 成都　611130)



红石岩堰塞湖成因模式分析对应急排险的指导意义

高静，周 志 东，林 芳 芳

(中国人民武装警察部队 水电第三总队，四川 成都611130)

红石岩堰塞湖是云南鲁甸地震形成的最大的堰塞湖，对上下游造成的威胁也是最大的。其成因为：牛栏江右岸边坡岩体在地震作用下，经过剪断—崩塌—滑移—堵江—蓄水形成。根据其成因特点与模式，在应急救援过程中，可以适度调整泄流槽开挖的边坡坡度；对泄流槽内孤石进行以裸露爆破为主的爆破方式以加快排险进度；对边坡残留的不稳定块体进行监测与预防是排险安全的重要保证。

红石岩堰塞湖；成因模式；应急排险；泄流槽

1　红石岩堰塞湖具有的特征

2014年8月3日16时30分左右，云南鲁甸发生了里氏6.5级地震，震中位于鲁甸县境内，震源深度约12 km。引发牛栏江红石岩村右岸山体崩塌，堵塞牛栏江，形成红石岩堰塞湖(图1)。该堰塞湖位于北纬23°2’1.1”，东经103°24’2.65”，高程1 100～1 250 m，堰塞体方量约为1 000万m3。根据相关统计与计算，截至8月5日18时，堰塞湖的入湖水量为197 m3/s，下泄流量为80 m3/s，湖内水量约为4 960万m3，并仍以0.16 m/h的速度上涨，在水位达到高程1 222 m时，堰塞湖总库容将达到2.6亿m3。蓄水到达1 211 m高程时，将淹没其上游的水电站和大片民宅、土地，造成巨大的经济损失。根据水利部编制的相关规范，其属于高危堰塞湖，需要进行应急处理。

图1　云南鲁甸地震形成的红石岩堰塞湖遥感图(据国家地理信息测绘局)

2　堰塞体基本特征

2.1物质组成特征

崩塌体主要为泥盆系中统曲靖组白云质灰岩(D2q)，堰塞体与崩塌源区的物质成分是一致的，均为白云质灰岩形成的块石、碎石以及岩粉或风化物、堆积物等。其中60%～70%为直径1～4 m的块石，个别块石直径在10 m以上，碎石约占总体积的20%，细粒的岩粉和风化土约占总体积的10%。物质结构主要表现为表层的架空结构、松散结构和堰塞体内的紧密堆积结构(主要是岩粉和风化土与块石形成了紧密堆积，故堰塞湖体表现为弱渗水结构)。因此，牛栏江红石岩堰塞湖是一个以块石为主的弱透水堰塞湖。

2.2型态特征

堰塞体顺河长度约750 m，顶宽320 m，高度为80～110 m。根据测算，堰塞体方量约为1 100万m3。其表面起伏不平，主要为乱石堆。在顺河流方向为一个不对称的拱形，上游坡度较陡，坡度为30°～40°，下游坡度较缓，为20°～30°，顶部呈平缓形态。在垂直河流方向，整体表现为双沟型，在其右侧靠近中部有一沟槽，顶部高程为1 222 m，在其左侧顺岸坡有一 小 沟 槽，顶 部 高 程 为 1 230 m左右。

2.3渗透特征

由于白云质灰岩的脆性特征，在岩石崩塌滑落的运动过程中，产生了较多的碎石和岩粉，使堰塞体物质具备了一定级配，因此，堰塞体的渗透性能相对较差，在堰塞体坝后没有发现大的管涌等渗漏，只有较小的渗漏点，总的渗漏流量约为0.03 m3/s。据初步判断，物质渗透系数属于弱透水到微透水。

3　堰塞湖地形地质特征及成因模式

3.1地形地貌

形成堰塞湖前，红石岩段右岸崩塌区岩体陡峻，坡度在70°～90°之间，表现为基岩裸露，泥盆系白云质灰岩与奥陶系砂岩与泥岩互层，有小的台阶，植被较为发育(图2)。右岸为老滑坡体,坡度为40°～50°，河谷呈不对称的“V”字形。

图2　红石岩堰塞湖滑坡前原始地形地貌图

3.2岩体结构

崩塌区岩层主要为泥盆系的白云质灰岩，其饱和单轴抗压强度约为60～100 MPa，属脆性岩石。下伏的奥陶系中厚层状砂岩与泥岩互层，基本上没有崩塌，处于稳定状态。崩塌灰岩的产状为N80°W/NE∠40°，有2组较为长大的裂隙切割，即 N60°～70°W/SW∠80°与N40°～50°E/SE∠70°，这两组裂隙与岩层面、边坡临空面相互切割形成块体，在卸荷与风化作用下裂隙具有一定的张开度，进一步弱化了岩体和结构面的稳定性。

3.3地震作用

鲁甸“8.3”地震震级为6.5级，震源约12 km，属于浅源地震。红石岩堰塞湖距离震中仅10 km左右的距离(图3)，滑塌区与震中呈背坡，坡面与地震波的入射角基本上垂直，地震波传播过程中，压缩波在背坡的自由面形成倍增的反射拉伸波(图4)，导致岩体碎裂化并产生能量释放，特别是表面波，其携带的能量约占总能量的67%(体积波P波和S波携带能力分别为7%和26%)，故遇到临空面时地震波能量释放大，导致边坡岩体结构破坏，边坡失稳崩塌，亦为地震中的“背坡效应”，所以其右岸岩体的稳定性受到的地震破坏程度比左岸强烈，边坡失稳。

图3　震中与红石岩位置关系示意图

图4　地震波传播对边坡的作用示意图

3.4成因模式分析

其成因是边坡岩体结构整体形成了不稳定体，但是局部仍处于锁骨状态，在自然状态下，边坡保持临界平衡状态；当地震发生时，地震波的作用促使岩体碎裂化并震松，锁骨段在重力和地震应力作用下剪断，在地震应力波的作用下发生高位推移抛射，导致边坡崩塌失稳，崩塌体沿下方坡面滑移堵塞牛栏江，蓄水形成堰塞湖(图1)。整个滑塌过程处于高速状态，经测算，主体崩塌滑落时间约为9～10 s。

综上所述，其形成模式可以概括为：剪断—推移—抛射—崩塌—滑移—堵江。剪断与推移主要是地震作用的结果，崩塌和滑移主要是重力作用的结果。

4　了解堰塞湖成因对应急排险具有的指导意义

了解堰塞湖成因对应急排险具有以下指导意义：

一是排险方案为“堰塞体顶部开挖底宽5 m、深8 m、坡比1∶1.5的泄流槽”。对于开挖泄流槽，由于崩塌体的块体级配较好，渗透性小，有利于开挖边坡的稳定，故其坡度可以适度放缓；经初步计算，不大于1∶1的坡度开挖边坡均可以稳定。

二是滑塌体岩性为白云质灰岩。在高速运动过程，经过9～10 s的相互碰撞，岩石损伤较大，加之岩石为脆性，岩块体的强度下降较多，岩体会产生一系列的微裂缝，从而为裸露爆破创造了条件；对于较大的孤石，多采用裸露爆破进行孤石爆破，可以节约钻孔时间，为排险赢得宝贵的时间。

三是由于其是因地震引起的剪断—推移—崩塌—滑移型的堵江，边坡残留的不稳定块体很多，因此，泄流槽不能设置在右侧塌滑体之下，而应与塌滑体保持适度的距离。同时，在开挖初期，利用开挖的渣料在泄流槽右侧开挖边坡顶部修建挡渣墙，作为防护的手段。

四是较大的余震和大雨对边坡的危岩体稳定性影响很大，所以，一方面要加强对岩体的监测；另一方面也必须加强对天气预报和余震的预报，排险人员在大雨时有必要做适当的停工，避免造成人员伤亡；对于大的余震，要按照应急预案进行撤离或避险。

5　探　讨

成因模式对应急排险具有一定的指导意义，但排险还需与交通条件、设备类型等结合起来，方能探讨出有效的排险方式。

牛栏江两岸为高山峡谷，梯级电站开发完成后，红石岩堰塞湖位于 电站大坝的下游、发电厂房的上游，之间设置有输水洞和泄洪洞等建筑物，这些建筑物的泄洪能力应该满足一定的标准，也应该制定相应的应急处理措施。但是，地震发生后，当地没有应急力量，处理不及时，导致堰塞湖蓄水，从而对上下游人民的生命和财产形成危害和危险，因此，加强水电站应急力量建设和应急处置演习应是电站建成后的必修课，以有效应对地震等自然灾害，将灾害的危害程度减小到最低。

我国属于地灾多发、频发区，因此，提高抗震标准是减少灾害损失的重要手段，无论公路、水电站、房屋等建筑物或构筑物都有必要适度提高抗灾标准。

6　结　语

堰塞湖的成因对应急救援排险具有重要的指导意义。根据成因，可以对排险技术方案、施工措施、安全措施进行指导和优化，为科学排险、安全排险提供依据。红石岩堰塞湖是一个地震诱发山体崩塌形成的堰塞湖，其成因模式可以概括为：剪断—推移—抛射—崩塌—滑移—堵江模式。由于在其形成过程中岩块的相互碰撞，产生了很多岩粉，其堆积体级配相对较好，表现为弱渗漏，有利于泄流槽开挖边坡的稳定；岩块相互碰撞、彼此损伤，微裂隙进一步发育，有利于孤石裸露爆破。这种成因模式造成崩塌区残留了较多危岩体，因此，在排险过程中必须做好安全监测，特别是大余震和大雨时做好紧急避险就显得尤为重要。

[1]许强，裴向军，黄润秋，等，著.汶川地震大型滑坡研究[M].北京：科学出版社，2009.

[2]汪旭光，等，编著.工程爆破手册[M].北京：冶金工业出版社，2011.

[3]黄润秋，许强，陶连金，林峰，著.地质灾害过程模拟和过程控制研究[M].北京：科学出版社，2002.

(责任编辑：李燕辉)

2016-07-12

[TV221.2];X4;TV51

B

1001-2184(2016)04-0043-03

高静(1984-)，女，河南新乡人，工程师，学士，从事水利水电工程施工技术和应急救援等工作；

周志东(1969-)，男，湖南新化人，高级工程师，博士，从事水利水电工程施工技术和应急救援等工作；

林芳芳(1985-)，女，安徽天长人，工程师，学士，从事水利水电工程施工技术与管理工作.