锦屏一级水电站水库蓄水后岸坡变形破坏规律探讨

杨静熙 刘忠绪 孙云 舒建平

摘要：水库蓄水后库岸变形破坏是常见的工程地质问题。库岸变形、失稳将对库区居民的生命财产和枢纽建筑物安全造成严重不利影响，因此正确预测蓄水后水库岸坡变形破坏的规律和稳定性，并采取针对性的防范措施是水库地质勘察的主要任务。锦屏一级水库自2012年11月底蓄水以来，发生了大量规模不等、类型不同的岸坡变形破坏。在对岸坡变形破坏调查统计的基础上，从地形地貌、地层岩性、岸坡结构等方面分析了岸坡变形破坏在空间上的分布规律、发展演化规律。相关结论可为制定防灾减灾方案提供地质依据，同时也可为类似的高山峡谷型水库岸坡变形破坏预测评价提供一定的参考经验。

关键词：水库岸坡; 塌岸; 变形破坏; 锦屏一级水电站

中图法分类号：P642文献标志码： ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.02.023

1研究背景

近十多年来，我国西部地区的瀑布沟、锦屏一级、溪洛渡、大岗山等一批高坝大库水电工程相继蓄水发电。这些水库在蓄水期和运行期伴随着库水位的大幅升降，岸坡发生了大量变形破坏，并且表现出塌岸、滑坡、库岸变形等不同形式，尤其是出现了较多、较大范围的基岩岸坡变形。

已有研究表明，库水位的反复涨落是导致库岸产生塌岸、变形和已有滑坡复活、新滑坡产生的重要原因之一。已变形破坏的岸坡随着变形范围、变形程度的加剧可能产生大规模的失稳乃至形成新滑坡，不论是复活滑坡还是新滑坡，尤其是规模较大的滑坡一旦失稳，首先直接引起房屋或公路桥梁等建筑设施损坏，对库区居民生命财产安全和环境安全造成较大威胁，其次是如果滑坡体高速滑入水库，会造成巨大的涌浪，直接危及大坝安全及电站的运营。因此，正确评价预测水库库岸蓄水变形破坏规律、稳定性的发展演化，对确保水库库区居民生命财产安全和水库正常安全运行具有重要意义。

目前对水库岸坡变形破坏及稳定性的研究侧重于一个特定变形体、滑坡或某种结构岸坡，重点是水库蓄水后岸坡变形破坏机理的研究。如蔡耀军等从材料力学特性出发，从水库蓄水淹没饱和后岩石强度的降低、裂隙的扩展、材料摩擦强度及凝聚力降低的发展演化动力、趋势规律等方面来研究岸坡变形失稳的机理并预测稳定性[1];张世殊等对溪洛渡水库星光三组倾倒变形体、狮子坪水库二古溪倾倒变形边坡成因机制的分析研究[2-3]，提出了其在水库蓄水后的发展演化机制[2];向杰等通过蓄水后不同工况库岸稳定性分析中水的考虑不同、计算成果不同来研究三峡神女溪岸坡蓄水后破坏机制[4]。还有的侧重于依据各种高精度、连续性的位移、地下水渗流等监测成果，对不同水电站蓄水期库岸稳定性进行了分析研究，如宋丹青[5]、薛秀等[6];而武秀文[7]、李智慧等[8]、董金玉等[9]、邓华峰等[10]、梁学战等[12]、邓成进等[12]则从库水位升降过程中水的作用机理等考虑，研究了水库库岸的变形破坏特征与规律。在对锦屏一级水库库岸稳定性的研究中，陈长江等[13]、张雪东等[14]对呷爬滑坡的稳定性进行了宏观地质分析和FLAC-3D数值模拟分析，朱继良等[15]对洼里滑坡的成因机制及稳定性进行了研究。这些研究成果虽然丰富，但都未涉及到锦屏一级整个高坝大库蓄水后整个水库岸坡变形破坏规律。

本文拟通过对锦屏一级水库蓄水后的岸坡变形破坏调查统计成果的分析，探索岸坡变形破坏在主支库、地形地貌、地层岩性、不同结构岸坡等空间上的发育分布规律，随时间持续而发展演化的规律，总结具有岸坡高陡、河谷深切、地形地貌复杂、各种物理地质作用强烈等典型特点的西部高山峡谷型水库蓄水后的岸坡变形破坏规律，为保障库区居民生命财产安全、水库运行安全等的防灾减灾方案的决策提供地质依据，同时也为今后在雅砻江、大渡河、金沙江、怒江、澜沧江上建设的类似高坝大库水库岸坡变形破坏预测评价提供一定的参考经验。

2锦屏一级水库慨况

锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县、木里交界处的雅砻江大河湾干流河段上，是雅砻江干流水能资源最富集的下游河段（卡拉至江口）的控制性水库梯级电站。电站装机容量3 600 MW，年均发电166.2亿kW·h。水库属典型的高山峡谷型水库，电站正常蓄水位1 880 m，总库容77.7亿m 3，雅砻江主库长约58 km，小金河支库长约90 km，二级支库卧罗河支库长约21 km。

库岸岩性以变质岩为主，主要由变质砂岩、粉砂质板岩及千枚岩组成，大理岩分布较少，仅在坝前、雅砻江金洞子、小金河下落府及卧罗河库尾一带发育，多形成狭谷。库区断裂构造形迹主要为北北东-北东向、北北西-北西及木里-博瓦弧形構造，其中北北西向的前波断层在主库库尾附近穿过，该断层全新世仍有活动，断层附近库岸外动力地质作用强烈，对库岸稳定影响严重。支库小金河库区有北东向卧罗河断层和北北东向的锦屏山-小金河断裂穿过。库区两岸岸坡岩体风化卸荷、倾倒变形强烈，岩体普遍较松弛、较破碎[16]。

3蓄水前岸坡变形破坏特征

蓄水前锦屏一级库区岸坡共发育滑坡、崩塌、变形体55个[16]。

雅砻江主库发育有滑坡19个、崩塌5个、变形体1个，线密度约0.43 个/km。其中全部被淹没的有14个，包括9个滑坡、5个崩塌;部分被淹没的有7个，包括6个滑坡、1个变形体;位于正常蓄水位以上的有4个，全部为滑坡。

小金河支库发育有滑坡27个、崩塌1个、变形体2个，线密度约0.33 个/km。其中全部被淹没的有4个，包括3个滑坡、1个崩塌;部分被淹没的有23个，包括21个滑坡、2个变形体;位于正常蓄水位以上的有3个，全部为滑坡。

蓄水前库区两岸的滑坡、崩塌、变形体等岸坡变形破坏发育有如下规律：① 岸坡变形破坏的发育分布极不均一，具有明显的地段性，研究表明地层岩性、岸坡结构、地质构造和地形条件是控制库区岸坡变形破坏的主要因素;② 从岸坡变形破坏与岩性类别关系分析，有50.9%的滑坡、变形体发生在工程地质特性较差的板（片）状变质碎屑岩类及层状碎屑岩类（区）中，其余的都是发生在覆盖层中的滑坡;③ 从岸坡变形破坏与岸坡结构之间关系分析，有50.9%，36.4%发生在纵向谷、斜向谷，其中54.2%发生在河谷的顺向坡、斜顺向坡一侧。

4蓄水后岸坡变形破坏特征

锦屏一级水库于2012年11月开始蓄水，库岸随即开始出现变形破坏，随着水库水位的上升，岸坡变形破坏的点数逐渐增多，已有变形破坏点范围逐渐扩展，变形破坏程度逐渐加剧。根据发生地层岩性、特征、破坏形式及其可能的演化趋势，可将蓄水后岸坡变形破坏类型划分为塌岸、变形库岸、滑坡复活和新滑坡4类，其中变形库岸是指各种变形体。本文对蓄水后库岸变形破坏类型的分类与文献[17]的分类有所差异，增加了变形库岸一类。

至2016年底水库已正常运行2 a多，4种类型的变形破坏共发育185点，以塌岸最多，变形库岸次之，各类型点数及比例见图1。

（1） 塌岸是岸坡土体或岸坡浅表强风化、强卸荷、强倾倒岩体，在水库水长期浸泡、冲刷作用、地下水作用、波浪作用等综合作用下，在库水位抬升或下降过程中、抬升或下降后发生的塌落、滑塌失稳现象。塌岸为锦屏一级库区蓄水后最主要的岸坡变形破坏类型，点多面广，调查统计共有127点，但规模一般有限。根据塌岸岩土体岩性及成因可以划分为覆盖层塌岸、基岩塌岸、滑坡前缘塌岸3种亚类，见图2。

覆盖层塌岸有69处，占127处塌岸的54.3%，占全部185处变形破坏的37.3%;基岩塌岸有47处，占塌岸的 37.0%，占全部的25.4%;滑坡前缘塌岸有11点，占塌岸的8.7%，占全部的5.9%。覆盖层塌岸和滑坡前缘塌岸一次性失稳规模有限，其高度一般小于100 m，而基岩塌岸一般比较高，塌高多在150～200 m之间，少量大于200 m。

（2） 41处变形库岸根据变形岩层岩性可以分为基岩变形库岸和覆盖层变形库岸两类。24处基岩变形库岸表现形式主要为坡表出现拉张裂缝，有的还会形成下座陡坎，但一般未见整体滑移迹象，见图3。基岩变形库岸在蓄水初期通常表现为临水库岸发生塌滑，随水位不断上升塌岸范围上部坡体产生变形，且变形范围逐渐扩大，最终规模都较大，后缘最高高程可高于正常蓄水位300～500 m不等。

图3基岩变形库岸典型破坏（小金河河口左岸）Fig.3Typical failure of bedrock deformation bank （in the left bank of the Xiaojin river estuary）

17处覆盖层变形库岸多表现为坡表出现拉张裂缝，有的形成下座陡坎。该类库岸变形规模一般有限，但个别规模可能也比较大，如茶地沟变形库岸后缘破坏高程已超过了2 000 m，见图4。

（3） 蓄水后，46处已有滑坡中有13处发生了滑坡复活，根据重新滑动范围可以分为部分复活和整体复活两类。水库蓄水后整体复活的滑坡有小金河水凼子、杉木坪、呷爬等8处，见图5;部分复活的滑坡有小金河二罗沟、松坪子等5处，见图6。

（4） 蓄水后发生的新滑坡仅3处，均为深厚覆盖层内部浅层滑坡，后缘地带出现多条横向拉张裂缝，与两侧裂缝基本贯通，见图7。

锦屏一级水库蓄水后库岸的变形破坏呈现出几个特征：① 新发生的变形破坏多发生在前期预测评价为次稳定、不稳定的岸坡，但稳定岸坡中也多有发生;② 4种变形破坏类型中以塌岸、变形库岸为主，共有168处，占了全部185处变形破坏的90.8%，而滑坡复活和新滑坡仅有17处、占9.2%;③ 新发生变形破坏中的变形库岸规模普遍较大，变形范围后缘最高高程基本达到正常蓄水位以上200～300 m，个别可达400～600 m左右;④ 随着水位的抬升和时间的延续，已发生的变形破坏点其变形范围是逐渐扩展的，变形程度是持续增强的，一次变形破坏后变形范围、变形程度不再继续发展的到2016年底都比较少。

5蓄水后岸坡变形破坏的空间发育分布规律

5.1主支库的发育分布规律

蓄水后新发生185处变形破坏中雅砻江主库有55处、占29.7%，小金河支库有123处，占66.5%，博瓦河、卧罗河2条二级支库有7处，占3.8%。

图8为4种岸坡变形破坏在主支库发育分布统计图。其中塌岸在雅砻江主库有36处，占塌岸的28.3%，占全部185处变形破坏的19.5%;小金河支库有85处，占塌岸的66.9%，占全部的45.9%;变形库岸在雅砻江主库有14处，占变形库岸的34.1%，占全部的7.6%，小金河支库有26处，占变形库岸的63.4%，占全部的14.1%;新滑坡3處全部在小金河支库。

调查统计显示，蓄水后新发生岸坡变形破坏仍以小金河支库多于雅砻江主库，进一步验证了小金河支库的库岸稳定条件总体差于雅砻江主库的结论。

5.2不同地形地貌的发育分布规律

从地形地貌分析，蓄水后的岸坡变形破坏在比较顺直、凹凸起伏的岸坡，岸坡中孤立的突出山脊，河流与冲沟交汇部位的山梁或山脊，河流转弯的两岸凹凸坡等局部地形地貌都有发育，依次将其概化为顺直坡、凹凸坡、孤立山脊、河沟交汇山梁、转弯段岸坡5种地形地貌类型来统计分析，见图9。蓄水后谷坡凹凸坡最容易发生变形破坏，有131处、占全部的70.8%，其次是顺直坡、河沟交汇山梁，分别有25，22处，各占13.5%，11.9%。

4种类型岸坡变形破坏中，分布最广的塌岸在5种地形地貌中都有发育，其中在凹凸坡最发育，有92处，占127处塌岸的72.4%，在孤立山脊、转弯段岸坡发育最少，都仅有3处，占2.4%;14处滑坡复活和3处新滑坡都发育在凹凸坡，见图10。

图11～12为按地形坡度对岸坡变形破坏发育分布的统计。蓄水后以30°～60°的中陡坡稳定性最差，有91处，占全部的49.2%;最少的是陡坡，只有7处，占全部的3.8%。塌岸主要发育在30°～60°的中陡坡、≤30°的缓坡，共有116处，占其127处的91.3%;变形库岸则主要发育在上缓下陡的岸坡，有23处，占其41处的56.1%;50%的滑坡复活和全部3处新滑坡发生在≤30°的缓坡。

分析表明：5种地形地貌中稳定性最差的是凹凸坡，其次是河沟交汇山梁;4种地形坡度中稳定性最差的是坡度30°～60°的中陡坡，其次是≤30°的缓坡。

5.3不同岩性的发育分布规律

从基岩与覆盖层两种岩层分析，蓄水后的岸坡变形破坏中有115处，占62.2%发育于覆盖层岸坡;有70处，占37.8%发育于基岩岸坡。

基岩两种岩性中，仅有2处变形破坏发育于灰岩段，其余全部发生于薄层砂板岩段。

覆盖层岩性较复杂，成因类型多，组成物质粒径大小相差大，密实程度也不一样，按相似相近的成因类型及其基本相同的粒径大小对众多岩性进行概化。其中碎石土、块碎石土概化为残坡积，块碎石、含孤块碎石土、块碎石土概化为崩坡积，卵砾石砂、碎砾石砂土概化为冲洪积，以及滑坡堆积共4种覆盖层岩性加上基岩2种岩性来分析蓄水后岸坡变形破坏的发育分布情况，见图13。蓄水后，薄层砂板岩岩性段岸坡稳定性最差、最容易发生变形破坏，有68处，占36.8%;其次是残坡积段岸坡，有50处，占27.0%;灰岩和冲洪积段岸坡稳定性最好，都仅有2处，占1.1%。

图13不同岩性中岸坡变形破坏总体发育分布统计Fig.13Distribution of bank slope deformation and failures in different lithology

4种类型岸坡变形破坏中，分布最广的塌岸在6种岩性中均有发育，其中薄层砂板岩岩性最发育，有46处，占127处塌岸的36.2%，次之是残坡积岩性，有36处，占塌岸的28.3%，在冲洪积和灰岩中发育最少，分别仅2处，1处;3处新滑坡都发育在残坡积岩性中，见图14。

5.4不同结构岸坡的发育分布规律

谷坡结构根据河流流向（谷坡走向）与岩层走向的夹角关系可以分为纵向谷、斜向谷、横向谷3类[18]。3类结构谷坡在蓄水后变形破坏发育分布情况见图15。以纵向谷最发育，有70处，占37.8%;横向谷最少，仅有55处，占29.7%。

4种类型岸坡变形破坏中，分布最广的塌岸在3种结构谷坡中发育差异不大;变形库岸在纵向谷中发育有19处，占46.3%;14处滑坡复活在斜向谷中发育最多，有6处，占42.9%;3处新滑坡在斜向谷中发育1处，在纵向谷中发育2处，见图16。

纵向谷、斜向谷根据岩层倾向与谷坡关系可进一步分为顺向坡、反向坡和斜顺向坡、斜反向坡。统计显示，顺（斜顺）向坡中变形破坏发育75处，多于反（斜反）向坡中发育的55处，这与薄层砂板岩中层面裂隙是最主要的控制性弱面密切相关，尤其是顺（斜顺）向坡中中陡倾坡外层面裂隙对岸坡稳定最为不利。

进一步分析表明，库区岩层以陡倾角为主，全部185处变形破坏中有144处、占77.8%发育在陡倾角岸坡，这与陡倾角岸坡尤其是陡倾顺（斜顺）向坡、反（斜反）向坡在蓄水前受地质构造、风化卸荷、倾倒变形影响有关，岩体普遍较破碎、破碎，稳定性较差，蓄水后极易发生各种变形破坏，是最容易发生变形破坏的岸坡结构。

6岸坡变形破坏随时间的发展演化规律

锦屏一级水库自2012年11月底蓄水以后，随时间的延续在蓄水期和运行初期新发生岸坡变形破坏是持续增加的，但两个时期以及运行初期库水位下降、上涨又呈现出不同的规律。

本文根据锦屏一级蓄水分期及其特征水位、运行期水位涨落情况对蓄水时间进行分段，见表1。

从蓄水与运行大期次分析，全部185处变形破坏中在蓄水期、运行期发育的差异不大，前者有95处，后者有90处。其中分布最广的127处塌岸中有58处、占45.7%发生在蓄水期，有69处、占54.3%发生在运行期;41变形库岸中有29处、占70.7%发生在蓄水期，有12处、占29.3%发生在运行期;14处滑坡复活中蓄水期、运行期各发育7处;3处新滑坡中有1处发生在蓄水期，2处发育在运行期，见图17。由此可以得出一个初步认识：蓄水期是变形库岸发生的主要时期，这与蓄水期库水位的持续上升密切相关，反映了变形库岸这一类岸坡地质结构对水位上升较敏感;塌岸在运行期发育相对较多，说明其对水位涨落比较敏感。

图18为按蓄水时间分段对岸坡变形破坏的统计趋势图，由图可知：① 4种变形破坏单类发育处数统计和全部变形破坏发育总数统计趋势线都呈现中间多、两头小的规律，蓄3到运1涨的连续4个时段发生变形破坏最多，共有158处，占85.4%，该时段是水库蓄水后期第1次至正常蓄水位以及运行第1年的第1次消落、上涨，是岩土体地质特性受水的影响变化最大的时段，因此岸坡变形破坏发育多。② 单个时段以运1涨发生变形破坏最多，有60处，占32.4%，其次是蓄4，有49处，占26.5%，最少的是运2落，仅有3处，占1.6%。③ 发育分布最多的塌岸、变形库岸在发育时段上略有差异，塌岸在运1涨、蓄4发育最多、次多，运1涨有47处，占37.0%，占全部变形破坏的25.4%;蓄4有37处，占29.1%，占全部的20.0%。而变形库岸在蓄3、蓄4发生最多、次多，蓄3有13处，占31.7%，蓄4有9处，占22.0%。④ 3处新滑坡发育时段与总体发育时段完全一致，2处发生在运1涨、1处发生在蓄4。

7结论与认识

本文通过对锦屏一级水库蓄水后岸坡变形破坏发育特征与规律的分析，初步探讨了中国西部高山峡谷型水库蓄水前后岸坡变形破坏与空间位置、地形地貌、地层岩性、岸坡结构的发育分布规律，研究了岸坡变形破坏随时间的发展演化规律，为保障库区居民生命财产安全、水库运行安全等的防灾减灾方案的决策提供了地质依据，也为今后类似高坝大庫工程蓄水前后库岸稳定性预测评价提供了一定参考经验。通过分析、总结，有以下几点结论与认识。

（1） 锦屏一级水库位于四川省凉山州，具有岸坡高陡、河谷深切、地形地貌复杂、各种物理地质作用强烈等典型的中国西部高山峡谷型水库特点。壅水高，库区岸坡岩性以各种薄-中厚层的变质岩为主，地质构造复杂，物理地质作用强烈，蓄水前各种变形破坏发育且普遍规模较大，蓄水后库岸新增变形破坏的发育分布规律性强，对今后在雅砻江、大渡河、金沙江、怒江、澜沧江上建设的类似高坝大库岸坡变形破坏预测评价有一定的参考意义。

（2） 高坝大库水库蓄水后库岸新增变形破坏较多的河流或河段仍然是蓄水前岸坡变形破坏较多的河流或河段，反映了河流岸坡地质条件和稳定条件较差的客观条件，因此在水库蓄水前的库岸稳定性复核工作中应重点关注这些河流或河段。

（3） 水库蓄水后新发生岸坡变形破坏中以规模相对较小的塌岸和规模普遍较大的库岸变形最为发育，并且蓄水过程中随着水位持续抬升和运行期水位的消落、上涨，这两种已发生的变形破坏范围会逐渐扩展、变形程度会持续加剧。从锦屏一级水库运行2年以来的情况分析，变形破坏点的变形范围、变形程度的发展已呈现出趋稳的趋势。

（4） 蓄水后的变形库岸以基岩变形为主，蓄水前多为薄层砂板岩岸坡，一般为陡倾纵向谷、斜向谷，岩体风化卸荷、倾倒变形强烈，岸坡稳定性普遍较差，属潜在不稳定岸坡，其识别标准和蓄水前后稳定性预测评价、蓄水后变形破坏机理是下一步研究的一个重要方向。

（5） 从不同地形地貌分析，凹凸坡是稳定性最差、最容易发生变形破坏的地形地貌，有131处，占全部的70.8%;地形坡度在30°～60°的中陡坡稳定性最差，有91处，占全部的49.2%。从岩性分析，基岩薄层砂板岩极易发生变形破坏，有68处，占全部的36.8%，这与砂板岩岩石强度较低，且岩体受风化卸荷、倾倒变形影响而岩体极破碎密切相关;覆盖层中坡残积中发生变形破坏较多，有50处，占全部的27.0%，这与其组成物质颗粒较细、结构较松散有关，在库水作用下易被淘蚀而发生变形破坏。从岸坡结构分析，纵向谷、斜向谷中的顺向坡、斜顺向坡中发育的变形破坏最多，有130处，占全部的70.3%，这与顺（斜顺）向坡中薄层砂板岩陡倾坡外层面裂隙对岸坡稳定最为不利密切相关。

（6）从时间分析，蓄水期与运行头2年新增变形破坏发生数量总体上基本相同，且主要集中在蓄3到运1涨4个时段，有158处，占全部的85.4%。各种类型变形破坏的发生时段略有差异，变形库岸主要在蓄水期发生，有29处，占其41处的70.7%，这与蓄水期库水位的持续上升密切相关，反映了变形库岸对水位上升较敏感;塌岸在运行期发育相对较多，有69处，占其127处的54.3%，说明其对水位涨落比较敏感。

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引用本文：杨静熙，刘忠绪，孙云，舒建平.锦屏一级水电站水库蓄水后岸坡变形破坏规律探讨[J].人民长江，2019，50（2）：130-137.

Deformation and failure law of reservoir bank slope of Jinping-I Hydropower Station after water impoundment

YANG Jingxi， LIU Zhongxu， SUN Yun， SHU Jianping

（PowerChina Chengdu Engineering Corporation Limited， Chengdu 610072， China）

Abstract： Deformation and failure of reservoir bank slope after water impoundment are common engineering geological problems in the reservoir area. Deformation and failure of reservoir bank slope will pose serious threat to the peoples lives and property in reservoir area and buildings of the hydropower station， and therefore correctly predicting deformation and failure law of reservoir bank slope after water impoundment and？taking appropriate measures are the main tasks of reservoir geological survey. Numerous deformations and failures of different scales and types have occurred in the reservoir area of Jinping-I hydropower station after water impoundment since the end of November 2012. In this paper， on the basis of investigation and statistics on the deformation and failure law，the distribution and development of deformations and failures in the reservoir area are analyzed from the aspects of landform， lithology and slope structure. It provides geological basis for preparing plan for disaster prevention and mitigation， and also provides some reference experiences for the prediction and evaluation of bank slope deformation and failure of similar reservoirs located in canyons.

Key words：reservoir bank slope; bank slope collapse; deformation and failure; Jinping-I Hydropower Station