浅析坝下游黄土-砂卵砾石二元结构岸坡失稳机理

孟和　尚彦军　伊学涛　曹小红

摘  要：新疆伊犁河流域水库大坝下游岸坡常具黄土-砂卵砾石二元结构地层组合，成为水库渗漏潜在隐伏结构。随着伊犁河流域水利水电工程建设开发力度的加大，该地层组合中显现出的渗漏和岸坡稳定性等工程地质问题也逐渐增多，有必要对该方面进行研究和总结。本文以斯木塔斯水电站、巴喀勒克水库为例，对其坝下游岸坡稳定性开展运行期的地质调查，并结合研究区地质背景，基本查明研究区坝下游岸坡二元结构地层组合系控制水库渗漏的主要模式。局部在黄土层底部发育软弱结构面，成为控制坝下游岸坡稳定性的主要因素。

关键词：二元结构;水库渗漏;滑坡;斜坡失稳

新疆伊犁河流域是我国水利水电工程重点建设地区，其地形复杂多样，黄土-砂卵砾石层二元结构岸坡是该地区常见的地层组合，许多水利水电开发建设项目坝址区内均可见该套地层组合，且常分布在坝址区内多个区域。该套地层组合的存在，往往会引起水库产生绕坝渗漏，水流通过坝两端山坡体内部渗往下游，造成下游岸坡阴湿及小股水流渗漏，严重时还可形成集中渗流，容易造成滑坡以及岸坡塌陷，严重影响水库蓄水量和下游居民安全，故在勘察设计中应引起足够重视[1-2]。本文选取伊犁州巩留县斯木塔斯水电站与特克斯县巴喀勒克水库工程库水渗漏诱发滑坡及斜坡失稳实例进行分析总结，为后续的工程建设提供参考。

1 斯木塔斯水电站灾害情况

斯木塔斯水电站是阿克牙孜河梯级规划的第二级，工程距离伊犁昭苏县城45 km。挡水主坝采用混凝土面板砂砾-堆石坝，最大坝高101 m，正常蓄水位1 930 m，最大水头117.46 m。2012年7月28日斯木塔斯水电站库区开始蓄水，7月31日发现发电厂房后渗漏，8月2日滑坡灾害发生区域开始大面积渗水，坝下游斜坡陡坎处形成长约1.5 km的渗漏带，沿河岸阶地呈近NS向条带状分布。8月15日前后该区域发生多处滑坡灾害， 8月24日凌晨1时57分，水电站大坝下游1.2 km西侧岸坡距离河道360 m处发生1起小型土质滑坡灾害，造成4人死亡、1人受伤、22间简易型板房损毁。灾害发生后，水电站进行了混凝土防渗布置及灌浆帷幕等防渗处理施工，水库于2013年10月开始二次蓄水，仍出现渗漏，蓄水至1 909.2 m时，下游总渗漏量约1.29 m3/s，较2012年对应库水位渗漏量3.2 m3/s有所减少[3，4]。

斯木塔斯水电站坝下游右岸基岩发育，左岸为阶地岸坡，由西向东倾斜，呈长岗状，岸坡顶部为黄土层，厚约2.5～9 m，结构松散，中等透水，提供了滑坡发生的物质条件;黄土层下部为第四系砂卵砾石沉积，厚约47～60 m，为透水层，透水性好，其下为半胶结砂卵砾石，形成相对隔水层，透水性相对较弱，下伏基岩则为不等粒黑云母花岗岩[3-5]（图1）。水电站蓄水前，第四系砂卵砾石沉积不含水，当水库正常蓄水后水位达到1 927 m，该透水不含水层充水，其下部半胶结砂卵砾石又相对隔水，库水从水电站下游左岸约1.6 km范围的岸坡陡坎渗漏，诱发形成黄土滑坡。

斯木塔斯水电站8·24滑坡就位于坝下游河流左岸斜坡，斜坡高约40 m，坡度约30°，倾向东。斜坡裂缝高度约20 m，长约1 500 m，宽度由2 m向下游逐渐尖灭。沿岸坡裂缝发育区域发生多处滑坡，体积从数百方至数千方不等。致灾滑坡后缘高程约1 870 m、宽度约60 m，剪出口高程约1 855 m，纵向长约20 m，滑坡体厚约5 m，滑坡体积约6 000 m3。滑床岩性为砂卵砾石层，透水性较好，灾害发生区域坡体有来自库区蓄水后，经河流左岸南部砂卵砾石层渗流至河岸陡坎所渗出的地下水，出水部位厚度约2～3 m，现渗漏发生区域仍可见零星渗漏点（图2）。

2 巴喀勒克水库灾害情况

巴喀勒克水库位于特克斯县城西北18 km处，2013年建成，同年10月下闸蓄水投入运行。水库大坝为砂砾石堆积混凝土面板坝，最大坝高54.66 m。库区设计总库容467.36×104 m3，库区正常蓄水位1 597 m。水库坝下游左岸下石炭统大哈拉军山组基岩出露，岩性以凝灰岩、凝灰质砂岩为主，产状约为SW∠35°～65°，向岸里快速升高，基岩顶板高于水库正常蓄水位，基本不存在绕坝渗漏问题;右岸坡顶被黄土层覆盖，黄土层以下为洪积砂卵砾层，主要成分为卵石及砂土，含少量块石夹砂土层透镜体，弱胶结，可见斜层理，下伏基岩为石炭系大哈拉军山组（图3）。据钻孔揭露，右岸基岩面低于正常蓄水位约20 m，且基岩由河床向岸坡方向缓慢抬升，向岸里约400 m，基岩才可上升至正常蓄水位高程[6]。可见坝下游右岸坡上层黄土及下部基岩属相对隔水层，而基岩上部的洪积砂卵砾石层为相对透水层，成为主要渗漏带，存在绕坝渗漏问题。

巴喀勒克水库蓄水后，在2015年5～6月间水库下游约1.2 km处巴喀勒克村南西侧、巴喀勒克河右岸坡出现后缘拉裂缝，拉裂缝长约40 m，下错台后缘宽约40～60 cm（图4-a，b），坡岸高差约35 m，现局部岸坡上游支沟中仍可见几处渗漏出水点，严重威胁坡脚下居民安全（图4-c，d，e）。

3 致灾机理与防治建议

巴喀勒克水库坝下游右岸坡基岩上覆地层上部为黄土层，下部为洪积砂卵砾石层，可将右岸砂卵砾石层视为透水地层，上覆黄土层与下伏石炭系大哈拉军山组基岩均可视为相对隔水层;斯木塔斯水电站坝下游岸坡自上而下依次可见黄土层、第四纪砂卵砾石层、半胶结砂卵砾石及下伏黑云母花岗岩基岩，同样砂卵砾石层应为透水层，上覆黄土层与半胶结砂卵砾石及下伏黑云母花岗岩基岩均可视为相对隔水层。

通过对比，可发现两处水利工程项目坝下游岸坡均具二元结构（图5），上部一般为黄土层，渗透性较小，具一定隔水性，可视为相对不透水层;下部砂卵砾石层，渗透性较高，为透水层。由于上游库区蓄水，水头上升，在水力梯度作用下，砂卵砾石层充水，地下水還可向上在黄土层中产生一定距离的渗透，故在接触带附近，产生一定厚度的饱水带，并且随着水库蓄水位的不断增高，水头也随之升高，上覆黄土层底面的饱水带厚度就越大，下游岸坡黄土层中由于饱水带的存在，降低了坡体强度，形成软弱结构面，诱发产生滑坡[7，8]。有的则未完全下滑，在岸坡黄土层中形成拉裂缝，裂缝的进一步发展也存在滑坡隐患。

针对坝下游的二元结构岸坡渗漏问题，应先观察渗漏和水库蓄水位之间的关系，利用物探、钻探等手段查明渗漏通道位置，结合水文地质条件，可沿上游岸坡透水层做防渗斜墙，嵌入不透水层中，并可做铺盖与斜墙相连;也可在坝端开槽做截水墙或防渗墙，切断渗流;还可在特定部位灌注浆液，形成阻水帷幕。另外，针对不稳定岸坡可布置渗压监测孔，做好渗压监测，在坝下游岸坡诱发滑坡和裂缝发生区域埋设变形监测仪器，在其影响范围内加强地质灾害巡查，设置警戒区[2，8-11]。

4 讨论

新疆伊犁流域斯木塔斯水电站、巴喀勒克水库等坝下游地层组合形成了两个相对隔水层之间夹有透水层的二元结构岸坡，其中透水层又由于水库蓄水，水头升高，而发生充水渗漏，且由于渗漏造成岸坡强度降低，使坡顶黄土层显现出一定的变形和局部破坏迹象。从研究区工程地质情况可知，除半胶结的砂卵砾石层、基岩构成下伏相对隔水层外，区域出露的新近系砾岩、砂岩、泥岩也属相对隔水层，故该套地层的出露也应引起勘察设计人员的注意。

参考文献

[1]    胡海兵.水库土石坝工程渗漏的常见类型、原因及处理实例[J].科技创新导报，2008（6）：56.

[2]    亓丽媛，杨佳伟，杨嘉冰.土石坝绕坝渗漏的原因及处理措施[J].黑龙江水利科技，2006（4）：236.

[3]    胡秉香，高林涵.斯木塔斯水电站古河槽渗水处理研究[J].科技传播，2014，6（13）：97-98.

[4]    何耀京.高密度电法在斯木塔斯水电站古河槽渗漏勘察中的應用[J].地球，2015，（9）：216-217.

[5]    阿尔欣·斯拉木江.多道瞬态面波技术在森木塔斯水电站工程勘察中的应用[J].中国水运（下半月），2012，12（11）：149-150+133.

[6]    阿尔欣·斯拉木江，杨晓军. 巴喀勒克水库坝址渗漏分析[J]. 中国水运（下半月）， 2012， 12（7）：159-161.

[7]    杜兴武，肖红宇.考虑渗流水头损失时二元阶地浸没范围预测方  法[J].湖南水利水电，2009（2）：64-66.

[8]    刘杰.土的渗透稳定与渗流控制[ M] .水利电力出版社， 1992， 12.

[9]    吴云波.探讨绕坝渗漏原因及措施[J].科技创业家，2012（23）：34.

[10]  贾东彦，余莉，苏广录.阿勒泰地区中小型水库渗漏原因及治理措施[J].中国建筑防水，2013（6）：30-34.

[11]  曹洪.浅析绕坝渗流[J].内蒙古水利，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