澜沧江苗尾水电站蓄水对倾倒变形边坡稳定性的影响研究

吴赟 陈梁 陈立宇

摘  要：云南省澜沧江苗尾水电站倾倒变形岩石发育程度较低，距上次勘测评估地质条件已过十余年，但在水库蓄水下，水下的岩体变形破坏，对上部极强倾倒变形岩体的稳定性有较大影响。为了解其影响规律，该文结合已知的勘察结果，采用变形检测手段，以代表性倾倒变形岩体为基准，研究蓄水过程中对变形倾倒岩体累计变形量及相关的稳定性评价。从调查成果分析，距坝址58 km以外的倾倒变形体，前缘高于正常蓄水位，水库蓄水对其稳定无影响；距坝址33～58 km段的倾倒变形体，前缘高程在1 390～1 400 m，水库蓄水局部可能崩滑；距坝址33 km以内的倾倒变形体，蓄水后稳定性较差，可能出现较大范围的倾倒型崩塌，或局部滑移。

关键词：水库蓄水；倾倒变形；岩质边坡；滑坡；稳定性评价

中图分类号：TU443      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）14-0070-04

Abstract： The development degree of the dumping deformed rock of the Miaowei Hydropower Station on the Lancang River in Yunnan Province is relatively low， and it has been more than ten years since the last survey and evaluation of geological conditions， but under the impoundment of the reservoir， the deformation and destruction of the underwater rock mass has a great influence on the stability of the upper extremely strong toppling deformed rock mass. In order to understand its influence law， based on the known investigation results， this paper studies the cumulative deformation and related stability evaluation of the deformed rock mass in the process of water storage by means of deformation detection and based on the representative dumping deformation rock mass. According to the analysis of the investigation results， the leading edge of the dumping deformation body outside the 58 km of the dam site is higher than the normal water level， and the storage of the reservoir has no effect on its stability; the elevation of the leading edge of the dumping deformation body of the 33～58 km section from the dam site is 1 390～1 400 m， and the local storage of the reservoir may collapse; the stability of the toppling deformation body within the 33 km of the dam site is poor after impoundment， and a large range of toppling collapse or local slip may occur.

Keywords： reservoir impoundment; dumping deformation; rock slope; landslide; stability evaluation

水庫在运行过程中，频繁的放水蓄水[1]，将导致地下水埋深、河道局部侵蚀基准面升高，导致河岸水文地质条件发生明显改变，常导致库水作用下新旧滑坡的形成或复苏[2]。库岸边坡发育的滑坡统称为库岸滑坡，其中90%以上的滑坡都与水有关[3]。库岸滑坡不仅会造成水库蓄水能力下降，甚至可能引发溃坝事故[4]，对下游人民的生命财产造成极大的威胁。

苗尾水电站为澜沧江上游一库七级开发工程中的最后一座梯级电站，苗尾电站的正常水位为1 408.0 m，对应库容6.86亿m3，死水位1 398.0 m，对应库容5.21亿m3，总装机容量1 400 MW。澜沧江-湄公河是中国、缅甸、老挝、泰国、柬埔寨和越南等国在东南亚地区上下游共享的重要跨界河流。这个流域大坝的建设和运行深刻地影响了该流域的自然水流状况。

倾倒变形边坡是一种具有破碎构造的斜坡，其稳定性较差，其稳定性主要取决于岩块之间的嵌固状态及岩块之间的相互咬力[5]。水库蓄水后，在库水的作用下，倾倒变形增大加剧，而导致边坡表层产生崩塌。本文采用数值模拟对QD9和QD14两处倾倒变形体进行研究，对水库两岸的倾倒变形边坡进行稳定性评价。希望为类似边坡稳定性分析治理提供方向。

1  边坡工程概况

1.1  水库岸区地质情况

水库区基岩地层由侏罗系和白垩系地层组成，第四系松散堆积层主要分布有崩坡积层、冲洪积层、泥石流堆积层和滑坡堆积层。区内断裂发育，以逆冲为主。研究区大致以金沙江-红河断裂带与怒江断裂带为界，东部以北东和近南北向构造为主，中部以北北西和北西向构造为主，西部以近南北与北东走向断裂为主。主要的区域断裂（带）有20条。

1.2  库区倾倒变形体概况

库内倾倒变形边坡主要分布于纵向谷的一岸或两岸，根据地质测绘和调查，倾倒变形强烈的岸坡总计有14段，以冷水场倾倒体（QD9）规模最大。冷水场倾倒体（QD9）位于表村乡石子坪村下游300 m处，距下坝址约20.7 km。

分析计算表明，库区可能失稳的总方量约360万 m3。倾倒变形边坡可能失稳的岩体主要为边坡表层倾倒变形岩体，具有累进式破坏的特点，但单次失稳的方量不大。由于库区河道曲折，上、下坝址均为河湾地形，坝前3 km以外的边坡即使发生较大规模的边坡失稳，形成的涌浪对坝址的影响较小，但需重视近坝倾倒变形边坡的稳定问题，库区改线公路在通过稳定性差的倾倒变形边坡段时，应远离库边或以隧洞通过，避开极强倾倒变形岩体。

1.3  库区蓄水情况

2009年11月导流洞工程开工，2016年11月24日导流洞下闸封堵，水库开始蓄水。蓄水初期，2016年12月1日，近坝库岸三颗枪沟口QD14倾倒变形体，蓄水后浅表层极强倾倒岩体产生塌岸。自2017年4月24日起，水库水位从1 365 m开始逐渐升高，到6月8日又上升到1 388 m，到了6月13日又突然下降到1 380 m，此后又开始上提，并通过溢洪道来控制，保持在1 401 m的高度，水库回水至阿塔登河段附近。在2017年汛期库水位抬升期间，QD9倾倒变形体前缘局部产生塌岸，新建沿江公路局部地段路基出现变形坍塌，影响沿江公路正常通行。

2  蓄水对倾倒变形边坡稳定性的影响

2.1  QD14倾倒变形体

该岸坡坡脚高程1 307 m，坡顶高程1 750 m（分水岭高程约2 400 m），坡度40～60°，在1 360 m高程以上局部形成陡崖。为倾倒-弯曲型倾倒变形边坡，倾倒变形发育高程较低，高程1 320 m以上均为倾倒变形岩体。

该段坡体下部岩体极破碎呈散体状结构，蓄水后由于下部岩体软化，可能引发新的倾倒变形，表部岩体可能倾倒型崩塌，发生大规模边坡失稳的可能不大。水库蓄水对倾倒变形边坡稳定分析存在一定的不确定性。

2.2  蓄水对QD14倾倒变形体稳定性分析

2.2.1  前期蓄水影响

水库蓄水至稳定的1 365 m高程，岸坡于2016年12月1日发生首次大幅变形。以中部支沟为界，上游侧倾倒变形岩体整体崩塌错落，垂直错距约20 m。后部陡壁呈弧形，倾角约75°，可见板岩与变质细砂岩呈互层结构。支沟下游侧倾倒变形岩体仅水边发生浅层塌岸。

2.2.2  变形监测结果

QD14库区内布置1个视位移观测剖面，共3个视位移监测点。

期间每月进行观测一次，根据蓄水及变形情况适当调整观测频率，2016—2018年QD14倾倒变形体表现变形曲线如图1所示。

2.2.3  QD14倾倒变形体稳定性分析和评价

QD14倾倒变形体分布高程1 340～1 520 m，下部位于左岸公路附近，水库蓄水前坡面地表可见裂缝，水库蓄水后QD14倾倒变形体表层极强倾倒岩体及覆盖层产生变形塌落，变形范围顺河向宽约240 m，厚约15 m，方量预估约13万 m3。对变形体进行5种不同工况（1 408 m蓄水位天然工况、1 408 m蓄水位暴雨工况、1 408 m蓄水位地震工况、1 398 m蓄水至1 408 m工况和水位骤降工况）的模拟计算，图2为倾倒变形体在1 408 m蓄水位暴雨工况下和1 398 m蓄水至1 408 m工况下岸坡稳定性分析结果图。

QD14岸坡在不同工况下，分别使用毕肖普法和摩根斯坦-普拉斯法计算得到的最小稳定系数结果见表1。

計算表明，倾倒变形体各工况下的稳定系数均不满足要求，可能发生进一步滑塌，岸坡局部稳定性差。前缘表层岩土体蓄水后塌落在水下坡脚，对岸坡有一定的反压作用，有利于岸坡稳定，但岸坡临近大坝，水库运行期，库水位的骤升骤降会引起江水面附近倾倒岩体的再次塌岸，岸坡的变形将以持续的坍塌调整为主，单次发生大规模失稳的可能性不大，对水库及电站枢纽安全影响较小。

2.3  蓄水对QD9倾倒变形体稳定性分析

QD9变形体距下坝址约21.7 km。变形体临江处的河水位高程为1 340 m，后缘高程约为1 520 m。

该坡脚高程约1 345 m，坡顶高程约2 100 m。1 700 m高程以下为陡坡，地形坡度30～40°，基岩裸露，倾倒变形发育强烈，坡脚局部分布少量崩坡积物；1 700 m高程以上为缓坡台地，地形坡度5～15°，坡面分布冲洪积覆盖层。

2.3.1  前期变形特征

该处岸坡稳定性较差，时有崩塌掉块现象，老六兰公路路面发育有2条张裂缝，宽1～5 cm，长约13 m。水库蓄水至1 364 m高程期间，该段沿江公路局部可见轻微裂缝及沉降，路肩形成错台，错距约1 cm。

2.3.2  QD9倾倒变形体稳定性分析和评价

QD9倾倒变形体是薄层状砂板岩互层的陡倾层状反向结构斜坡，岩层走向与河谷走向小角度相交，倾倒变形强烈发育，极强倾倒岩体岩层倾角近水平，加之岸坡地形陡立，水库蓄水后前缘岩土体遇水软化形成塌岸，失去对上部极强倾倒岩体的支撑，进而导致坡体表层的倾倒变形岩体沿反倾节理面（极强倾倒岩体中该组结构面陡立）失稳塌落。同样对变形体进行5种不同工况的模拟计算，图3为QD9倾倒变形体在1 408 m蓄水位暴雨工况和1 398 m蓄水至1 408 m工况这2种工况下搜索滑动面位置图。

QD9倾倒变形体岸坡在不同工况下，毕肖普法和摩根斯坦-普拉斯法计算得到的最小稳定系数见表2。QD9倾倒变形体沿江公路开挖时，坡体常出现崩塌破坏，自然边坡稳定性差。计算结果显示岸坡在各工况下的稳定系数均较小，岸坡整体稳定性较差，局部稳定性差，临江库岸蓄水后易产生塌岸，水库运行期，库水位的骤升骤降会引起江水面附近倾倒岩体的再次塌岸，岸坡的变形将以持续的坍塌调整为主，单次发生大规模失稳的可能性不大，对水库及电站枢纽安全影响较小，但对沿江公路路基稳定不利。

3  结论

QD9和QD14型岩体多处于强烈卸荷带，沿陡倾卸荷裂隙、层内错动带和垂向层面的拉伸构造面（竖向交叉），整体上岩石松散，在高陡边坡蓄水条件下，其倾倒变形将进一步加剧，从而造成地表局部失稳，并引发上方岩体的连锁效应，形成大范围的崩滑失稳，呈现渐进型的特征。

近坝库段左岸QD14倾倒变形体距大坝1.5 km，现状稳定性差，岸坡变形将以持续坍塌为主，单次发生大规模失稳的可能性不大，对水库及电站枢纽安全影响较小。

沿江两岸还存在多处小规模的塌岸，但这些小型塌岸并未影响到整体库岸稳定、住宅及基础设施。

由于库区河道曲折，上、下坝址均为河湾地形，坝前3 km以外的边坡即使发生较大规模的边坡失稳，形成的涌浪对坝址的影响较小，但需重视近坝倾倒变形边坡的稳定问题，库区改线公路在通过稳定性差的倾倒变形边坡段时，应远离库边或以隧洞通过，避开极强倾倒变形岩体。

参考文献：

[1] XIE J K， XU Y P， MARTIJN J， et al. Influences of reservoir operation on terrestrial water storage changes detected by GRACE in the Yellow River basin[J]. Journal of Hydrology，2022，610（Pt.1）：1279241-1-127924-15.

[2] 張琪，巨能攀，张成强，等.库水位变化时陡倾软弱顺层岩质滑坡变形机制[J].成都理工大学学报（自然科学版），2023，50（2）：206-217.

[3] 张强，郑艳妮，贾朝军，等.复杂水库调度及降雨条件下堆积体滑坡离心试验研究[J].岩石力学与工程学报，2023，42（10）：2427-2440.

[4] 谷建永，张强，卢晓春，等.库水位变动下库岸滑坡变形失稳机制离心模型试验[J].长江科学院院报，2023，40（6）：166-172，179.

[5] 杨沛璋，崔圣华，裴向军，等.基于SBAS-InSAR和光学遥感影像的大型倾倒变形体变形演化研究[J].地质科技通报，2023， 42（6）：63-75.