关门岩水库库岸地质灾害形成机理及整治措施研究

摘要：在水库蓄水过程中，由于库岸边坡的应力重分布及工程因数的作用下，往往会出现局部或大面积的库岸边坡坍塌现象，造成了水库附近居民房屋开裂，甚至倒塌，对库区人民的生命财产造成严重的威胁，文章在调查的基础上，对关门岩库区沿岸地质灾害点进行分析，并对灾害点的稳定性进行了评价，最后提出了工程治理建议，为以后的关门岩库区地质灾害防治提供参考。

关键词：库岸地质灾害；机理分析；整治措施

中图分类号：P642 文献标识码： A 文章编号： 1674-0432（2014）-04-64-2

水库开始蓄水以后，库区边坡的自然条件发生显著改变，库岸边坡的稳定性一般趋于恶化。蓄水前处于稳定状态的某些边坡，由于水库蓄水而出现变形破坏，严重的可能对国民经济和人民生命财产造成巨大的损失。长期以来，国内外许多专家学者致力于此类研究，并取得了良好的结果。邓建辉等研究了清江隔河岩水库左岸茅坪滑坡复活机制及治理的可行性，陈松等对三峡库区童家湾滑坡蓄水以来的稳定性进行了评价并提出了相应的防治工程，祁生文等对盘石水库泄洪洞、导流洞进出口高边坡进行了稳定性分析。文章通过对湖南省慈利县关门岩水库蓄水后库岸边坡变形机理研究，提出了相应的整治措施。

1 关门岩水库概况

关门岩水利水库工程位于湖南省慈利县境内娄水中下游，江垭水力枢纽12030米，是一座以发电为主，兼有旅游和航运等综合效益的水利枢纽工程。大坝为砼闸坝，顶底最大高差30.9米，正常蓄水位126.5米，总库容2540万立方米，电站机组于2007年8月并网发电。水库位于澧水一级支流娄水中下游，水库回水长度11000米，库区地貌类型主要是低山丘陵槽谷以及低山齿峰单面山等。库区位于武陵雪峰隆起带的东北段中部的桑植复式向斜中。库区地层分布主要为中生界三叠系中统巴东组地层，零星分布着侏罗系中统和第四系地层。

2 库岸地质灾害情况及损失

通过实地调查，共查清关门岩水库两岸地质灾害共8处，其中滑坡灾害7处，由库水浸润引起的地面不均匀沉降1处，共造成房屋全毁12间，房屋变形129间，直接经济损失100万元。地质灾害未来威胁172人、房屋200间的安全，潜在经济威胁约300万元，另外库区蓄水还将威胁到沿库公路及其他公共设施的营运安全。

3 库岸地质灾害成因分析

3.1 地应力重分布

经过长时间的应力调整，库岸边坡在蓄水前，已基本达到平衡。但是水库蓄水，库水位的变动，使这一应力平衡遭到破坏。水库蓄水时，库岸边坡岩土体受力状况已改变，此时，坡面被加载静水压力，此力有利于库岸边坡的稳定，但是处于水下的透水边坡还将承受浮托力的作用，浮托力将使坡体的有效重量减少，这对边坡的稳定不利，在这些力作用下，坡内每一点的应力状态将会得到改变，往有利于应力平衡方向发展，造成边坡变形。水库排水时，库岸斜坡岩土体内每一点均处于卸荷状态，某些节点由先前蓄水的压应力变成了卸荷状态的拉应力，在拉应力作用下，库岸斜坡发生变形，从而导致库岸地质灾害的发生。

3.2 水库水位抬升地基土软化

现调查的灾害点均坐落于由三迭系巴东组下段的中厚层红色泥岩、细砂岩，夹薄中层状砂质泥岩分布区。其岩性易风化、力学强度低、遇水易软化呈可塑状，表部多为强风化层。水库建成蓄水后，地下水水位抬升、低洼处地表水径流不畅产生滞水，致使库岸周边红色泥岩、细砂岩，夹薄～中层状砂质泥岩在库水、滞水长期浸润作用下软化呈可塑状，降低了岩土体的承载力、粘聚力和摩擦角的大小，即岩土体松散变软，在重力的作用下，从而易诱发房屋基础及附近出现不均匀沉降现象，导致房屋、屋坪及附属建筑物开裂、地面沉陷，房屋受损。

3.3 水库水位变动造成库岸边坡蠕滑

由于水库不断的蓄排水发电，致使水位不断的波动。高水位期，库岸边坡受水浸润、坡积层饱水带孔隙水压力增加，部分碎屑岩软弱夹层湿水软化和部分人工填土层湿陷；同时水库水位退水期间，调查区库岸部分斜坡坡积层中发生潜蚀或者碎屑岩软弱夹层软化夹层引起部分坡积物或风化岩层发生蠕滑或移动，使库岸斜坡变形。

4 库岸地质灾害稳定性评价

关门岩水库蓄水发电距今已有6年，库岸斜坡应力调整仍然处于旺盛阶段。由于库岸边坡地层是由三迭系巴东组下段的中厚层红色泥岩、细砂岩，夹薄～中层状砂质泥岩组成。其岩性易风化、力学强度低、遇水易软化，故在今后的一段时间内，库岸斜坡有可能进一步变形。关门岩库区为低山丘陵地貌，斜坡坡角较缓，库区左岸坡下覆基岩多为顺层，且一般情况下，下覆基岩倾角小于与原始斜坡坡脚，这种状况下，往往易发生滑坡，再加上库水作用下，未来发生滑坡的可能性较大。随着库区两岸的经济发展，相关部门准备对库区进行旅游开发，目前已投入大量资金大兴土木，在工程施工过程中，对边坡的开挖，也是对库岸边坡稳定性极为不利。综上所述，在未来一个相当长的时间内，关门岩水库库岸部分地段还是处于不稳定状态（见图1）。

5 库岸地质灾害防治措施

5.1 消除或减轻水的作用

库岸边坡病害的发生和发展常与水的作用有密切关系。在库岸边坡中，水的作用尤为明显，而且往往是导致边坡变形的主要因素。因此，在对病害库岸边坡进行整治时，要特别注意采取措施消除或减轻水对边坡的危害作用，其目的是：减少渗透水压力；减轻水对岩土体的软化和溶蚀分解等作用；消除或减小水的冲刷或浪击作用。治理方法可分阻排地下水，阻排地下水和防止水对库岸边坡的冲刷与浪蚀作用，现分述如下：

5.1.1阻排地表水 对于建筑物所在地段的病害边坡，变形破坏坡体以外的地表水，以拦截旁引为原则；变形破坏坡体以内的地表水，则以防渗，尽快汇集排走为原则。具体措施：在病害边坡变形破坏坡体外，设置一条或多条环形截水沟，拦截旁引地表径流，阻止地表水流入变形破坏坡体以内；建筑物区的未明显变形的病害边坡，可利用旁山公路和削坡平台马道的内侧，设置截水沟，分级拦截旁引地表径流；在变形破坏坡体内，充分利用自然沟谷，布置成树枝状排水系统，汇集旁引地表径流；在边坡湿地或泉水出露处，设置渗沟及明沟等引水工程，将水排走，以减少水对边坡或变形破坏坡体的危害，为防止库水或地表水渗入坡内，可采用铺盖阻水。

5.1.2阻排地下水 由于水库蓄水使边坡的水文地质条件发生显著变化，影响边坡的稳定。对于可能滑动的库岸边坡，地下水的活动常是影响边坡稳定的主要原因，治理时，一般都采取排水措施，以降低地下水位，消除或减轻静、动水压力或地下水对于软弱带软化作用的影响。

5.1.3防治水的冲刷与浪蚀 边坡前缘因流水冲刷移区部分起支撑作用的岩土体或使顺坡的易滑软弱结构面暴露临空，常导致边坡变形破坏，此时可用浆砌片石贴在坡面保护边坡；可以修建导水墙用以疏导高速水流，使水流通畅，以免直接冲刷边坡；为了改变库水流向，避免直接冲刷边坡，有时可在上游修建丁坝。

5.2 改变边坡力学平衡条件

对于滑动变形边坡，边坡变形破坏的基本原因，是坡体的滑动力大于抗滑力，因而破坏了边坡的力学平衡条件。因此，为提高边坡抗滑稳定性，可以采取措施，增大抗滑力，减少滑动力，改善边坡的力学平衡条件。

5.2.1削坡 有些高陡的岩石边坡，不存在顺坡向的不利结构面，仅因岩体受节理裂隙切割，较为破碎，有可能产生崩塌落石等局部失稳现象时，可采取剥除“危岩”削缓边坡顶部的治理措施，有些通向缓倾层状结构边坡，或过陡的土质边坡，可消缓边坡坡度，减小滑动体的厚度，以减小滑动力。

5.2.2减重反压 减重反压的治理方法，主要用于推移式滑动变形的边坡。减重就是挖除滑体上部的岩土体，减少上部岩土体重量造成的下滑力。反压则是在滑体的前部抗滑地段，采取加载措施以增大抗滑力。

5.2.3抗滑结构 抗滑结构是目前较广泛使用的治理边坡病害的措施，借助于抗滑结构本身重量或抗滑结构与岩土体相互作用，来增大抗滑力，如抗滑挡墙，抗滑桩，锚索或预应力锚索等。

6 结语

库岸主要为中生界三叠系中统巴东组地层，水库蓄水引起岩土力学强度参数降低，进而引发库岸边坡地质灾害。

通过现场调查及稳定性分析，造成关门岩水库库岸地质灾害的主要原因为地应力重分布、水库水位抬升地基土软化、水库水位变动造成库岸边坡蠕滑。

可通过工程措施可消除或减轻水对岸坡的作用、改变边坡力学平衡条件达到稳定岸坡的目的。

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作者简介：陈玲，本科学历，湖南省地质环境监测总站，研究方向：农田水利。