水电站论文第五篇：溪洛渡水电站库区黄坪滑坡过程、管理规则和管控措施
摘要：溪洛渡水电站库区位于金沙江下游，为青藏高原隆升影响较为强烈地区，其山高谷深，地形起伏大。电站蓄水过程中在距坝河道里程76 km右岸的黄坪发生了边坡高速失稳滑动，并造成人员伤亡和财产损失。金沙江下游两岸很多滑坡与该滑坡具有相同或相近的成因机制，很多高速滑坡的发生过程也与该滑坡有相似之处。在深入调查研究基础上，对黄坪滑坡不同工况的安全系数进行计算分析，据此提出了黄坪滑坡的产生过程及成因机制。通过在滑坡发生前制定有针对性的监测预警体系、管理规则和管控措施，可以为更好地做好金沙江下游水库群的库岸稳定和地质灾害防治工作提供参考。
关键词:库岸滑坡,滑坡成因机制:黄坪滑坡:溪洛渡水电站,金沙江
1 研究背景
滑坡是一种常见的地质灾害，威胁着我国1/5～1/4的国土面积，造成了巨大的经济损失和人员伤亡[1,2]。金沙江下游处于青藏高原隆升影响较为强烈地区，其山高谷深、地形起伏大，褶皱、断裂构造发育，新构造活动强烈，火山岩、变质岩和沉积岩交织分布，岩性复杂、岩体破碎，以滑坡、崩塌为主的地质灾害数量多、规模大[3,4,5,6,7,8,9]。随着金沙江下游巨型电站建成蓄水，电站库区水位周期性升降，一方面库水进入滑坡后通过岩土体孔隙裂隙进入底滑面，形成垂直于滑动面的扬压力；另一方面还会对滑带土产生软化作用[10],降低其抗剪强度，导致库岸边坡稳定性降低，增加崩塌滑坡的发生概率，产生新的库岸再造并由此引发更多的地质灾害问题。2013年7月27日17:00左右，溪洛渡库区距坝河道里程76 km右岸发生边坡失稳高速滑动，滑坡横向宽约155 m, 纵向长约200 m, 平均厚约10 m, 主滑方向215°,后缘最大塌滑高程约660 m, 总方量约20万～30万m3。滑坡体滑落至溪洛渡水库，形成15～20 m高涌浪，造成对岸在建码头12人失踪，3人受伤，1辆工程车、1辆小客车、4辆摩托车、2艏汽艇船损毁。滑坡现状如图1所示。
图1 滑坡体现状
滑坡发生后，时任国务院副总理张高丽做出重要批示。国土资源部地质灾害办公室派出工作组，云南省国土资源厅派出专家组赶赴灾害现场调查滑坡原因，指导抢险救灾工作。国土资源部地质灾害应急技术指导中心经现场调查分析，认为“7·27”滑坡是在地形陡峻、岩石破碎、库水作用等因素综合作用下形成的一起滑坡灾害。
2 滑坡前地形地质条件
“7·27”滑坡位于永善县黄华镇黄坪村，该岸坡高程约790 m以上为二迭系下统基岩(P1y),成分为灰白色-深灰色灰岩、生物碎屑灰岩夹泥灰岩，生物灰岩夹白云岩，中厚层状，灰岩分部处地形陡峻，坡度70°～80°。滑坡原始地貌如图2所示。
图2 “7·27”滑坡原始地貌
灰岩以下至金沙江天然江底448 m高程为崩塌、冲洪积形成的堆积体，成份为块石、碎石夹粉土，块石、碎石成份以灰岩为主，直径一般0.5～20.0 cm, 呈棱角状、次棱角状，含量80%～90%,长约600 m, 结构松散-稍密，无胶结，干燥-稍湿，分选性明显。堆积体厚度上游最薄，厚0.3～1.0 m; 中部次之，厚3～10 m, 下游最厚，10～20 m; 堆积体600 m高程以上坡度约30°～40°,以下40°～50°。江边至540 m高程分布有奥陶系上统(O3)地层。
下伏基岩为奥陶系上统(O3)地层，主要为灰色、深灰色泥岩、粉砂岩，中层状，层理产状N20°E,NE∠40°,斜倾山里。基岩发育3组结构面：① N30°E,SE∠35°,结构面平直、光滑，面上常见擦痕，钙质、岩屑充填；② N45°E,SE∠57°,结构面平直、粗糙，钙质、铁质充填；③ N45°W,NE∠75°,结构面平直、较光滑，钙质、铁质充填。其中第1组节理以中等倾角倾向坡外，在基岩中发育且延伸长，堆积体与基岩接触面多沿该组结构面展布。
根据《中国地震水平动参数和反应特征周期区划图》,区内水平地震动加速度为0.15g,地震动反应特征周期为0.4 s, 相当于地震基本烈度为Ⅶ度[11]11]。
3 稳定性计算分析
滑坡体的稳定性状态是其赋存环境下多种因素共同作用的表现，具有复杂性和综合性。库水位涨落[12]12]、暴雨[13]13]和地震[14]14]常常是诱发库岸滑坡的关键因素[15]15]。对滑坡体进行稳定性分析的方法很多，本文通过计算安全系数F,根据F来判断滑坡个体的稳定性[16,17,18]16-18] 。为研究黄坪滑坡过程及成因，作者采用水科院陈祖煜院士开发的STAB边坡稳定性分析软件[19]19],对边坡滑动前多种可能工况进行计算。
3.1 参数选用
水库蓄水以前，岸坡体整体处于稳定状态。水库蓄水至540 m时，地下水位上升，松散边坡坡脚段浸没于水中，坡脚土体达到饱和，其凝聚力、内摩擦角降低，诱发边坡失稳变形，从而产生滑坡现象。通过滑坡反演，分别分析蓄水以前整体处于基本稳定，以及蓄水至540 m时产生整体垮塌，得出岩土体水上及水下力学参数。依据反演参数类比工程经验，综合得出斜坡体的稳定性计算参数[20]20]如表1所列。
表1 稳定性系数计算参数
3.2 计算工况
覆盖层岸坡整体稳定性受水电站蓄水位影响明显，溪洛渡水电站正常蓄水位为600.00 m高程，因此按水位蓄至600.00 m高程时不同工况对覆盖层岸坡稳定性进行评价分析，同时考虑到了岸坡在电站运营期间特别是水位下降时的稳定性的影响。水库水位下降时，对岸坡稳定影响因素较多，主要表现在土体渗透系数、水位下降速度等，根据相关电站经验，按水库水位下降后，坡体内外水位高差30 m考虑计算。根据以上分析确定以下4种工况：
(1) 天然工况。
地下水位以上按天然重度考虑，地下水位以下按饱和重度考虑。
(2) 暴雨工况。
不考虑地下水位上升，按上覆土体全饱和，取饱和重度；抗剪强度取滑带土的饱和抗剪强度进行计算。
(3) 地震工况。
动峰值加速度为0.15g,地震基本烈度为Ⅶ度。
(4) 降水工况。
拟定坡体内外水位高差取30 m。
3.3 计算结果
根据上述计算方法，对滑坡稳定性进行计算，最小安全系数如表2所列。
4 滑坡过程及成因分析
由边坡稳定性计算结果可知，溪洛渡电站蓄水对该边坡稳定性影响明显，相同工况下，库水位550.00 m时边坡安全系数较蓄水前降低约0.15。从该岸坡原始图片看，电站蓄水前边坡处于稳定状态，2013年5月4日大坝导流底孔下闸、大坝挡水，水库水位自440 m以每天约2～3 m的速度上升，至2013年6月23日库水位达到540.00 m死水位。
表2 稳定性分析计算成果
2013年7月22日，库水位以2～4 m/d上升至550.00 m左右，7月25日至8月5日期间，库水位维持在550.00 m高程以上，最高554.83 m; 8月6日起，以1～2 m/d的速率下降，至8月15日降至540.20 m; 至10月中旬水位一直维持在540.00 m死水位附近。
滑坡区因地形陡峻，堆积物质较为松散，库区蓄水后，水位上升，松散边坡浸没于水中，土体达到饱和，其凝聚力、内摩擦角降低。2013年6月23日，库水位达到540.00 m死水位时，因江边尚有基岩出露，未发生边坡失稳。
2013年7月27 日，溪洛渡蓄水至550.00 m水位时，库岸松散堆积体在库水的浸润和托浮作用下，下滑力大于阻滑力，首先是岸坡涉水前缘部位产生失稳破坏，形成临江的临空面，从而使上部堆积体失去支撑力，牵引后缘堆积体失稳形成整体高速滑坡。滑坡进入水库后，形成涌浪，摧毁对岸临时码头，造成灾难。
当时，滑坡顺河长度约200 m, 后缘最大塌滑高程约660.00 m, 体积估计在20万～30万m3。在溪洛渡水库蓄水至600.00 m的过程中，堆积体塌岸范围持续扩大，现滑坡最大高程达780.00 m, 上、下游边界也有所扩张。
5 结 论
(1) “7·27”黄坪滑坡位于崩塌堆积体上，其结构松散，600.00 m高程以上地形坡度30°～40°,以下40°～50°,地形陡峻，库岸边稳定条件差。
(2) 边坡稳定性计算结果表明，溪洛渡电站蓄水对该边坡稳定性影响明显，自重+暴雨工况下，蓄水前安全系数1.026,库水550.00 m时安全系数为0.872。相同工况下，库水位550.00 m边坡安全系数较蓄水前降低约0.15。
(3) 该滑坡是地形陡峻、堆积体物质松散、库水作用等因素综合作用下形成的。但水库蓄水后，水位上升，松散边坡浸没于水中，土体达到饱和，其凝聚力、内摩擦角降低和库水的托浮作用是诱发边坡滑动失稳直接因素。
(4) 三峡集团在总结溪洛渡水电站库区“7·27”黄坪滑坡灾害基础上，成立了地质灾害防治工作部，对金沙江下游电站水库库岸开展系统的地质灾害防治，对重点库段边坡开展监测预警，与地方政府职能部门联合开展专业巡查、群测群防工作，现水库运行平稳安全。该工作方法对动态掌控大型水电站库区岸坡再造情况，防止因水电站蓄水引发地质灾害而导致人员伤亡，避免或减少财产损失是有效的。
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