库岸滑坡模式及致灾机理研究

代诗蕊

摘要：库岸滑坡作为山地灾害越发普遍的影响着水库的正常运行、调度。为了理解库岸滑坡的形成原因，论文通过查阅大量资料，分析了水对库岸滑坡的诱导机理、滑坡体的力学响应机制以及破坏特征，对于预测灾害规模、制定相应的防灾减灾措施具有一定的参考价值与实践意义。

关键词：库岸滑坡；机理；模式；水

1.引言

水电站下闸蓄水后，库区边坡的稳定性往往会严重的威胁水电站安全、稳定的运行。国内外因库岸滑坡导致灾难性的事件屡见不鲜，1963年10月9日，意大利瓦伊昂水电站运行期间发生大滑坡引起库水250m高的涌浪，造成1925人死亡；1959年12月2日，法国马尔帕塞（Malpasset）坝，发生库岸滑坡，坝体在瞬间几乎全部破坏，死亡人员超过500人；我国的柘溪水电站在首次蓄水中发生了大型库岸滑坡，产生21m高的涌浪翻过坝顶导致下游施工人员丧生。此外，滑坡体在孕育形成期间，库岸边坡坍塌、变形量的增加还威胁着水电站的运行和边坡上基础建筑物的安全。

库岸滑坡的形成演化过程直接关系到边坡的稳定性、滑坡速度、滑坡距离、入库土石方量、涌浪灾害波及范围等参数。目前，国内外对其做了大量的工作，Bruckl建立了滑坡形成的模型，分析了滑坡体的蠕变效应；卢肇钧从应力方面、应变方面、孔隙水压力、加载速度及时间和土体非连续性等方面阐述了土体破坏的力学响应特点；徐文杰运用数值模拟探究了滑坡体形状、方量、滑面摩擦角及水面宽度对滑坡涌浪的影响；周创兵从库岸边坡孕育、发展、演化到消亡的角度提出了全生命周期的库岸边坡安全控制。

随着我国水电的深入发展，高坝大库将成为主流，同时由于气候环境的恶化，降雨激增，库岸滑坡险情愈趋严峻，深入探讨库岸滑坡的破坏模式、形成机理对大型水电工程运行安全、防灾减灾具有重大的意义。

2.库岸滑坡分类及破坏力学机制

2.1.库岸滑坡主要类型

我国大型水利水电工程基本上分布在深山峡谷之中，地形地质条件十分复杂，并且各个水电站之间也非常迥异，造成了库岸滑坡破坏模式也不尽相同。基于我国大型水电站已经出现的库岸滑坡地质灾害，本文按照不同的分类方式归纳总结了滑坡类型，大致分为（1）由降雨主导、库水主导、地下水主导及复合主导的水作用下形成的库岸滑坡；（2）根据滑坡岩土体成分不同，又分为土质滑坡、岩质滑坡和土石混合堆积层滑坡；（3）由于坡体岩土体结构的不同，松散堆积结构滑坡，平缓层结构滑坡，横向层状结构滑坡，顺向层状结构滑坡，反向层状结构滑坡，斜向层状结构滑坡，块状结构滑坡，碎块状结构滑坡，多元结构滑坡；（4）根据响应机制，分为牵引式滑坡，推移式滑坡，复合式滑坡。

2.2.库岸滑坡滑移力学机制

总结归纳我国库岸滑坡破坏模式，探索其破坏的力学机制是对其进行加固设计、施工的重要依托。常见的库岸滑坡滑移破坏力学特征主要包括以下几种：

（1）侵蚀解体破坏：库岸边坡长期在水的作用下，边坡前缘的坡体发生解体、崩塌，造成边坡下部后移而上部突出，影响上部边坡的稳定。

（2）蠕滑、拉裂、剪断破坏：平缓层坡体前缘部分在外界作用下向外发生的蠕变，长期作用下回带动后缘部分拉裂，而边坡的中间部分会形成一个较为稳定的锁固段，该部位的应力将随着时间推移而变大，直到被剪断，发生突然的脆性破坏。

（3）溃曲变形破坏：上部岩体破碎岩体向下移动过程中，受到下部或中下部坚硬岩体的阻挡，坚硬部分将上部破碎岩体“挑住”，当该挑住的力达到一定程度后，边坡发生突然性的失稳破坏。

（4）平推滑移破坏：较缓的岩层受到静水压力的作用将软弱层向外推动，发生失稳破坏。

（5）反倾向破坏模式：反倾向的层状结构在长期应力作用下逐渐向坡外弯曲最终发生倾倒破坏，导致边坡失稳。

（6）顺倾向滑移破坏：边坡上部向下滑移过程中，由于潜滑面倾角大于坡脚，会受到下部的阻挡，形成一个弯曲—隆起段阻挡继续滑移，随着应力的增加会将其剪断，最终造成边坡的失稳。

3.水对库岸滑坡制灾机理

文献表明，80%的滑坡与水有关，库岸滑坡更是与水有很大的联系，水的表现形式有库水、地下水和降雨，本文将以水为主要的致灾因子，探究水对库岸滑坡形成机理。水库建成开始蓄水后，库区内原始边坡的渗流场较之前发生了根本的变化。水库蓄水后，库水位升高一方面改变了原始的地下水体系，而且库水的骤升骤降也将直接作用于边坡。此外，渗流场的改变会间接地改变应力场和岩土体之间的颗粒分布，在这样一个多场耦合的作用下往往会加速边坡的破坏。

3.1.降雨对库岸滑坡形成机理

与常规边坡一样，降雨是滑坡诱发因素中最为主要的一个，降雨对边坡失稳的作用形式主要表现在：首先，对任何边坡而言，其下滑力主要是坡体重力在滑动方向的分量，当降雨时，特别是大暴雨，很大一部分水被坡体吸收，使得原来不饱和的部分逐渐饱和，坡体的容重增加，严重的威胁边坡的稳定；其次，对于软岩和含黏土矿物很高的土体，遇水后容易发生软化、膨胀崩解和液化，造成原有的抗剪强度降低，孔隙水压升高，岩土体的有效应力降低，从而造成抗剪强度大幅度的减小；此外，大暴雨对坡体存在较强的冲刷、侵蚀作用，长期作用下会改变库岸坡体的地形地貌，极易造成局部失稳。

3.2.库水位升降对库岸滑坡形成机理

水电站在运行过程中，不可避免的会造成库水升降，这种变化会导致消落带的岩土体不断地处于干湿循环中，此外还会改变地下水位，从而威胁库岸边坡的安全，作用机理主要表现在：在库水升降作用下，消落带前缘的岩土体处于饱和状态，岩体软化，有效应力降低，孔隙水压增加，抗滑力骤减。同时，受到干湿循环、淘刷和浪蚀的作用，前缘岩土体会发生局部崩塌等失稳破坏，导致临空面加大，出现倒悬结构，严重威胁着库岸边坡的整体稳定；库水升降后的一段时间内，变形体往往才会产生一定的变形，这主要是由于库水升降通过渗流的方式影响着地下水位升降。当库水位上升时，地下水位会滞后上升，导致原本不饱和的岩土体逐渐处于饱和状态，会对库岸边坡产生一个额外的浮托力，降低有效的抗滑力，从而威胁边坡的稳定。当库水位下降时，地下水会滞后库水下降，形成一个水力梯度，可能发生渗透破坏，导致细小颗粒被带走，不利于库岸边坡的稳定。

3.3.地下水对库岸滑坡形成机理

库岸边坡地下水的补给除了降雨和地下径流外，库水位的上升也是一种主要的补给方式，库水位上升地下水位也随着上升。库水和降雨与库岸边坡之间的作用很大一部分最终都可以视为地下水与库岸边坡的水岩耦合作用，即物理力学作用、化学反应作用和水力作用。物理力学作用主要表现在地下水富集地带能够使一些岩体软化，导致其强度降低，此外，富含亲水性矿物的岩土体在地下水的长期作用下会发生膨胀崩解，使其粘聚力大大降低，这些都将不利于库岸边坡的稳定。化学反应作用是指地下水与边坡岩土体之间发生化学反应，反应物或者生成不利于边坡的稳定，改作用包含了：溶蚀潜蚀、离子交换和氧化还原。水力作用一方面体现在地下水对岩体中节理裂隙表面产生静水压力作用导致裂纹不断扩张、贯通从而破坏岩体的整体性，另一方面表现当地下水之间存在水头差是会发生渗透作用，可能造成渗透破坏，同时可能会产生不利于边坡稳定的力。

4.结论

水利工程是民生大计，决不允许出现一丝一毫的工程事故。库岸滑坡已经成为了威胁水库安全、影响水电站运行调度的主要问题之一。本文介绍了库岸滑坡的主要成灾机理及力学演化过程，对于预测灾害规模、制定相应的防灾减灾措施具有一定的参考价值与实践意义。

参考文献：

[1]卢肇钧.土的变形破坏机理和土力学计算理论问题[J].岩土工程学报,1989,11(6).