亭子口水利枢纽库岸稳定性评价

刘 军

(长江岩土工程总公司(武汉)，湖北 武汉 430010)

亭子口水利枢纽位于四川省苍溪县城上游15 km处的李家咀，电站装机1 100 MW，正常蓄水位458 m时，库容34.9亿m3，库水回水至广元市毛坝子，干流库长150 km，支流及支沟库长133.5 km，总库长约283.5 km。

1 水库区基本地质条件

嘉陵江从广元至苍溪为深切河曲，总体流向由北向南，在昭化镇以上河谷宽阔为“U”字型侵蚀堆积地貌，昭化镇以下为“V”型或不对称“V”型构造低山峡谷地貌，临江峰顶高程1 000～500 m，谷底宽100～400 m，枯水面宽100～200 m。库岸岸坡以阶梯型坡为总的特征，微地貌以阶梯形台地为总体特征，砂岩区形成高数米—数十米的陡崖;在粘土岩区多为宽缓台地或缓坡地形，山顶多为平顶方山或浑圆小丘。沿江一级阶地多呈带状分布于沿江宽谷地段。

水库区出露地层有侏罗系、白垩系及第四系，缺失白垩系上统和第三系，为一套内陆河湖相红色碎屑岩建造，总厚度约3 000～5 000 m，岩性为紫红色粘土岩、粉砂岩与砂岩互层。侏罗系分布于红岩场以上的库尾段，分布库段长约50 km;白垩系地层分布于红岩场以下的库坝区，分布库段长约100 km;第四系主要为冲积、滑坡堆积、崩坡积、残坡积等，主要分布于河谷两岸。

区域构造位于扬子准地台四川台坳北部的川北台陷内，台陷内无明显的线性构造与断层，主要为宽缓的背、向斜组成。场址近场区内新构造运动总体以大面积抬升为主，断裂不发育，无活动性断裂分布。库区主要褶皱构造有九龙山背斜和梓潼向斜。库区内地表未发现断层，深部无隐伏断裂分布，岩层平缓，地层倾角一般＜10°。由于库区构造应力不强，相应的构造裂隙不甚发育。裂隙主要集中分布在褶皱构造的核部，以走向北东—北东东和北西—北北西两组裂隙为主，具体方向受所属地区主要构造控制。

库区水系发育，两岸支流呈树枝状展布，较大的左岸有小浙河、鸳溪、野鸡壕、挂旗河、射箭河等;右岸有张家沟、青牛沟、鸯溪、闻溪河、桃龟河、朝阳沟等，右岸支流相对较左岸发育，规模也较长大，库区支流及支沟库长133.5 km(图1)。

2 岸坡地质结构类型

本次研究的岸坡特指两岸临江第一岸坡内，死水位438 m(死水位尖灭点以上为天然水位)至水库20年一遇洪水位(P=5%)之间，高差20～40 m范围内的岸坡段。依据岸坡地质结构及成因类型，岸坡可划分为岩质岸坡(Ⅰ)、土质岸坡(Ⅱ)、混合岸坡(Ⅲ)三大类、10个亚类(表1)。

3 库岸变形破坏现象及预测

3.1 滑坡

亭子口水利枢纽库区嘉陵江干、支流的第一岸坡内共发现大小滑坡(及变形体)38处，其中左岸25处，右岸13处，滑坡总体积约2.06×108m3，其中体积＞1×107m3的特大型滑坡6处，累计体积1.6×108m3，占总体积的77.5%;0.1 ×107～1 ×107m3的大型滑坡11 处，体积约3.742 ×107m3，占总体积的18.1%;1×106m3以下的中型滑坡21 处，体积9.01 ×106m3，占总体积4.4%(图2)。

图1 库区水系示意图

表1 岸坡结构分类表Table 1 The classification of bank slope structure

根据淹没线(5%库水位)与滑坡的淹没关系，将库区滑坡分为三类:Ⅰ类为全淹滑坡，滑坡后缘位于5%库水位以下，该类滑坡14个，占滑坡总数的37%;Ⅱ类为未淹滑坡，滑坡前缘位于5%水位以上，该类滑坡8个，占滑坡总数的21%;Ⅲ类为半淹没滑坡，滑坡前缘位于5%水位以下，后缘位于5%库水位以上，该类滑坡16个，占滑坡总数的42%(图3)。

通过滑坡稳定性分析［1］，水库蓄水前，稳定和基本稳定的有31处，体积1.97×108m3;欠稳定的有7处，体积9×106m3，欠稳定的滑坡中除大营河滑坡体积较大，约7.1×106m3，其余体积均 ＜5×105m3。水库蓄水后，被全淹的滑坡14处，未淹的8处，16处半淹滑坡中，现状稳定的10处，占 62.5%，基本稳定的 2处，占12.5%，现状欠稳定的4处，占25%;蓄水后半淹滑坡中稳定的8处，基本稳定的3处，欠稳定的5处。

3.2 塌岸［2］

水库蓄水后，水位升高，由于水环境的变化，原有的平衡被改变，为调整适应新的水环境，存在库岸再造问题。依据岸坡地质结构及成因类型，岸坡可划分为岩质岸坡(Ⅰ)、土质岸坡(Ⅱ)、混合岸坡(Ⅲ)三大类10个亚类(表1)。

目前预测水库塌岸的方法主要有卡丘金经验公式法、佐洛塔廖夫图解法、类比图解法、平衡剖面法和动力法等。由于自然地质条件的复杂多变性，迄今为止的预测方法多属于经验性或半经验性的，还没有严格的物理和数学方程能够解决此类问题。国内外对塌岸预测方法尚处于探索阶段，国内的一些大中型水库对塌岸预测的实践表明，在塌岸预测中，类比图解法是较为理想的方法。

亭子口水利枢纽库区塌岸预测采用地质工程师常用的方法——类比图解法。类比图解法的基本原理就是将蓄水后各设计水位下不同岩性的岸坡坡角与自然条件、类似情况下的岸坡坡角进行类比，以确定塌岸的影响范围，即以天然水位下的稳定坡角(α)作为蓄水后死水位以下的稳定坡角，以天然水位至天然5%洪水位之间水位变动带的稳定坡角(β)作为蓄水后水位变动带的稳定坡角;以天然5%洪水位以上的稳定坡角(γ)作为蓄水后5%洪水位以上的稳定坡角，并进行图解，以确定塌岸影响范围(图4)。该方法库岸稳定坡角的确定是关键，也是难点。为确定库岸的稳定坡角，首先对库区邻近几个大中型水库变动带的稳定坡角进行了调查，其次大量实测库区地形剖面，然后对实测剖面进行统计分析，同时进行了多组岩土体的现场及室内物理力学试验。根据调查、实测、试验的统计结果和类比其它工程，经综合分析，来最终确定库区岸坡稳定坡角。

库区岩质岸坡在库水作用下再造轻微，因此主要对库区的Ⅱ、Ⅲ类结构岸坡(包含滑坡段)进行塌岸预测，并重点预测分布有居民的库段，预测结果塌岸宽度一般5～30 m，其对居民有影响的地段主要分布于李家咀—张王乡一线库岸段中，其余库岸段受塌岸影响的居民较少。

图2 库区各类型滑坡示意图Fig.2 The sketch showing the diverse landslides of reservoir area

图3 库区滑坡按淹没关系分类示意图Fig.3 The classification of landslides according to submerged relationship in the reservoir area

图4 岸坡塌岸预测示意图Fig.4 The sketch showingthe collapse prediction of bank slope

4 库岸稳定性条件分段评价

4.1 库岸稳定性条件分类

根据河谷类型、岸坡结构、滑坡的分布及稳定条件以及塌岸的影响程度，可将库区库岸分为稳定条件好(A)、较好(B)、较差(C)、差(D)4 类，分段原则见表2。

表2 亭子口库区库岸稳定条件分段原则表Table 2 The dividing principles for reservoir bank stability conditions at the Tingzikou reservoir area

4.2 库岸稳定性条件分段评价

库区干流段不同结构类型岸坡的稳定条件分类统计见表3。

由表可看出，库区干流两岸300 km的库岸中，稳定条件差(D)的库岸总长5.6 km，占两岸库长300 km的1.9%，为稳定条件较差的滑坡段库岸;稳定条件较差(C)的库岸20.8 km，占两岸库长的6.9%，其中土质岸坡段、混合岸坡段、特殊岸坡段分别长3.5 km、15.6 km、1.5 km，以混合岸坡段为主。其余为稳定条件较好(B)和好的(A)，总长273.6 km，占两岸库长300 km的91.2%，其中岩质岸坡占72.4%。由此说明，亭子口干流库岸稳定条件总体较好。

表3 库区干流库岸稳定条件统计表Table 3 The statistics for stability conditions of main stream reservoir bank at reservoir area

库区两岸较大的支流有21条，支流及其支沟累计库长133.5 km，库岸总长度(两岸)267 km。库区支流稳定条件差和较差的共5段，累计长度17.1 km，占支流总长267 km的6.4%。

综上所述，亭子口库区干、支流及支沟的库岸总长567 km，干流稳定条件差和较差的库岸共26.4 km，支流及支沟稳定条件差和较差的共17.1 km，累计长度为43.5 km，占总长的7.7%，库岸总体上稳定条件好。

5 结语

(1)亭子口水利枢纽库区嘉陵江干、支流的第一岸坡内共发现大小滑坡(及变形体)38处，其中左岸25处，右岸13处，滑坡总体积约2.06×108m3，其中体积＞1×107m3的特大型滑坡6处，累计体积1.6×108m3，占总体积的 77.5%;0.1 ×107～1 ×107m3的大型滑坡 11处，体积约 3.742×107m3，占总体积的18.1%;1×106m3以下的中型滑坡21处，体积9.01×106m3，占总体积4.4%。预测库岸塌岸宽度一般5～30 m，其对居民有影响的地段主要分布于李家咀—张王乡一线库岸段中，其余库岸段受塌岸影响的居民较少。亭子口库区干、支流及支沟的库岸总长567 km，库岸总体上稳定条件好。

(2)亭子口水利枢纽至今已正常运行约一年时间，水库区水位经过多次的高低调动，其中岩质岸坡由于抗冲刷能力强，基本不存在塌岸问题，仅部分地段土质岸坡和混合岸坡中的土层由于抗冲刷能力小，遭受浸水和波浪的冲蚀形成塌岸，但库岸总体上稳定条件好，库岸情况与前期预测情况基本一致。

［1］ 苏爱军，冯明权.滑坡稳定性传递系数计算法的改进［J］.地质灾害与环境保护，2002(3):51－55.

［2］ 陈小平，谭书全，刘军，等.嘉陵江亭子口水利枢纽库区库岸稳定与浸没勘察报告(初步设计)［R］.武汉:水利部长江水利委员会，2009.