可可托海水电站崩塌灾害发育特征及形成机制分析

李晓平，韩 鹏

可可托海水电站崩塌灾害发育特征及形成机制分析

李晓平，韩 鹏

（新疆地矿局第一水文工程地质大队，乌鲁木齐 830091）

在对可可托海水电站地形地貌、气象水文、地层岩性、地质构造、水文地质条件以及工程地质条件等分析的基础上，对该研究区崩塌灾害的分布特征、发育特征以及形成机制进行了分析。研究结果表明：研究区崩塌灾害主要分布于额尔齐斯河左岸的山体陡倾边坡，共分布有27个典型危岩体；崩塌类型岩质崩塌（隐患）为滑移式及倾倒式，崩塌规模均为中-小型；影响因素主要包括地形地貌、地层岩性、地质构造、风化、降水和融雪、地震及人类工程活动等。

崩塌；发育特征；影响因素；可可托海水电站

可可托海水电站位于富蕴县东北24km处的额尔齐斯河左岸，距铁买克乡政府直线距离约4.8km，有842专用线及水电站新建的沥青碎石道路可到达研究区，交通便利。由于崩塌灾害对研究区水电站基础设施，水电站职工、车辆以及前来参观红色教育基地的游客构成一定的威胁。因此，本文以新疆富蕴县可可托海水电站崩塌灾害为研究对象，在对研究区地形地貌、气象水文、地层岩性、地质构造、水文地质条件以及工程地质条件等分析的基础上，结合相关研究成果[1~10]，对新疆富蕴县可可托海水电站崩塌灾害的分布特征、发育特征以及形成机制进行了分析。通过对可可托海水电站崩塌灾害发育特征和形成机制的分析，可以为为防治工程设计、施工提供依据。

1 研究区地质环境条件

1.1 地形地貌

研究区位于阿尔泰山脉的东段南麓，地形受北西向构造的控制与影响，总体地势上自西南向东北呈阶梯状依次降低。山脉走势呈北北西—北西向的弧状弯曲，海拔高度一般1 500～1 700m，最高点位于研究区西南部，山体平均海拔1 600m左右，山体多发育有北西、北东向冲沟，均为季节性冲沟，呈梳状或树枝状垂直于山体延伸，区内的额尔齐斯河谷底狭窄，河床宽25～80m，河床纵剖面起伏不平，横剖面多呈“V”型，谷底高程1 142～1 152m，纵坡约2%。地貌主要包括低中山、河床和倒石堆。

1.2 气象、水文

据富蕴县气象站2006~2015年观测资料，区内多年平均气温为4.7℃，7月平均气温最高23.3℃，1月平均气温最低-18.0℃，具体见图2-1。区内多年平均降水量199.0mm，其中7月最高降水量为22.39mm，8月最低降水量为10.11mm。区内多年平均蒸发量1309.92mm，其中7月最高蒸发量为223.98mm，1月最低蒸发量为10.11mm。

此外，区内常年性的地表径流为额尔齐斯河，该河发源于新疆东北部中蒙边境阿尔泰山南麓，河流全长4 422km，流域面积114 800km2，国内面积为52 730km2，国内干流长633km，多年平均径流量111.1亿m3。可可托海电站坝址位于额尔齐斯河的主要支流喀依尔特河和库依尔特河汇合口处，坝址以上控制流域面积5 005km2，多年平均流量51.8m3/s，年径流量16.3×108m3。

1.3 地层岩性

研究区出露地层主要为志留系、第四系以及华力西期侵入的岩浆岩。其中第四系在研究区内分布广泛，堆积于基岩之上。主要分布于河床、冲沟、两岸阶地及岸坡，厚度变化大。

1.4 地质构造及新构造运动

研究区位于天山—兴安褶皱区阿尔泰褶皱系克兰地槽褶皱带内，区域构造形迹由喀纳斯-可可托海地槽褶皱带、克兰地槽褶皱带、额尔齐斯挤压带三大褶皱、挤压带和康布铁堡断裂、库尔提断裂、科沙哈拉尔断裂、额尔齐斯河断裂、可可托海-二台断裂等五大断裂组成，构造线方向主要为NWW和NNW向。

工程区新构造运动比较活跃，其特点是以上升运动为主，该区属于上升区。由于山体的强烈上升，额尔齐斯河的强烈下切，形成相对高差达数百米的陡峭地形，河谷两岸地形陡峻，山崖遍布，崩积块石比较发育，崩积岩堆到处可见，这些均是强烈上升区的表现。

1.5 水文、工程地质条件

1）研究区地下水类型主要为基岩裂隙水、第四系松散岩类孔隙潜水。其中基岩裂隙水主要赋存运移于构造破碎带和块状、层状岩层裂隙中，地下水径流通畅，交替强烈，矿化度低，水质良好。含水层岩性以花岗岩、混合岩为主，富水性差，透水性极不均匀；而第四系松散岩类孔隙潜水主要分布于透水性强的河中，水量丰富，与河水属同一水体，接受上游河水补给，以河谷潜流的形式排泄于下游。

2）根据岩（土）体的不同建造类型、结构、岩石的物理力学性质，将研究区内出露的岩（土）体分为块状坚硬-较坚硬花岗岩类岩组、块状坚硬混合岩组以及碎石土单层土体等三类工程地质岩组。其中块状坚硬-较坚硬花岗岩类岩组广泛分布于研究区北部；块状坚硬混合岩组在研究区南部局部可见，以志留系为主，岩性为一套石榴硅线黑云母石英片岩夹混合岩、变粒岩，石英闪长岩、局部地段相变为微晶片岩，变质酸性熔岩。

2 崩塌灾害发育特征分析

2.1 地质灾害类型及分布

研究区内崩塌灾害主要分布在研究区山体西侧、海子口水电站至水库大坝的简易便道西侧。根据崩塌灾害所处的陡崖位置、威胁对象和崩塌坡向的不同，从东北向西南共划分为9段崩塌（隐患）段，崩塌段内共计分布有25个典型危岩体，除此之外，水库大坝北侧及二厂房一带各分布有一处危岩体，研究区内共计分布有27个典型危岩体，均为岩质崩塌（隐患）。

在已发生崩塌落石的陡崖上仍然保留部分危岩体，岩体突兀，加之危岩体坡度多大于60°，临空高差大，在降水及地震等外动力条件影响下，易形成滑移式、倾倒式崩塌。根据《滑坡崩塌泥石流灾害调查规范（1∶50000）》（DZ/T0261-2014）中崩塌规模等级划分标准，研究区崩塌灾害多为小型崩塌；根据崩塌分类及特征，判定研究区岩质崩塌（隐患）主要以滑移式、倾倒式崩塌为主。

2.2 地质灾害发育特征

研究区内地质灾害主要为崩塌灾害，对崩塌陡崖陡坡上相对独立的危岩体圈出进行危岩体编号。由于研究区内危岩体较多，主要对26#危岩体和27#危岩体的发育特征进行详细论述。

BT26、BT27两处崩塌隐患点分别分布在研究区二厂房北侧及研究区北部大坝北侧，包含26#、27#危岩体，由于人工修筑工程开挖边坡造成岩体破碎，坡度多分别为51°及73°。26#危岩体坡脚标高1 207m，坡顶标高1 258m，平均高差51m，陡坡岩性为石英闪长岩。27#危岩体坡脚标高1 160m，坡顶标高1 180m，平均高差20m，陡坡岩性为浅肉色细-中粒花岗岩，两处危岩体表层均微风化，节理裂隙较发育，裂隙相互切割，形成1～4cm拉裂缝。受垂向裂隙和近水平层理节理影响形成大大小小块体，互相支撑互相影响，如一处失稳崩塌，其它都可能受影响失稳崩落。危岩体总体积420m3。该两处崩塌隐患点落石被水电站进行了人工清理，未见崩落块石。

1）26#危岩体：26#危岩体，其长度为15m，宽为6m，厚度为3 m，体积270m3。发育三组裂隙结构面：第一组产状为285°∠34°，与边坡坡向近似垂直，间距1m，裂缝宽为0.2cm，无充填；第二组裂隙产状205°∠79°，与边坡坡向近似平行，间距0.8~3m，裂缝宽一般为1cm，无充填;第三组产状310°∠25°，与边坡坡向斜交，间距1~2m，裂缝宽一般为0.5cm，无充填。主要威胁对象是职工、二厂房。

2）27#危岩体：27#危岩体，其长度为10m，宽为5m，厚度为3 m，体积150m3。发育三组裂隙结构面：第一组产状为110°∠37°，与边坡坡向近似垂直，间距1.0m，裂缝宽为2cm，局部泥质充填；第二组裂隙产状216°∠74°，与边坡坡向近似平行，间距0.5~1m，裂缝宽一般为1cm，局部泥质充填；第三组产状273°∠45°，与边坡坡向斜交，间距1.5~2m，裂缝宽一般为0.1~2cm，局部泥质充填。主要威胁对象是职工、可可托海水库大坝。

3 崩塌灾害形成机制及影响因素分析

3.1 形成机制分析

研究区内的地质灾害主要为中-小型的岩质崩塌，其形成机制主要为人工开挖形成的高陡边坡，由于卸荷作用，应力重新分布后在边坡卸荷区内形成拉张裂缝，并与构造裂隙和层理结构面等其它裂隙组合，逐步贯通形成危岩体，在地震或爆破震动、降水等外力触发作用下，导致危岩体突然脱离母体，翻滚、坠落下来，散堆于坡脚。崩塌形式主要为倾倒式、滑移式。

1）滑移式崩塌，主要受两组裂隙结构面控制，其中一组后缘卸荷拉张裂隙，倾角较陡；另一组为层理节理面、隐伏滑移面，危岩体重心在主控结构面内侧。两组结构面在危岩自身重力、震动、裂隙水压力等作用下，危岩体沿主控结构面滑移变形、破坏，呈现压剪破坏力学机理，最终失稳滑动、崩塌。21#危岩体如图1（a）和（b）所示。

图1 21#危岩体滑移式破坏模型图

2）倾倒式崩塌，此危岩的主控结构面倾角变化较大，一般大于45°，多为陡崖或陡坡的卸荷张拉结构面，且主控结构面下端部存于陡崖或陡坡岩体内。危岩体的重心位于主控结构面外侧受两组裂隙结构面控制，在荷载作用下通常围绕主控结构面的下端或下端部与临空面的焦点旋转倾倒破坏，危岩体呈现拉剪破坏力学机理。4#危岩体如图1（a）和（b）所示。

3.2 影响因素分析

研究区内崩塌的形成因素主要受自然因素的影响，人为因素主要为山体坡脚修建环山道路切割岩形成高陡边坡。影响崩塌形成的主导因素包括地形地貌、地层岩性、地质构造等因素，地形地貌条件做为主导因素之一，是危岩体产生崩塌灾害的主要影响因素。诱发因素包括降水和融雪、地震及人类工程活动等因素，降雨、融雪及融冻、地震作用为研究区内危岩体产生崩塌的主要诱发因素。

图2 4#危岩体倾倒式破坏模型图

3.2.1 主导因素

1）地形地貌条件，陡峻斜坡地形是形成崩塌的必要条件，边坡的地形地貌条件决定了崩塌的形成。主要表现为边坡的高度和坡度的影响，以及边坡坡形的影响。研究区边坡陡峻，危岩主要分布在额尔齐斯河的左岸的陡崖、陡坡上，危岩体高度一般12～50m，坡度70°～86°，坡形主要以凸坡为主，次为凹坡。陡崖、陡坡作为危岩形成的基本条件之一，一方面促进了卸荷裂隙的发展，裂隙走向与坡向平行或斜交，另一方面高陡的陡崖、陡坡，加大了危岩崩塌产生的破坏力。地形地貌条件做为主导因素之一，是危岩体产生崩塌灾害的主要影响因素。

2）地层岩性条件，研究区内组成陡崖岩质主要为块状构造的细-中粒花岗岩和石英闪长岩；这些岩体岩性较坚硬但性脆，抗风化能力强，易形成陡崖，孤石、在振动和重力的作用下，在陡崖处，易发生沿节理裂隙的张裂和岩体卸荷破碎，为崩塌灾害提供了有利条件。

3）地质构造条件，研究区内新构造运动比较活跃，其特点是以上升运动为主。由于山体的强烈上升，额尔齐斯河的强烈下切，形成相对高差达数百米的陡峭地形，由于新构造运动的影响，岩体的完整性、稳定性均被破坏；岩体节理裂隙发育，节理裂隙面则主要成为崩塌的控制结构面，发育密集的节理裂隙将岩体切割为大小不一的不规则形，亦为降水的渗透软化提供了条件，从而加剧了崩塌灾害的发生。

3.2.2 诱发因素

研究区内危岩体的诱发因素包括降雨、融雪、地震及人类工程活动。通过调查访问了解到危岩体的变形发育史，崩塌危岩体发生的时间多为冬春季节交替时的融雪期和夏季强降雨期内，即表现为冻融作用较强烈时期。因此，降雨、融雪及冻融为研究区内危岩体产生崩塌的主要诱发因素。

1）降雨、融雪及冻融作用，研究区属于大陆性北温及寒温带气候，多年年平均降水量300～500mm，降雨主要集中在4～7月，降雨对岩体裂隙面的浸润作用，在一定程度上软化了山体浅表层的岩体，减弱了裂隙面的摩擦阻力，同时增加了裂隙内的水压力，诱发危岩体崩塌的发生。研究区冬季较长，降雪主要集中于10月至次年1月，降雪量较大，每年的冬春冷热交替强烈时，融雪后形成的雪水通过岩体裂缝渗漏到陡崖裂隙内，降低了裂缝的力学性能，同时，增加了裂缝内的水压力。此外，冻冰对岩石裂隙两壁产生巨大压力，当气温回升时，冰便融化，加于两壁的压力骤减，两壁遂向中央推回，在反复的冻结和融化过程中，岩石的裂隙就会扩大、增多，以致石块被分割出来，经此冻融作用后，岩石也亦形成棱角状的碎石，诱发危岩崩塌的发生。因此，降雨、融雪及冻融作用为研究区内危岩体产生崩塌的主要诱发因素之一。

2）地震条件，研究区域上属地震多发区，地震基本裂度位于Ⅷ度区，地震可导致构造裂隙发育、岩体破碎、应力急剧变化等，地震活动提供的地震力，仍将激发危岩体的进一步活动。在研究区内，较大的地震活动能够使危岩体结构面强度降低，同时还将使基岩产生水平地震力，使陡崖面稳定性降低，引发引发较大规模的崩塌。

3）人类工程活动，研究区内人工开挖边坡修建环山道路，使得上覆山体失去支撑，破坏了岩体的平衡状态，使原有的裂隙、裂缝加宽加深，形成不稳定岩体，从而加剧了危岩体失稳产生崩塌灾害。

4 结论

1）研究区内的地质灾害类型为崩塌，主要分布于额尔齐斯河左岸的山体陡倾边坡，根据崩塌灾害所处的陡崖位置、威胁对象和崩塌坡向不同的特征从东向西共划分为9段崩塌（隐患）段。陡崖坡上分布有27个典型危岩体，均为岩质崩塌（隐患），崩塌类型岩质崩塌（隐患）为滑移式及倾倒式，研究区内崩塌规模均为中-小型。

2）研究区内崩塌灾害，其形成机制主要为早期河谷河流切割或人工开挖形成的高陡边坡，由于卸荷作用，应力重新分布后在边坡卸荷区内形成拉张裂缝，并与构造裂隙和层理结构面等其它裂隙组合，逐步贯通形成危岩体，在地震或爆破震动、降水等外力触发作用下，导致危岩体突然脱离母体，翻滚、坠落下来，散堆于坡脚。

3）研究区内崩塌灾害的影响因素主要包括地形地貌、地层岩性、地质构造、风化、降水和融雪、地震及人类工程活动等。其中主导因素为地形地貌、地层岩性、地质构造；而诱发因素为降水和融雪、地震及人类工程活动等。

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Development and Genetic Mechanism of Avalanche Hazard at the Koktokay Hydropower Station

LI Xiao-ping HAN Peng

(The First Hydrogeological and Engineering Geological Party, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources, Ürümqi 830091)

The present paper has a discussion on development, distribution and genetic mechanism of avalanche hazard at the Koktokay Hydropower Station based on landform, meteorology, lithology, geological structure, hydrogeological and engineering geological conditions. 27 unstable rock masses and various avalanche hazards are distributed over the left bank of the Ertix River. The influence factors include landform, lithology, geological structure, weathering, rainfall, ice melt water, earthquake and human engineering activities.

avalanche; development; influence factor; Koktokay Hydropower Station

2018-07-02

李晓平（1986-），男，甘肃省天水市，工程师，主要从事水文地质、工程地质和环境地质方面的工作

P642.21

A

1006-0995（2019）02-0280-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.02.021