地质灾害强发育区某水库成库条件分析

2025-03-10孙翊博李承中

科技创新与应用 2025年6期

摘" 要：某水库位于地质灾害强发育区，崩塌、滑坡、泥石流发育会影响蓄水安全。该文对水库区的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件和主要物理地质现象等基本地质条件进行详细分析，并在此基础上进一步分析库区存在的主要工程地质问题。研究表明，库区地质灾害对库岸边坡有一定的影响，蓄水后松散层和风化岩岸坡存在塌岸再造现象，但规模不大。此外，水库蓄水后不存在永久渗漏问题、浸没影响较小、诱发地震可能性小。总体来说，地质灾害对库区蓄水安全影响不大。

关键词：地质灾害；水库；成库条件；坍岸再造；地质工程

中图分类号：TV62" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2025）06-0077-04

Abstract： A certain reservoir is located in an area with strong geological disasters. Collapse， landslides， and debris flows develop， affecting the safety of water storage. This paper makes a detailed analysis of the basic geological conditions such as topography， stratum lithology， geological structure， hydrogeological conditions， and main physical geological phenomena of the reservoir area， and on this basis， further analyzes the main engineering geological problems existing in the reservoir area. Research shows that geological disasters in the reservoir area have a certain impact on the bank slopes of the reservoir. After impoundment， the loose layers and weathered rock slopes have bank collapse and reconstruction， but the scale is not large. In addition， there is no permanent leakage problem after the reservoir is stored， the impact of immersion is small， and the possibility of inducing earthquakes is small. Overall， geological disasters have little impact on the safety of water storage in the reservoir area.

Keywords： geological disaster; reservoir; reservoir forming conditions; bank collapse reconstruction; geological engineering

长塘水库位于广西壮族自治区桂林市永福县永福镇、龙江乡、百寿镇，坝址位于永福镇长塘村西河峡谷出口附近，工程任务以供水、灌溉为主，结合防洪，兼顾发电等综合利用。坝址以上集水面积1 059 km2，总库容2.35亿m3。建设内容主要为碾压混凝土重力坝，最大坝高77.5 m。

长塘水库库区地形地貌条件复杂，岩土体工程地质性质较差，地质构造较复杂，库区有崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害发育。

1" 库区基本地质条件

1.1" 地形地貌

库区地貌类型为侵蚀-剥蚀中低山，河谷形态总体呈“V”型，两岸山体雄厚，山坡较陡，坡度一般为30～40°，多岩体裸露，植被较好。山顶高程普遍在400 m以上，高差在150 m以上。两岸各支流河谷形态、河谷宽度等相差较大。

1.2" 地层岩性

库区内出露地层包括震旦系（Z），寒武系（∈）和泥盆系（D），泥盆系与下伏震旦系和寒武系呈角度不整合接触。分布第四系松散堆积物（Q）包括全新统冲洪积、残坡积和洪坡积物。

1.3" 地质构造

库区内岩体为沉积岩，并经历多期构造运动，地质构造十分发育，有复式褶皱、断层、裂隙和层面，岩石存在轻度变质现象。库区岩层总体走向为NWW向，受构造影响，倾向和倾角变化较大，以陡倾角为主，倾角一般45～70°，局部区域岩层倾角20°左右。

1.4" 水文地质条件

库区地表水网发育，沿西河干流两岸有多条较大支流及支沟发育，且切割深度均较大。切割深度一般50～100 m不等。地表水主要接受大气降水和表层孔隙潜水的补给，向西河干流排泄。沟内一般常年流水，部分小支沟季节性流水，总体地表水受季节性影响较大。按赋存条件，水库区地下水类型主要为松散堆积物孔隙潜水和基岩裂隙水。

1.5" 主要物理地质现象

库区主要为岩质岸坡，且以横向坡为主，斜向坡、反向坡和顺向坡次之，受河流冲刷侵蚀、岩体风化卸荷和人工开挖活动等影响，岸坡岩体易发生拉裂变形、崩塌破坏。岩体表层一般普遍分布有厚度2～5 m的残坡积含碎石砂质黏土层，因此易发生浅表层滑坡。根据调查，库区发育滑坡31处、崩塌5处。

库区发育沟谷型小型水石流1处，位于库区支流大田河左岸，流域面积约0.34 km2，最低处高程212 m，相对高差389 m。

2" 主要地质问题

2.1" 水库渗漏

库区河谷呈“V”字型，两岸山体高大雄厚，不存在低于正常蓄水位的地形邻谷。水库正常蓄水位以下库周和库盆岩体主要由寒武系清溪组（∈q）、泥盆系莲花山组（D1l）砂岩、泥岩、页岩和硅质岩等组成，层状结构，均为透水性差岩体。

库尾末端上游约1.5 km局部南北向河段分布少量泥盆系桂林组（D3g）可溶岩（白云质灰岩、灰岩），岩溶形态主要为零星发育的溶洞和溶蚀裂隙，无岩溶管道分布。在该河段以南存在一个垂直于河道的地下分水岭，该分水岭封闭了地下岩溶水向南的渗漏通道；东、西两侧均为碎屑岩体并存在地下分水岭。由此造成该段河段岩溶水流向北，并最终汇入西河，成为库区范围内地表水和地下水补给来源的一部分。

库区发育永福-龙胜断裂（F2）分支断层，该断层在库区中游河段与西河支流近平行或呈小角度斜交，角砾岩、糜棱岩和硅化等现象发育，断层带普遍胶结良好，渗透性差，不会构成管道型的渗漏通道。

库区地表泉水出露位置和地下水位长期观测结果来看，库区两岸地下水位高于河水位，地下水位向两岸逐渐抬升，且存在高于正常蓄水位的地下分水岭。

2.2" 水库岸坡稳定

2.2.1" 库岸边坡类型

根据库岸地质结构、边坡分布的岩土体、结构面发育程度及其组合关系、表生地质作用程度等，将库岸边坡结构划分为松散介质的土质边坡、层状结构的岩质边坡及岩土混合边坡。

1）土质边坡物质组成主要为第四系全新统坡残积的碎石土或黏土、粉质黏土等；结构松散，易受冲刷入库，一般形成浅表层土质滑坡。

2）层状或互层状结构岩质边坡物质组成为砂岩及泥、页岩，夹炭质页岩及硅质岩，薄层～中厚层为主，少量的厚层状构造；岸坡变形主要受原生结构面控制。

3）岩土混合边坡上部主要为第四系全新统坡残积的碎石土或黏土、粉质黏土等；下伏薄层～中厚层状的砂岩及泥、页岩。边坡破坏形式一般为浅表层覆盖层首先失稳，进而牵引下部破碎岩体塌滑。

河段段长56.4 km，土质边坡、岩质边坡及岩土混合边坡长度分别为1.3、52.9、2.2 km，各占岸线总长度的93.79%、2.30%、3.90%。

2.2.2" 水库坍岸预测

库区回水线附近局部分布土质岸坡，部分临河前缘岸坡地形变化较大，部分坡段坡角大，地层主要为第四系全新统坡残积碎石土、冲洪积含砂（砾）粉质黏土或粉土等，结构松散，抗冲刷能力弱，易发生坍岸。

通过实测岸坡地形断面结合工程地质类比和经验确定岸坡稳定坡角，用图解法确定最终坍岸宽度。水库按正常蓄水位蓄水后，变幅带（死水位170 m～多年平均流量回水位之间岸坡）稳定坡角可类比原河道最高洪水位至平水位之间岸坡平均坡角，水上（多年平均流量回水位以上）岸坡自然稳定坡角可类比原河道最高洪水位以上现状稳定岸坡的坡角，水下浅滩（死水位170 m以下）坡角根据工程经验取值。根据现场调查，碎石土及含砂（砾）粉质黏土水下稳定岸坡角α在15～20°之间，水上稳定岸坡角β在30～35°之间。

经计算，库区蓄水后两岸坍岸岸线长度约为2.3 km，占岸线总长的2.04%，土质边坡、岩土混合边坡分别占43.4%、56.6%。预测最终坍岸宽度为29.1～32.3 m，多年平均流量回水位以上坍岸影响面积约为7.06万m2。

2.2.3" 水库滑坡

库区共发育31处滑坡，主要分布在公路沿线，多发生于浅表层，均为小型土质滑坡。由于人工开挖导致坡脚破坏，表层松散堆积物剥落或强风化岩体沿岩土界线及软弱结构面向凌空一侧滑动，以倒石堆形式堆积在坡面下部和坡脚，雨后滑坡现象尤其明显。其中6处滑坡位于正常蓄水位（196 m）以下；10处滑坡位于正常蓄水位至校核洪水位（201 m）之间；15处滑坡位于校核洪水位以上。

以库区中段典型滑坡H34为例，滑坡位于山坡底部，滑坡顶部为较平坦的林地，滑坡体地面坡度约35～55°，植被以松树、桉树和杂草为主，上覆土层为粉质黏土，厚约0.5～2.5 m，下伏基岩为寒武系清溪组砂岩，滑动面为泥岩层面（图1），面较为平直光滑，产状NW300°/SW∠46°，为逆向坡，滑坡前缘位于公路边，局部坡度35～45°，受人工削坡形成临空面，滑坡最大宽度约20 m，最大长度约17 m，深度约0.5～1.0 m，总方量约160 m3，滑坡后缘台坎高约0.6 m，局部土层已被人工清理，露出较为光滑的岩层面。该滑坡现状不稳定。

库区31处滑坡均具有产生滑动的地形、岩土条件及结构面，主要受人工削坡和降水的影响，滑体残留土层有顺着结构面继续滑动的可能，现状不稳定或稳定性差；其中10处滑坡已停滑，现状基本稳定。

水库蓄水后部分滑坡位于水位变动带附近，极易引发滑坡的再次发生，主要威胁对象为林地及农田。

2.2.4" 水库崩塌

库区共发育5处崩塌，均为小型崩塌，坡高一般6～16 m，坡角60～80°。崩塌处岩石较为硬脆，发育多组节理面，在降水及人工扰动下，表层风化、卸荷岩土体剥落，进而发生崩坠，雨后崩塌现象尤其明显。崩塌堆积物主要由大块石及碎石土组成，堆积厚度一般不超过10 m。其中2处崩塌位于正常蓄水位至校核洪水位之间；3处崩塌位于校核洪水位以上。

以库区典型崩塌B09为例，崩塌位于山坡底部，整体地面坡度约55～65°，崩塌下方为县级道路（龙福路），因修路开挖形成了高约10～12 m，坡度约70～80°的边坡，植被以松树和杂草为主，上覆土层为粉质黏土，厚约0.5～1.0 m，下伏基岩为寒武系清溪组砂岩（图2），岩体较完整，风化差异不明显，地层产状NW300°/SW∠62°，崩塌宽度约15 m，高度约12 m，厚度约0.5～1.0 m，危岩体总方量约84 m3。倒石堆高约3 m，宽约7 m，块石含量约75%，最大块石粒径约120 cm×60 cm×50 cm。崩塌体以切向坡的层状基岩碎石崩落为主，局部夹少量的中风化块石，该崩塌已发生，现状不稳定，进一步发展可能性较大。其主要因修路不当挖方造成切角，产生了高陡临空面，边坡上的岩土长期暴露于空气中，未经支护，风化剧烈，受降水的影响，进而产生崩塌。

库区5处崩塌均具有产生崩塌的地形、岩体条件及结构面，主要受人工削坡和降水的影响，崩塌残留岩体沿结构面存在继续塌滑的可能，现状不稳定或稳定性差。

水库蓄水后部分崩塌位于水位变动带附近，极易引发崩塌的再次发生，主要威胁对象为库周公路局部路段，对附近林地亦有不利影响。

2.2.5" 库岸稳定评价

根据库岸地形地貌特征、地层岩性、岩石强度、岩体风化程度、岩体结构特征、坡体变形破坏程度及水文地质条件等控制因素，将库岸稳定程度分为4类，其库岸变形破坏类型分别为：稳定库岸多为中厚层均质层状岸坡、逆向岸坡或横向岸坡，破坏形式为表层覆盖层和浅层松动岩块塌滑入库；基本稳定库岸为斜向坡或顺向坡，破坏形式为表层覆盖层和浅层松动岩块塌滑入库、局部岩块受结构面不利组合影响，出现楔形掉块；稳定性较差库岸为岩土混合岸坡，破坏形式为表层土体塌滑入库；稳定性差库岸为土质岸坡，破坏类型为塌岸。水库区现状条件下，稳定、基本稳定、稳定性较差的岸坡岸线长度分别为3.4、107.5、2.2 km，各占岸线总长度的3.0%、95.1%、1.9%。建库后，稳定、基本稳定、稳定性较差和稳定性差的岸坡岸线长度分别为3.4、103.0、4.7和2.0 km，分别占岸线总长度的3.0%、91.0%、4.2%和1.8%。

水库建成后，水位上升，部分岸坡的稳定性变差。岸坡失稳主要是覆盖层坍岸和陡坡地段小规模崩塌或滑坡，主要损毁林（耕）地，对局部路段亦有不利影响，局部岸段坍岸范围内还涉及民房，也为水库淤积提供物质来源。综上所述，水库蓄水后库岸以岩质岸坡为主，总体稳定—基本稳定。局部库岸岸坡稳定性较差—差，存在库岸再造问题。

2.3" 水库浸没

水库正常蓄水位附近和以上大多为岩体斜坡，局部覆盖有较薄土层。根据现场调查结果，含砾粉质黏土毛细水上升高度约为0.5 m，主要农作物（砂糖桔、罗汉果等）根系深度一般0.3～0.5 m；依此确定农田浸没Hcr临界地下水埋深为0.8～1.0 m，因此高程196.8～197.0 m附近存在农田浸没问题。民房多为砌石基础，基础埋置深度一般为0.8～1.0 m，依此确定建筑物浸没Hcr临界地下水埋深约为1.3～1.5 m，因此高程197.3～197.5 m附近存在建筑物浸没问题。

根据调查统计结果，库区两岸共有8处耕地（其中左岸4处，右岸4处）及23处民居（其中左岸11处，右岸12处）受到浸没影响，浸没影响面积共计约0.035 km2。农田及建筑物浸没程度以轻微为主，仅个别建筑物为严重浸没。

2.4" 水库诱发地震

工程区基本地震动峰值加速度为0.05 g，相应地震烈度为6度，周围不存在活动性断裂，工程场地区域构造稳定性好。因此，水库区不会产生构造破裂型诱发地震。

库盆岩体普遍为透水性较差的砂岩、泥岩和硅质岩，软、硬岩相间，透水性较差。岩石强度、岩体组成和渗透性都不利于岩体内应力集中，不利于水库诱发地震的产生。

根据设计方案，库水位最大抬升高度约60 m，形成的水体荷载不大，不利于产生水库诱发地震。

3" 结论

水库区所在河段两岸山体高大雄厚，不存在低于正常蓄水位的地形邻谷；库盆主要由砂岩、泥岩、硅质岩等构成，岩体渗透性差；穿过库区并延伸至库外的几条断层宽度不大，破碎带结构紧密；两岸存在高于正常蓄水位的地下分水岭。水库蓄水后不存在永久渗漏问题。

库区地质灾害强发育，但崩塌、滑坡、泥石流均为小型，未发现大体积崩塌、滑坡现象。水库岸坡蓄水后基本稳定；预计蓄水后松散层和风化岩岸坡存在塌岸再造现象，但规模不大。塌岸主要分布在西河干流库尾上游部分路段及部分支流回水线附近，塌岸影响范围内主要为农田及零星民居。水库蓄水后会受到岸坡再造影响。

正常蓄水位附近和以上大多为岩质陡坡，居民点和耕地稀少，除局部存在浸没问题外，不存在大的水库浸没问题。

工程区构造稳定性好，库盆主要由渗透性差的砂岩、泥岩和硅质岩等构成，水库蓄水后诱发地震的可能性较小。

参考文献：

[1] 王世梅，潘宇晨，王力，等.三峡库区大坪滑坡变形对前缘塌岸的响应分析[J].工程地质学报，2021，29（3）：647-656.