2.2　岷江紫坪鋪水庫塌岸

2.2.1　工程概況

紫坪鋪水庫位于四川省都江堰市麻溪鄉(xiāng),岷江上游干流處,其壩基在紫坪鋪鎮(zhèn)紫坪村。該水庫于2001年3月29日動(dòng)工,2002年11月截流,2004年12月1日蓄水,2005年5月第1臺(tái)機(jī)組發(fā)電,2006年12月竣工。紫坪鋪水庫工程為面板堆石壩,最大壩高156.00m,正常蓄水位877.00m,死水位817.00m,總庫容11.12億m3,總裝機(jī)容量76萬kW。工程樞紐區(qū)水工建筑物即壩后地面廠房(4臺(tái)機(jī)組)、緊鄰右壩端的開敞式溢洪道、4條引水發(fā)電隧洞、1條沖砂隧洞和2條由導(dǎo)流隧洞改造而成的泄洪排砂隧洞都布置在右岸。水庫樞紐區(qū)距都江堰市和成都市分別為9km和67km。沿江兩岸均有公路相通,交通方便。

庫區(qū)河流屬岷江水系,支流有草坡河,漁子溪、壽溪河。這些支流延伸方向大體與構(gòu)造線一致。山區(qū)溝谷呈樹枝狀,進(jìn)入平原河渠向南東呈扇狀分布。山區(qū)河谷切割深,地形陡峭,河床比降為2.3%～10.06%,水流湍急,水量豐富。

紫坪鋪水庫運(yùn)行方式分為3個(gè)階段:汛期(6—9月),在滿足下游綜合用水條件下保證出力發(fā)電,水位控制在850.00m高程汛限水位;蓄水期(10—11月),水庫由850.00m高程汛限水位逐漸蓄至877.00m高程最高蓄水位。蓄水過程中要滿足下游綜合用水和水電站出力不低于保證出力的要求;供水期(12月至次年5月),水庫根據(jù)綜合用水需要供水,水位按調(diào)度圖消落。

所測的17條剖面分布的區(qū)域(圖2.9),均為寬谷型庫段,說明該段岸坡的基巖主要為巖質(zhì)較軟的巖石,塌岸堆積體中的塊碎石巖性主要為長石石英砂巖、炭質(zhì)頁巖。

庫岸變形破壞的主要模式主要有滑移型、蠕滑變形體、坍塌型、侵蝕-剝蝕型等。

2.2.2　典型塌岸事件分析

紫坪鋪水庫共調(diào)查發(fā)現(xiàn)塌岸17處,大部分為滑移型塌岸。

(1)1—1'實(shí)測剖面位于漩口鎮(zhèn)壽江大橋上游200m處的壽溪河左岸,實(shí)測剖面見圖2.10。實(shí)測水位870.00m,磨蝕角31.67°,水上坡角48°。該塌岸橫向?qū)捈s20m,縱向長約40m,厚約6m,估計(jì)方量為0.48萬m3。

坡殘積物質(zhì)成分為:0～30.6m碎石土,灰白色,灰褐色。碎石主要成分為長石石英砂巖,粒徑?>20cm約占5%,?=20～10cm約占15%,?=10～5cm約占35%,?=5～2cm約占20%,?=2～0.2cm約占20%;其余為黏性土。結(jié)構(gòu)中密—密實(shí),碎石顆粒呈棱角狀。其中0～8m為人工堆石,故坡度近于垂直。30.6～38.6m塊碎石土,灰白色,塊碎石主要成分為長石石英砂巖,塊石含量不低于70%,堆積緊密,潮濕,表面因風(fēng)化而呈褐色,有黏性。

該塌岸發(fā)生時(shí)間可能是2007年春季水庫泄水過程中。

(2)2—2'實(shí)測剖面位于漩口鎮(zhèn)壽江大橋上游約200m處的壽溪河右岸,實(shí)測剖面見圖2.11。實(shí)測水位864.00m,磨蝕角19.3°,水上坡角29°。該塌岸橫向?qū)捈s50m,縱向長約70m,厚約10m,估計(jì)方量為3.5萬m3。

坡殘積物質(zhì)成分為:0～54.8m塊碎石土,灰白色,淺灰色。塊碎石主要成分為長石石英砂巖,含少量黑色炭質(zhì)頁巖,粒徑?>20cm約占25%,?=20～10cm約占15%,?=10～5cm約占15%,?=5～2cm約占20%,?=2～0.2cm約占20%;其余為黏性土。結(jié)構(gòu)中密—密實(shí),碎石顆粒呈棱角狀。堆積體旁側(cè)有地下水出露,地下水較豐富。

該塌岸發(fā)生時(shí)間可能是2006年春季水庫泄水過程中。

(3)紫坪鋪水庫3—3'實(shí)測剖面見圖2.12,塌岸總體特征見圖2.13。

3—3'實(shí)測剖面位于漩口鎮(zhèn)壽江大橋上游230m處的壽溪河右岸,實(shí)測水位862.00m,磨蝕角28.6°,水上坡角51°。該塌岸橫向?qū)捈s60m,縱向長約100m,厚約8m,估計(jì)方量為4.8萬m3。

坡積物質(zhì)成分為:0～102.5m碎石土,灰黑色,黑色。碎石主要成分為黑色炭質(zhì)頁巖,粒徑?=10～5cm約占10%,?=5～2cm約占20%,?=2～0.2cm約占65%;其余為黏性土。結(jié)構(gòu)中密—密實(shí),有一定固結(jié),碎石顆粒呈棱角狀。

該塌岸發(fā)生時(shí)間可能是在2006年春季水庫泄水過程中。

(4)紫坪鋪水庫4—4'實(shí)測剖面見圖2.14。

4—4'實(shí)測剖面位于漩口鎮(zhèn)壽江大橋下游約230m處的壽溪河右岸,實(shí)測水位860.00m,磨蝕角30.7°,水上坡角35°。該塌岸橫向?qū)捈s40m,縱向長約200m,厚約10m,估計(jì)方量為8萬m3。

坡殘積物質(zhì)成分為:0～139.5m塊碎石土,灰白色,灰色。碎石主要成分為長石石英砂巖、花崗巖,其中堆積體表層為沖積形成的卵石、圓礫以及粉細(xì)砂層,粒徑?>20cm約占10%,?=10～5cm約占20%,?=5～2cm約占30%,?=2～0.2cm約占20%;粉砂、細(xì)砂約占10%;其余為黏性土。結(jié)構(gòu)中密—密實(shí),有一定固結(jié),潮濕。堆積體前緣砂層呈臺(tái)階狀,濕潤—飽和。堆積體表層卵礫石層中卵礫石磨圓度好,呈次圓或圓形,并且呈現(xiàn)出沉積韻律。堆積體前緣表面有明顯的被庫水沖刷、淘蝕的痕跡,堆積體邊緣有地下水出露。

該塌岸發(fā)生時(shí)間可能是在2007年春季水庫泄水過程中。

(5)紫坪鋪水庫5—5'實(shí)測剖面見圖2.15,為滑移型塌岸。

5—5'實(shí)測剖面位于漩口鎮(zhèn)壽江大橋下游約230m處壽江左岸的壽溪河右岸,實(shí)測水位861.00m,磨蝕角30.7°,水上坡角40°。該塌岸橫向?qū)捈s50m,縱向長約50m,厚約5m,估計(jì)方量為1.25萬m3。

坡積物質(zhì)成分為:0～48.9m碎石土,灰黑色,黑色。碎石主要成分為黑色炭質(zhì)頁巖,粒徑?=10～5cm約占10%,?=5～2cm約占30%,?=2～0.2cm約占60%;其余為黏性土。結(jié)構(gòu)中密—密實(shí),有一定固結(jié),潮濕,碎石顆粒呈棱角狀。

該塌岸發(fā)生時(shí)間可能是2006年春季水庫泄水過程中。

(6)6—6'實(shí)測剖面位于漩口鎮(zhèn)壽江大橋下游壽溪河右岸,實(shí)測剖面見圖2.16,實(shí)測水位867.00m,磨蝕角28.3°,水上坡角35.5°。該塌岸橫向?qū)捈s50m,縱向長約50m,厚約6m,估計(jì)方量為1.5萬m3。

坡積物質(zhì)成分為:0～89.2m碎石土,灰白色,灰色。碎石主要成分為粉砂巖,粒徑?=10～5cm約占10%,?=5～2cm約占30%,?=2～0.2cm約占50%;其余為黏性土。結(jié)構(gòu)中密—密實(shí),有一定固結(jié),潮濕,局部段地下水較發(fā)育,碎石顆粒呈棱角狀。

該塌岸發(fā)生時(shí)間可能是2006年春季水庫泄水過程中。

(7)紫坪鋪水庫7—7'實(shí)測剖面見圖2.17,為滑移型塌岸,實(shí)測水位867.00m,磨蝕角46.5°。該塌岸橫向?qū)捈s30m,縱向長約40m,厚約5m,估計(jì)方量為0.6萬m3。

坡殘積物質(zhì)成分為:0～21.2m碎石土,灰白色,灰褐色。碎石主要成分為黑色炭質(zhì)頁巖褐少量黃褐色砂巖,粒徑?=10～5cm約占10%,?=5～2cm約占25%,?=2～0.2cm約占50%;其余為黏性土。結(jié)構(gòu)中密—密實(shí),有一定固結(jié),潮濕,碎石顆粒呈棱角狀。21.2～23.2m卵石土,其下為基巖—黑色炭質(zhì)頁巖,故該處為一基座型河流階地,卵石土為土黃色,卵石約占55%,粒徑多為6～20cm。

該塌岸發(fā)生時(shí)間可能是2007年冬季水庫蓄水過程中。

(8)紫坪鋪水庫8—8'實(shí)測剖面見圖2.18,實(shí)測水位866.00m,磨蝕角9°。該塌岸橫向?qū)捈s90m,縱向長約60m,厚約15m,估計(jì)方量為8.1萬m3。

坡殘積物質(zhì)成分為:0～72.4m卵石土,黃褐色。卵石主要成分為長石石英砂巖,卵石約占55%,粒徑多為6～20cm;其余為黏性土。結(jié)構(gòu)中密—密實(shí),有一定固結(jié),潮濕。該塌岸堆積體表面見較多橫向延伸的臺(tái)階,前緣的臺(tái)階相對(duì)高差約0.3～1m,可能是庫水上升前當(dāng)?shù)乩相l(xiāng)墾殖形成的;后緣的臺(tái)階豎向錯(cuò)動(dòng)約1.5～3m,為岸坡塌岸時(shí)形成。

該塌岸發(fā)生時(shí)間可能是2006年春季水庫泄水過程中。

(9)紫坪鋪水庫9—9'實(shí)測剖面見圖2.19,為滑移型塌岸,實(shí)測水位865.00m,磨蝕角34.4°。該塌岸橫向?qū)捈s30m,縱向長約10m,厚約5m,估計(jì)方量為0.15萬m3。

坡殘積物質(zhì)成分為:0～22m碎石土,黃褐色。碎石約占55%,粒徑多為6～10cm,碎石成分多為長石石英砂巖,粒徑?=10～5cm約占20%,?=5～2cm約占30%,?=2～0.2cm約占40%;其余為黏性土。結(jié)構(gòu)中密—密實(shí),有一定固結(jié),潮濕。

該塌岸發(fā)生時(shí)間可能是2006年春季水庫泄水過程中。

(10)紫坪鋪水庫10—10'實(shí)測剖面見圖2.20,實(shí)測水位866.00m,磨蝕角24.3°。該塌岸橫向?qū)捈s15m,縱向長約40m,厚約10m,估計(jì)方量為0.6萬m3。

坡殘積物質(zhì)成分為:0～30.2m碎石土,灰黑色。碎石約占55%,粒徑多為6～12cm,碎石成分多為黑色炭質(zhì)頁巖,粒徑?=10～5cm約占25%,?=5～2cm約占30%,?=2～0.2cm約占40%;其余為黏性土。結(jié)構(gòu)中密—密實(shí),有一定固結(jié),潮濕。

該塌岸發(fā)生時(shí)間可能是2006年春季水庫泄水過程中。

(11)紫坪鋪水庫11—11'實(shí)測剖面見圖2.21,為滑移型塌岸。實(shí)測水位867.00m,磨蝕角39.7°。該塌岸橫向?qū)捈s10m,縱向長約20m,厚約5m,估計(jì)方量為0.1萬m3。

坡殘積物質(zhì)成分為:0～30.2m礫石土,表層為灰黑色,下部為土黃色,淺土黃色。礫石約占50%,粒徑多為2～5cm,礫石成分多為長石石英砂巖和炭質(zhì)頁巖,結(jié)構(gòu)中密—密實(shí),有一定固結(jié),潮濕。

該塌岸發(fā)生時(shí)間可能是2006年春季水庫泄水過程中。

(12)紫坪鋪水庫12—12'實(shí)測剖面見圖2.22,實(shí)測水位863.00m,磨蝕角42.4°。該塌岸橫向?qū)捈s10m,縱向長約20m,厚約5m,估計(jì)方量為0.1萬m3。

坡殘積物質(zhì)成分為:0～8.4m碎石土,淺灰色、土黃色。礫石約占55%,粒徑?=10～5cm約占30%,?=5～2cm約占30%,?=2～0.2cm約占20%;其余為粉質(zhì)黏土。碎石成分多為長石石英砂巖、泥巖、炭質(zhì)頁巖,結(jié)構(gòu)中密—密實(shí),有一定固結(jié),潮濕。

該塌岸發(fā)生時(shí)間可能是2007年春季水庫泄水過程中。

(13)紫坪鋪水庫13—13'實(shí)測剖面見圖2.23,實(shí)測水位863.00m,磨蝕角26.8°。該塌岸橫向?qū)捈s10m,縱向長約25m,厚約5m,估計(jì)方量為0.125萬m3。

坡殘積物質(zhì)成分為:0～15.4m碎石土,褐黃色。碎石含量約占35%,粒徑?>5cm者約占15%,?=2～5cm者約占30%,?<2cm者約占55%。泥土約占65%,碎石成分多為炭質(zhì)頁巖,結(jié)構(gòu)中密—密實(shí),有一定固結(jié),潮濕。

該塌岸發(fā)生時(shí)間可能是2007年春季水庫泄水過程中。

(14)紫坪鋪水庫14—14'實(shí)測剖面見圖2.24,實(shí)測水位865.00m,磨蝕角33°。

坡殘積物質(zhì)成分為:0～11.1m碎石土,灰黑色。碎石含量約占25%,其中粒徑?>5cm者約占10%,?=2～5cm者約占25%,?<2cm者為65%;其余為粉質(zhì)黏土。碎石成分多為炭質(zhì)頁巖,結(jié)構(gòu)中密—密實(shí),有一定固結(jié),濕潤。

(15)紫坪鋪水庫15—15'實(shí)測剖面見圖2.25,實(shí)測水位868.00m,磨蝕角34.7°。該塌岸橫向?qū)捈s30m,縱向長約30m,厚約5m,估計(jì)方量為0.45萬m3。

坡殘積物質(zhì)成分為:0～24.5m碎石土,褐黃色。碎石含量約占30%,其中粒徑?>5cm者約占20%,?=2～5cm者約占30%,?<2cm者為50%;碎石成分多為泥巖,少量砂巖,結(jié)構(gòu)中密—密實(shí),有一定固結(jié),潮濕。

該塌岸發(fā)生時(shí)間可能是2006年春季水庫泄水過程中。

(16)紫坪鋪水庫16—16'實(shí)測剖面見圖2.26,實(shí)測水位867.00m,磨蝕角26.8°。

坡殘積物質(zhì)成分為:0～21m碎石土,褐黃色。碎石含量約占20%,其中粒徑?>5cm者約占10%,?=2～5cm者約占30%,?<2cm者為60%;黏土約占80%,碎石成分多為泥巖和炭質(zhì)頁巖,結(jié)構(gòu)中密—密實(shí),有一定固結(jié),潮濕—濕潤。

(17)紫坪鋪水庫17—17'實(shí)測剖面見圖2.27,實(shí)測水位866.00m,磨蝕角31.1°。該塌岸橫向?qū)捈s20m,縱向長約10m,厚約3m,估計(jì)方量為600m3。

坡殘積物質(zhì)成分為:0～13.2m碎石土,褐黃色。塊石含量約占15%,碎石含量約占30%,其中粒徑?>5cm者約占20%,?=2～5cm者約占35%,?<2cm者為45%,粉質(zhì)黏土約占55%,結(jié)構(gòu)中密—密實(shí),有一定固結(jié),潮濕。

該塌岸發(fā)生時(shí)間可能是2007年春季水庫泄水過程中。

此次塌岸調(diào)查,在對(duì)紫坪鋪水庫庫區(qū)塌岸斜坡進(jìn)行大量現(xiàn)場實(shí)測的基礎(chǔ)上,繪出了各塌岸的剖面圖,統(tǒng)計(jì)、分析了該水庫的岸坡結(jié)構(gòu)類型、塌岸模式、塌岸預(yù)測參數(shù)。通過以上這些工作,得出以下結(jié)論。

(1)紫坪鋪水庫的塌岸在庫區(qū)各段第四系殘坡堆積岸坡中均有分布,且在左右兩岸發(fā)育的概率大致相等。

(2)在所測的17條剖面中,塌岸估計(jì)方量為:最小為600m3,最大為8.1萬m3,平均為1.9877萬m3。可見,紫坪鋪水庫庫岸再造是以小型塌岸為主,大中型的塌岸發(fā)育較少,這主要是由于實(shí)測剖面區(qū)地貌上為高山峽谷地貌,河谷普遍較狹窄,斜坡上第四系殘坡積覆蓋層厚度不大,難以形成較大體積的庫岸失穩(wěn)。

(3)紫坪鋪水庫岸坡的塌岸模式是滑移型,該類型又可細(xì)分為3種模式:古滑坡復(fù)活型、松散堆積層淺表部滑移型、沿基覆界面滑移型,其中沿基覆界面滑移型一條(4—4'剖面),其他的16條都是松散堆積層淺表部滑移型。可見,紫坪鋪水庫庫區(qū)塌岸是以松散堆積層淺表部滑移型為主。

(4)紫坪鋪水庫塌岸特征參數(shù)是:沖磨蝕角(α),最小為9°,最大為46.5°,多數(shù)分布在20°～40°,平均為29.8°;水上穩(wěn)定坡角(β),最小為29°,最大為51°,多數(shù)分布在30°～45°,平均為40.6°。

(5)影響塌岸模式及塌岸特征參數(shù)的因素有:①岸坡結(jié)構(gòu)及物質(zhì)組成,主要包括岸坡結(jié)構(gòu)、基覆界面埋深及產(chǎn)狀、土石組構(gòu)、密實(shí)度、含水量、膠結(jié)程度等。一般地,純土質(zhì)岸坡或基覆界面埋深淺、陡傾向臨空面方向的岸坡和粗顆粒含量少、密實(shí)度低、含水量高、膠結(jié)程度低的岸坡最容易發(fā)生塌岸,且其塌岸特征參數(shù)往往較低。②庫水動(dòng)力條件,主要是指庫水及風(fēng)浪對(duì)岸坡的浸潤、沖刷、磨蝕、搬運(yùn)作用。一般地,越靠近下游,庫水對(duì)岸坡的作用越強(qiáng)烈,特別是在水庫蓄水、泄水期間,隨著庫水位的快速抬升、降低,岸坡最容易發(fā)生塌岸。