三峡库区消落带典型地质灾害成因分析

三峡库区消落带典型地质灾害成因分析

一、引言

水库的水位涨落带，又称为消落带，是指由于季节性水位涨落而使库区周边被淹土地周期性地露出水面的区域。根据三峡工程方案，为了使库区长期保持绝大部分有效库容，三峡水库将采取蓄清排浑的运行方式，即：在每年汛期(6～9月)，长江上游来沙量最大之前，将库区水位降至145m，并在汛期开闸放水排沙，而在汛期后则关闭闸门，将库水位升至175m，拦蓄清水以发挥水库效益。所以三峡水库建成后，将在库区两库形成永久性的水位季节涨落地带，即三峡库区消落带。

二、问题的提出

三峡库区是我国滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的多发区。在三峡水利枢纽工程建成以后，由于水位大幅度变动，江水对岸坡的强烈改造作用比过去无疑将增强百倍；加之库区突击性的城镇建设和水库诱发地震，以及全球气候变暖，人类将面临更多的暴雨和洪水灾害，三峡库区地质环境及地质灾害的问题因而将变得更为严峻。此外，由于其库岸因长期浸泡和浪击前缘的不断冲刷，必然导致岸坡岩体整体稳定性下降，加速滑波进程，给库区带来更大威胁。同时，三峡大坝建成后，在这近千公里长的岸坡受到高达30m周期性库水水位涨落的影响下，岸坡岩体的稳定性将会发生怎样的变化以及如何处理处在滑波体上的居民点、厂矿和耕地已经成为三峡移民工作的重点，始终是一个十分严峻而又不可回避的非常现实的问题，亟待研究和解决。

因此，开展三峡库区水位周期涨落变化对库区地质灾害及其库区内工程岩体稳定性的影响研究，对于科学地认识大坝建成蓄水后库岸边坡及其危岩体的稳定性和危险性，制定库区防灾减灾的中长远规划具有重要的现实意义。

三、消落带典型地质灾害形成机制

三峡库区消落带典型地质灾害主要有滑坡、崩塌，其中以滑坡最为严重。消落带滑坡按岩性划分为：岩质滑坡和松散堆积层滑坡两大类。岩质滑坡按滑动的空间位置可进一步分为顺层滑坡和切层滑坡两个亚类，其中顺向层状体滑坡占绝大多数。

3．1岩质顺层滑坡

消落带滑坡分布受地层岩性组合的控制，区内岩层以泥灰岩、泥质灰岩、钙质泥岩、砂岩、页岩和煤层为主，区内层状岩层组成的层状体岩坡具有软硬相间的结构特征，尤其是顺向坡。较强的构造应力作用使软硬岩层相互错动，软硬岩层接触面上产生应力差，使得岩层内部发育有多组构造裂隙从而破坏了岩体的完整性，有利于地下水的活动消落带长江干流地段发生岩体顺层滑坡部分，多位于三面临空地带，前缘被长江切割临空，两侧发育有深切冲沟，后缘为高陡山坡，再加上风化作用等外营力的各种作用，岸坡逐步松动变形破坏，使岸坡岩体连续性、完整性不断遭受破坏，稳定性及力学强度不断降低。

库水对消落带岸坡的地质作用主要包括改变库岸外表形态的浪蚀作用，引起岸坡岩土物理力学性质发生变化的库水浸泡作用、岸坡地质体渗流场发生改变的库水渗透作用，以及库水的静水压力、浮托力和动水压力作用等。当水位由145m升至175m时，随着地下水位的升高，使岩质斜坡底部的潜在滑动面浸水软化或泥化，孔隙水压力增大抗剪强度降低；同时原来斜坡阻滑的前缘部位，受消落带库水浮托，降低了阻滑力，从而引起岸坡沿软弱滑动面顺层活动。尤其在库水位快速降落时坡体内孔隙水来不及随库水位下降而排出，坡体内仍维持较高的浸润面，随着地下水坡降的增大，而形成渗透压力，这时库水对岸坡的挤压力消失，一方面减少抗滑力，另一方面又增加了下滑力，因此易引起岸坡顺层破坏。

在图l中标注了库水位自175m降至145m间库区消落带可能出现的、瞬即性静、动水压力图形，该图形同裂隙分布格局之间的相互关系可提示岸坡的变形趋势。

消落带岸坡产生顺层失稳破坏，其演化机制模式主要有三种主要类型：滑移一拉裂型破坏、滑移一剪断型破坏和滑移一弯曲型破坏。其中滑移一弯曲滑动占多数，其形成过程为：消落带岸坡受江水下蚀，形成高陡层状斜坡，岸坡岩体沿层间挤压带发生卸荷回弹，在重力作用下岩层发生弯曲变形，随时间的推移，层状岩体流变、弯曲变形进一步加剧，形成类似褶曲的“X”裂隙和两个弯曲端的张裂带，再继续变形，两个弯曲端的岩层被褶断。当斜坡变形体上部顺层挤压带和沿张裂带或“X”剪裂隙的抗滑力低于变形体的滑动力时，变形体下滑形成滑坡。在滑坡形成过程中，当滑体沿顺层挤压带和“X”剪裂隙贯通时，可形成滑坡体，此时滑坡规模较小；当滑坡沿下面的张裂隙贯通时，滑坡规模加大；当滑体下滑，同时或不同步地沿两个顺层挤压带下滑并贯通下部张裂隙时，可形成具有两组以上滑面的滑坡，或在不同步的情况下形成主、次滑坡体。

3．2第四系堆积层滑坡

消落带库岸的第四系堆积层物质成因各异，主要为残崩坡堆积物，少部分冲洪积阶地漫滩堆积物，物质成分以含碎石粉质粘土、粘土及碎块石土为主。堆积土层物质的成因决定了其具有下列特点：结构松散，粘结力小，透水能力强，岩相复杂而多变，不同时期不同成因的物质可以在很短的距离内先后出现并相互交错。在变形滑移过程中，坡体不仅产生整体滑移，而且还产生较大的塑性变形和流变变形。库水冲刷作用下，堆积层岸坡前部被掏蚀，前缘临空，当抗滑力不足以抵抗下滑时，从而失去支撑而产生滑动。尤其是库水位接近各种软弱结构面的高程时，在地下水的作用下，软弱结构面软化导致滑坡的发生和发展。库水位由145m升高到175m时，随着水位的上升，周围的地下水位也随之上升，使地下水和库水共同作用于岩土体介质中和岸坡表面，对岩土体产生物理、化学和力学的作用。物理作用主要是软化和泥化岩土体中断层带物质和软弱夹层物质，从而使岩土体的强度降低；化学作用主要是通过水一岩土体离子交换、溶解、水化等作用来改变岩土体的结构而降低其强度；力学作用主要通过空隙静水压力和空隙动水压力作用对岩土体的力学性质施加影响。空隙静水压力减小岩土体中法向应力而降低岩土体强度，空隙动水压力对岩土体产生推力而降低岸坡的稳定系数。堆积层滑坡由于滑体物质与下伏基岩的透水性不同，基岩顶面往往构成隔水顶板，此处物质在库水和地下水的长期浸泡和风化作用下强度降低而形成滑带；另一方面堆积层岩土体为不同成因的物质交错重叠而成，从而导致不同层次问渗水性、富水性的差异，造成不规则的上层滞水或多层带状水，相对隔水层的顶面也可能成为滑面。由于堆积层坡体为松散堆积体，其抗剪强度很小，所以有张应力出现的部位很容易形成张裂隙，在边坡后壁附近常出现张裂隙。堆积层坡体变形破坏的初期表现为蠕滑拉裂变形，同时地表出现弧形拉裂缝或多级滑坡台阶，随着坡脚进一步下切以及地下水位升高引起的软弱夹层或裂 隙的软化，从而产生整体滑移破坏。由于堆积体滑坡比较松散 ，粘聚力较低 ，在滑移过程 中坡体在岩土颗粒的碰撞力和滑移惯性力的作用下很容易解体，形成滑坡碎屑流。

3．3 崩塌

崩塌以倾倒 ( 外倾型)和倾滑 ( 内倾型)为主要破坏形式，有时崩塌与坡积同时发生而形成崩坡积层，如图2所示。其中崩塌体以孤、块、碎石为主体且多架空 ，堆积区间有限，崩坡积体以细粒成分乃至土质成分增多且堆积面积大。

消落带岸坡崩塌失稳的地质背景是：易变形碎屑岩组在燕山期挤压褶皱、断裂、层间揉皱以及劈理化之后 ，区域构造应力场的转化使这类构造多次压、张交替 ，使岩体十分破碎，后经长江的持续下切和两岸冲沟的形成，使岸坡一带岩体进一步卸荷松弛，风化作用深入岩体深部，最终形成宽厚的松动域——碎块石体自重应力——形变场。

卸荷松动域的应力——应变场调整过程是：先在铅直方向的下坠沉陷压密 ，压密密度

自地表向岩体内部递增；然后 ，当碎块石体内部存在以反倾向裂隙为主体相互追踪 ，块体周边刚度变化 ，进而出现旋转或表层块体倾例、倾滑等多种变形形式。

消落带崩塌的形成一般经历三个阶段 ，即库岸岩体结构特征的演异阶段 、岩体的时效变形破坏阶段以及岩体破坏阶段。受周期性的库水位升降作用和侵蚀切割形成岸坡陡崖带，改变了岩体的原来力学环境条件 ，导致岩体结构面的表土改造作用。由于卸荷作用 ，陡崖岩体产生回弹效应 ，陡倾角裂隙进一步扩容 ，形成卸荷裂隙带，卸荷裂隙带的形成为其进入时效变形破坏阶段创造了条件。受风化作用、地下水作用等因素作用，岸坡基底泥岩或泥质砂岩夹层的风化、软化、崩解，形成风化穴、软弱基座；在上伏岩体自重等外载荷作用下发生压缩流变及向临空方向的剪切流变。坡体上缘及基底部位产生部分张裂隙，局部锁固段破坏 ，陡倾角裂隙带进一步拉裂扩张，从而逐渐形成危岩体。库岩坡体在经历上述变形破坏后 ，受降雨 、地下水周期升降以及裂隙充水等因素触发，发生崩塌破坏。

四、 结 语

本文结合消落带的具体特征，对三峡库区消落带岩质顺层滑坡、堆积层滑坡、崩塌的产生机理作了分析。库区消落带滑坡崩塌的形成，是在漫长的地质历史进程 中，地壳内外营力相互作用 的结果其中地质地貌为滑坡发育提供了必要 的边界条件特别是岩体中的软弱夹层 的存在及空间展布特点是控制坡体失稳或酿成滑动面最终导致滑波产生的基础。暴雨、消落带水位的周期性涨落是区内诱发滑坡最活跃的因素，客观上起加速滑坡发育进程的作用。正确分析、确定地质灾害的形成机制是预防地质灾害的前提与基础 ，滑坡、崩塌地质灾害的产生受多种因素共同影响和控制，必须以全面、联系的观点 ，综合应用岩土力学、工程地质学等学科知识来分析其形成机制。随着岩土勘探技术、监测技术 、工程力学的发展 ，对消落带滑坡、崩塌等典型地质灾害的形成机理研究还有待于进一步深入和完善。

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