2.2　岷江紫坪铺水库塌岸

2.2.1　工程概况

紫坪铺水库位于四川省都江堰市麻溪乡,岷江上游干流处,其坝基在紫坪铺镇紫坪村。该水库于2001年3月29日动工,2002年11月截流,2004年12月1日蓄水,2005年5月第1台机组发电,2006年12月竣工。紫坪铺水库工程为面板堆石坝,最大坝高156.00m,正常蓄水位877.00m,死水位817.00m,总库容11.12亿m3,总装机容量76万kW。工程枢纽区水工建筑物即坝后地面厂房(4台机组)、紧邻右坝端的开敞式溢洪道、4条引水发电隧洞、1条冲砂隧洞和2条由导流隧洞改造而成的泄洪排砂隧洞都布置在右岸。水库枢纽区距都江堰市和成都市分别为9km和67km。沿江两岸均有公路相通,交通方便。

库区河流属岷江水系,支流有草坡河,渔子溪、寿溪河。这些支流延伸方向大体与构造线一致。山区沟谷呈树枝状,进入平原河渠向南东呈扇状分布。山区河谷切割深,地形陡峭,河床比降为2.3%～10.06%,水流湍急,水量丰富。

紫坪铺水库运行方式分为3个阶段:汛期(6—9月),在满足下游综合用水条件下保证出力发电,水位控制在850.00m高程汛限水位;蓄水期(10—11月),水库由850.00m高程汛限水位逐渐蓄至877.00m高程最高蓄水位。蓄水过程中要满足下游综合用水和水电站出力不低于保证出力的要求;供水期(12月至次年5月),水库根据综合用水需要供水,水位按调度图消落。

所测的17条剖面分布的区域(图2.9),均为宽谷型库段,说明该段岸坡的基岩主要为岩质较软的岩石,塌岸堆积体中的块碎石岩性主要为长石石英砂岩、炭质页岩。

库岸变形破坏的主要模式主要有滑移型、蠕滑变形体、坍塌型、侵蚀-剥蚀型等。

2.2.2　典型塌岸事件分析

紫坪铺水库共调查发现塌岸17处,大部分为滑移型塌岸。

(1)1—1'实测剖面位于漩口镇寿江大桥上游200m处的寿溪河左岸,实测剖面见图2.10。实测水位870.00m,磨蚀角31.67°,水上坡角48°。该塌岸横向宽约20m,纵向长约40m,厚约6m,估计方量为0.48万m3。

坡残积物质成分为:0～30.6m碎石土,灰白色,灰褐色。碎石主要成分为长石石英砂岩,粒径ϕ>20cm约占5%,ϕ=20～10cm约占15%,ϕ=10～5cm约占35%,ϕ=5～2cm约占20%,ϕ=2～0.2cm约占20%;其余为黏性土。结构中密—密实,碎石颗粒呈棱角状。其中0～8m为人工堆石,故坡度近于垂直。30.6～38.6m块碎石土,灰白色,块碎石主要成分为长石石英砂岩,块石含量不低于70%,堆积紧密,潮湿,表面因风化而呈褐色,有黏性。

该塌岸发生时间可能是2007年春季水库泄水过程中。

(2)2—2'实测剖面位于漩口镇寿江大桥上游约200m处的寿溪河右岸,实测剖面见图2.11。实测水位864.00m,磨蚀角19.3°,水上坡角29°。该塌岸横向宽约50m,纵向长约70m,厚约10m,估计方量为3.5万m3。

坡残积物质成分为:0～54.8m块碎石土,灰白色,浅灰色。块碎石主要成分为长石石英砂岩,含少量黑色炭质页岩,粒径ϕ>20cm约占25%,ϕ=20～10cm约占15%,ϕ=10～5cm约占15%,ϕ=5～2cm约占20%,ϕ=2～0.2cm约占20%;其余为黏性土。结构中密—密实,碎石颗粒呈棱角状。堆积体旁侧有地下水出露,地下水较丰富。

该塌岸发生时间可能是2006年春季水库泄水过程中。

(3)紫坪铺水库3—3'实测剖面见图2.12,塌岸总体特征见图2.13。

3—3'实测剖面位于漩口镇寿江大桥上游230m处的寿溪河右岸,实测水位862.00m,磨蚀角28.6°,水上坡角51°。该塌岸横向宽约60m,纵向长约100m,厚约8m,估计方量为4.8万m3。

坡积物质成分为:0～102.5m碎石土,灰黑色,黑色。碎石主要成分为黑色炭质页岩,粒径ϕ=10～5cm约占10%,ϕ=5～2cm约占20%,ϕ=2～0.2cm约占65%;其余为黏性土。结构中密—密实,有一定固结,碎石颗粒呈棱角状。

该塌岸发生时间可能是在2006年春季水库泄水过程中。

(4)紫坪铺水库4—4'实测剖面见图2.14。

4—4'实测剖面位于漩口镇寿江大桥下游约230m处的寿溪河右岸,实测水位860.00m,磨蚀角30.7°,水上坡角35°。该塌岸横向宽约40m,纵向长约200m,厚约10m,估计方量为8万m3。

坡残积物质成分为:0～139.5m块碎石土,灰白色,灰色。碎石主要成分为长石石英砂岩、花岗岩,其中堆积体表层为冲积形成的卵石、圆砾以及粉细砂层,粒径ϕ>20cm约占10%,ϕ=10～5cm约占20%,ϕ=5～2cm约占30%,ϕ=2～0.2cm约占20%;粉砂、细砂约占10%;其余为黏性土。结构中密—密实,有一定固结,潮湿。堆积体前缘砂层呈台阶状,湿润—饱和。堆积体表层卵砾石层中卵砾石磨圆度好,呈次圆或圆形,并且呈现出沉积韵律。堆积体前缘表面有明显的被库水冲刷、淘蚀的痕迹,堆积体边缘有地下水出露。

该塌岸发生时间可能是在2007年春季水库泄水过程中。

(5)紫坪铺水库5—5'实测剖面见图2.15,为滑移型塌岸。

5—5'实测剖面位于漩口镇寿江大桥下游约230m处寿江左岸的寿溪河右岸,实测水位861.00m,磨蚀角30.7°,水上坡角40°。该塌岸横向宽约50m,纵向长约50m,厚约5m,估计方量为1.25万m3。

坡积物质成分为:0～48.9m碎石土,灰黑色,黑色。碎石主要成分为黑色炭质页岩,粒径ϕ=10～5cm约占10%,ϕ=5～2cm约占30%,ϕ=2～0.2cm约占60%;其余为黏性土。结构中密—密实,有一定固结,潮湿,碎石颗粒呈棱角状。

该塌岸发生时间可能是2006年春季水库泄水过程中。

(6)6—6'实测剖面位于漩口镇寿江大桥下游寿溪河右岸,实测剖面见图2.16,实测水位867.00m,磨蚀角28.3°,水上坡角35.5°。该塌岸横向宽约50m,纵向长约50m,厚约6m,估计方量为1.5万m3。

坡积物质成分为:0～89.2m碎石土,灰白色,灰色。碎石主要成分为粉砂岩,粒径ϕ=10～5cm约占10%,ϕ=5～2cm约占30%,ϕ=2～0.2cm约占50%;其余为黏性土。结构中密—密实,有一定固结,潮湿,局部段地下水较发育,碎石颗粒呈棱角状。

该塌岸发生时间可能是2006年春季水库泄水过程中。

(7)紫坪铺水库7—7'实测剖面见图2.17,为滑移型塌岸,实测水位867.00m,磨蚀角46.5°。该塌岸横向宽约30m,纵向长约40m,厚约5m,估计方量为0.6万m3。

坡残积物质成分为:0～21.2m碎石土,灰白色,灰褐色。碎石主要成分为黑色炭质页岩褐少量黄褐色砂岩,粒径ϕ=10～5cm约占10%,ϕ=5～2cm约占25%,ϕ=2～0.2cm约占50%;其余为黏性土。结构中密—密实,有一定固结,潮湿,碎石颗粒呈棱角状。21.2～23.2m卵石土,其下为基岩—黑色炭质页岩,故该处为一基座型河流阶地,卵石土为土黄色,卵石约占55%,粒径多为6～20cm。

该塌岸发生时间可能是2007年冬季水库蓄水过程中。

(8)紫坪铺水库8—8'实测剖面见图2.18,实测水位866.00m,磨蚀角9°。该塌岸横向宽约90m,纵向长约60m,厚约15m,估计方量为8.1万m3。

坡残积物质成分为:0～72.4m卵石土,黄褐色。卵石主要成分为长石石英砂岩,卵石约占55%,粒径多为6～20cm;其余为黏性土。结构中密—密实,有一定固结,潮湿。该塌岸堆积体表面见较多横向延伸的台阶,前缘的台阶相对高差约0.3～1m,可能是库水上升前当地老乡垦殖形成的;后缘的台阶竖向错动约1.5～3m,为岸坡塌岸时形成。

该塌岸发生时间可能是2006年春季水库泄水过程中。

(9)紫坪铺水库9—9'实测剖面见图2.19,为滑移型塌岸,实测水位865.00m,磨蚀角34.4°。该塌岸横向宽约30m,纵向长约10m,厚约5m,估计方量为0.15万m3。

坡残积物质成分为:0～22m碎石土,黄褐色。碎石约占55%,粒径多为6～10cm,碎石成分多为长石石英砂岩,粒径ϕ=10～5cm约占20%,ϕ=5～2cm约占30%,ϕ=2～0.2cm约占40%;其余为黏性土。结构中密—密实,有一定固结,潮湿。

该塌岸发生时间可能是2006年春季水库泄水过程中。

(10)紫坪铺水库10—10'实测剖面见图2.20,实测水位866.00m,磨蚀角24.3°。该塌岸横向宽约15m,纵向长约40m,厚约10m,估计方量为0.6万m3。

坡残积物质成分为:0～30.2m碎石土,灰黑色。碎石约占55%,粒径多为6～12cm,碎石成分多为黑色炭质页岩,粒径ϕ=10～5cm约占25%,ϕ=5～2cm约占30%,ϕ=2～0.2cm约占40%;其余为黏性土。结构中密—密实,有一定固结,潮湿。

该塌岸发生时间可能是2006年春季水库泄水过程中。

(11)紫坪铺水库11—11'实测剖面见图2.21,为滑移型塌岸。实测水位867.00m,磨蚀角39.7°。该塌岸横向宽约10m,纵向长约20m,厚约5m,估计方量为0.1万m3。

坡残积物质成分为:0～30.2m砾石土,表层为灰黑色,下部为土黄色,浅土黄色。砾石约占50%,粒径多为2～5cm,砾石成分多为长石石英砂岩和炭质页岩,结构中密—密实,有一定固结,潮湿。

该塌岸发生时间可能是2006年春季水库泄水过程中。

(12)紫坪铺水库12—12'实测剖面见图2.22,实测水位863.00m,磨蚀角42.4°。该塌岸横向宽约10m,纵向长约20m,厚约5m,估计方量为0.1万m3。

坡残积物质成分为:0～8.4m碎石土,浅灰色、土黄色。砾石约占55%,粒径ϕ=10～5cm约占30%,ϕ=5～2cm约占30%,ϕ=2～0.2cm约占20%;其余为粉质黏土。碎石成分多为长石石英砂岩、泥岩、炭质页岩,结构中密—密实,有一定固结,潮湿。

该塌岸发生时间可能是2007年春季水库泄水过程中。

(13)紫坪铺水库13—13'实测剖面见图2.23,实测水位863.00m,磨蚀角26.8°。该塌岸横向宽约10m,纵向长约25m,厚约5m,估计方量为0.125万m3。

坡残积物质成分为:0～15.4m碎石土,褐黄色。碎石含量约占35%,粒径ϕ>5cm者约占15%,ϕ=2～5cm者约占30%,ϕ<2cm者约占55%。泥土约占65%,碎石成分多为炭质页岩,结构中密—密实,有一定固结,潮湿。

该塌岸发生时间可能是2007年春季水库泄水过程中。

(14)紫坪铺水库14—14'实测剖面见图2.24,实测水位865.00m,磨蚀角33°。

坡残积物质成分为:0～11.1m碎石土,灰黑色。碎石含量约占25%,其中粒径ϕ>5cm者约占10%,ϕ=2～5cm者约占25%,ϕ<2cm者为65%;其余为粉质黏土。碎石成分多为炭质页岩,结构中密—密实,有一定固结,湿润。

(15)紫坪铺水库15—15'实测剖面见图2.25,实测水位868.00m,磨蚀角34.7°。该塌岸横向宽约30m,纵向长约30m,厚约5m,估计方量为0.45万m3。

坡残积物质成分为:0～24.5m碎石土,褐黄色。碎石含量约占30%,其中粒径ϕ>5cm者约占20%,ϕ=2～5cm者约占30%,ϕ<2cm者为50%;碎石成分多为泥岩,少量砂岩,结构中密—密实,有一定固结,潮湿。

该塌岸发生时间可能是2006年春季水库泄水过程中。

(16)紫坪铺水库16—16'实测剖面见图2.26,实测水位867.00m,磨蚀角26.8°。

坡残积物质成分为:0～21m碎石土,褐黄色。碎石含量约占20%,其中粒径ϕ>5cm者约占10%,ϕ=2～5cm者约占30%,ϕ<2cm者为60%;黏土约占80%,碎石成分多为泥岩和炭质页岩,结构中密—密实,有一定固结,潮湿—湿润。

(17)紫坪铺水库17—17'实测剖面见图2.27,实测水位866.00m,磨蚀角31.1°。该塌岸横向宽约20m,纵向长约10m,厚约3m,估计方量为600m3。

坡残积物质成分为:0～13.2m碎石土,褐黄色。块石含量约占15%,碎石含量约占30%,其中粒径ϕ>5cm者约占20%,ϕ=2～5cm者约占35%,ϕ<2cm者为45%,粉质黏土约占55%,结构中密—密实,有一定固结,潮湿。

该塌岸发生时间可能是2007年春季水库泄水过程中。

此次塌岸调查,在对紫坪铺水库库区塌岸斜坡进行大量现场实测的基础上,绘出了各塌岸的剖面图,统计、分析了该水库的岸坡结构类型、塌岸模式、塌岸预测参数。通过以上这些工作,得出以下结论。

(1)紫坪铺水库的塌岸在库区各段第四系残坡堆积岸坡中均有分布,且在左右两岸发育的概率大致相等。

(2)在所测的17条剖面中,塌岸估计方量为:最小为600m3,最大为8.1万m3,平均为1.9877万m3。可见,紫坪铺水库库岸再造是以小型塌岸为主,大中型的塌岸发育较少,这主要是由于实测剖面区地貌上为高山峡谷地貌,河谷普遍较狭窄,斜坡上第四系残坡积覆盖层厚度不大,难以形成较大体积的库岸失稳。

(3)紫坪铺水库岸坡的塌岸模式是滑移型,该类型又可细分为3种模式:古滑坡复活型、松散堆积层浅表部滑移型、沿基覆界面滑移型,其中沿基覆界面滑移型一条(4—4'剖面),其他的16条都是松散堆积层浅表部滑移型。可见,紫坪铺水库库区塌岸是以松散堆积层浅表部滑移型为主。

(4)紫坪铺水库塌岸特征参数是:冲磨蚀角(α),最小为9°,最大为46.5°,多数分布在20°～40°,平均为29.8°;水上稳定坡角(β),最小为29°,最大为51°,多数分布在30°～45°,平均为40.6°。

(5)影响塌岸模式及塌岸特征参数的因素有:①岸坡结构及物质组成,主要包括岸坡结构、基覆界面埋深及产状、土石组构、密实度、含水量、胶结程度等。一般地,纯土质岸坡或基覆界面埋深浅、陡倾向临空面方向的岸坡和粗颗粒含量少、密实度低、含水量高、胶结程度低的岸坡最容易发生塌岸,且其塌岸特征参数往往较低。②库水动力条件,主要是指库水及风浪对岸坡的浸润、冲刷、磨蚀、搬运作用。一般地,越靠近下游,库水对岸坡的作用越强烈,特别是在水库蓄水、泄水期间,随着库水位的快速抬升、降低,岸坡最容易发生塌岸。