紅石巖堰塞湖成因模式分析對應急排險的指導意義

高　靜，　周 志 東，　林 芳 芳

(中國人民武裝警察部隊 水電第三總隊，四川 成都　611130)

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紅石巖堰塞湖成因模式分析對應急排險的指導意義

高靜，周 志 東，林 芳 芳

(中國人民武裝警察部隊 水電第三總隊，四川 成都611130)

紅石巖堰塞湖是云南魯甸地震形成的最大的堰塞湖，對上下游造成的威脅也是最大的。其成因為：牛欄江右岸邊坡巖體在地震作用下，經過剪斷—崩塌—滑移—堵江—蓄水形成。根據其成因特點與模式，在應急救援過程中，可以適度調整泄流槽開挖的邊坡坡度；對泄流槽內孤石進行以裸露爆破為主的爆破方式以加快排險進度；對邊坡殘留的不穩定塊體進行監測與預防是排險安全的重要保證。

紅石巖堰塞湖；成因模式；應急排險；泄流槽

1　紅石巖堰塞湖具有的特征

2014年8月3日16時30分左右，云南魯甸發生了里氏6.5級地震，震中位于魯甸縣境內，震源深度約12 km。引發牛欄江紅石巖村右岸山體崩塌，堵塞牛欄江，形成紅石巖堰塞湖(圖1)。該堰塞湖位于北緯23°2’1.1”，東經103°24’2.65”，高程1 100～1 250 m，堰塞體方量約為1 000萬m3。根據相關統計與計算，截至8月5日18時，堰塞湖的入湖水量為197 m3/s，下泄流量為80 m3/s，湖內水量約為4 960萬m3，并仍以0.16 m/h的速度上漲，在水位達到高程1 222 m時，堰塞湖總庫容將達到2.6億m3。蓄水到達1 211 m高程時，將淹沒其上游的水電站和大片民宅、土地，造成巨大的經濟損失。根據水利部編制的相關規范，其屬于高危堰塞湖，需要進行應急處理。

圖1　云南魯甸地震形成的紅石巖堰塞湖遙感圖(據國家地理信息測繪局)

2　堰塞體基本特征

2.1物質組成特征

崩塌體主要為泥盆系中統曲靖組白云質灰巖(D2q)，堰塞體與崩塌源區的物質成分是一致的，均為白云質灰巖形成的塊石、碎石以及巖粉或風化物、堆積物等。其中60%～70%為直徑1～4 m的塊石，個別塊石直徑在10 m以上，碎石約占總體積的20%，細粒的巖粉和風化土約占總體積的10%。物質結構主要表現為表層的架空結構、松散結構和堰塞體內的緊密堆積結構(主要是巖粉和風化土與塊石形成了緊密堆積，故堰塞湖體表現為弱滲水結構)。因此，牛欄江紅石巖堰塞湖是一個以塊石為主的弱透水堰塞湖。

2.2型態特征

堰塞體順河長度約750 m，頂寬320 m，高度為80～110 m。根據測算，堰塞體方量約為1 100萬m3。其表面起伏不平，主要為亂石堆。在順河流方向為一個不對稱的拱形，上游坡度較陡，坡度為30°～40°，下游坡度較緩，為20°～30°，頂部呈平緩形態。在垂直河流方向，整體表現為雙溝型，在其右側靠近中部有一溝槽，頂部高程為1 222 m，在其左側順岸坡有一 小 溝 槽，頂 部 高 程 為 1 230 m左右。

2.3滲透特征

由于白云質灰巖的脆性特征，在巖石崩塌滑落的運動過程中，產生了較多的碎石和巖粉，使堰塞體物質具備了一定級配，因此，堰塞體的滲透性能相對較差，在堰塞體壩后沒有發現大的管涌等滲漏，只有較小的滲漏點，總的滲漏流量約為0.03 m3/s。據初步判斷，物質滲透系數屬于弱透水到微透水。

3　堰塞湖地形地質特征及成因模式

3.1地形地貌

形成堰塞湖前，紅石巖段右岸崩塌區巖體陡峻，坡度在70°～90°之間，表現為基巖裸露，泥盆系白云質灰巖與奧陶系砂巖與泥巖互層，有小的臺階，植被較為發育(圖2)。右岸為老滑坡體,坡度為40°～50°，河谷呈不對稱的“V”字形。

圖2　紅石巖堰塞湖滑坡前原始地形地貌圖

3.2巖體結構

崩塌區巖層主要為泥盆系的白云質灰巖，其飽和單軸抗壓強度約為60～100 MPa，屬脆性巖石。下伏的奧陶系中厚層狀砂巖與泥巖互層，基本上沒有崩塌，處于穩定狀態。崩塌灰巖的產狀為N80°W/NE∠40°，有2組較為長大的裂隙切割，即 N60°～70°W/SW∠80°與N40°～50°E/SE∠70°，這兩組裂隙與巖層面、邊坡臨空面相互切割形成塊體，在卸荷與風化作用下裂隙具有一定的張開度，進一步弱化了巖體和結構面的穩定性。

3.3地震作用

魯甸“8.3”地震震級為6.5級，震源約12 km，屬于淺源地震。紅石巖堰塞湖距離震中僅10 km左右的距離(圖3)，滑塌區與震中呈背坡，坡面與地震波的入射角基本上垂直，地震波傳播過程中，壓縮波在背坡的自由面形成倍增的反射拉伸波(圖4)，導致巖體碎裂化并產生能量釋放，特別是表面波，其攜帶的能量約占總能量的67%(體積波P波和S波攜帶能力分別為7%和26%)，故遇到臨空面時地震波能量釋放大，導致邊坡巖體結構破壞，邊坡失穩崩塌，亦為地震中的“背坡效應”，所以其右岸巖體的穩定性受到的地震破壞程度比左岸強烈，邊坡失穩。

圖3　震中與紅石巖位置關系示意圖

圖4　地震波傳播對邊坡的作用示意圖

3.4成因模式分析

其成因是邊坡巖體結構整體形成了不穩定體，但是局部仍處于鎖骨狀態，在自然狀態下，邊坡保持臨界平衡狀態；當地震發生時，地震波的作用促使巖體碎裂化并震松，鎖骨段在重力和地震應力作用下剪斷，在地震應力波的作用下發生高位推移拋射，導致邊坡崩塌失穩，崩塌體沿下方坡面滑移堵塞牛欄江，蓄水形成堰塞湖(圖1)。整個滑塌過程處于高速狀態，經測算，主體崩塌滑落時間約為9～10 s。

綜上所述，其形成模式可以概括為：剪斷—推移—拋射—崩塌—滑移—堵江。剪斷與推移主要是地震作用的結果，崩塌和滑移主要是重力作用的結果。

4　了解堰塞湖成因對應急排險具有的指導意義

了解堰塞湖成因對應急排險具有以下指導意義：

一是排險方案為“堰塞體頂部開挖底寬5 m、深8 m、坡比1∶1.5的泄流槽”。對于開挖泄流槽，由于崩塌體的塊體級配較好，滲透性小，有利于開挖邊坡的穩定，故其坡度可以適度放緩；經初步計算，不大于1∶1的坡度開挖邊坡均可以穩定。

二是滑塌體巖性為白云質灰巖。在高速運動過程，經過9～10 s的相互碰撞，巖石損傷較大，加之巖石為脆性，巖塊體的強度下降較多，巖體會產生一系列的微裂縫，從而為裸露爆破創造了條件；對于較大的孤石，多采用裸露爆破進行孤石爆破，可以節約鉆孔時間，為排險贏得寶貴的時間。

三是由于其是因地震引起的剪斷—推移—崩塌—滑移型的堵江，邊坡殘留的不穩定塊體很多，因此，泄流槽不能設置在右側塌滑體之下，而應與塌滑體保持適度的距離。同時，在開挖初期，利用開挖的渣料在泄流槽右側開挖邊坡頂部修建擋渣墻，作為防護的手段。

四是較大的余震和大雨對邊坡的危巖體穩定性影響很大，所以，一方面要加強對巖體的監測；另一方面也必須加強對天氣預報和余震的預報，排險人員在大雨時有必要做適當的停工，避免造成人員傷亡；對于大的余震，要按照應急預案進行撤離或避險。

5　探　討

成因模式對應急排險具有一定的指導意義，但排險還需與交通條件、設備類型等結合起來，方能探討出有效的排險方式。

牛欄江兩岸為高山峽谷，梯級電站開發完成后，紅石巖堰塞湖位于 電站大壩的下游、發電廠房的上游，之間設置有輸水洞和泄洪洞等建筑物，這些建筑物的泄洪能力應該滿足一定的標準，也應該制定相應的應急處理措施。但是，地震發生后，當地沒有應急力量，處理不及時，導致堰塞湖蓄水，從而對上下游人民的生命和財產形成危害和危險，因此，加強水電站應急力量建設和應急處置演習應是電站建成后的必修課，以有效應對地震等自然災害，將災害的危害程度減小到最低。

我國屬于地災多發、頻發區，因此，提高抗震標準是減少災害損失的重要手段，無論公路、水電站、房屋等建筑物或構筑物都有必要適度提高抗災標準。

6　結　語

堰塞湖的成因對應急救援排險具有重要的指導意義。根據成因，可以對排險技術方案、施工措施、安全措施進行指導和優化，為科學排險、安全排險提供依據。紅石巖堰塞湖是一個地震誘發山體崩塌形成的堰塞湖，其成因模式可以概括為：剪斷—推移—拋射—崩塌—滑移—堵江模式。由于在其形成過程中巖塊的相互碰撞，產生了很多巖粉，其堆積體級配相對較好，表現為弱滲漏，有利于泄流槽開挖邊坡的穩定；巖塊相互碰撞、彼此損傷，微裂隙進一步發育，有利于孤石裸露爆破。這種成因模式造成崩塌區殘留了較多危巖體，因此，在排險過程中必須做好安全監測，特別是大余震和大雨時做好緊急避險就顯得尤為重要。

[1]許強，裴向軍，黃潤秋，等，著.汶川地震大型滑坡研究[M].北京：科學出版社，2009.

[2]汪旭光，等，編著.工程爆破手冊[M].北京：冶金工業出版社，2011.

[3]黃潤秋，許強，陶連金，林峰，著.地質災害過程模擬和過程控制研究[M].北京：科學出版社，2002.

(責任編輯：李燕輝)

2016-07-12

[TV221.2];X4;TV51

B

1001-2184(2016)04-0043-03

高靜(1984-)，女，河南新鄉人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術和應急救援等工作；

周志東(1969-)，男，湖南新化人，高級工程師，博士，從事水利水電工程施工技術和應急救援等工作；

林芳芳(1985-)，女，安徽天長人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作.