可可托海水電站崩塌災害發育特征及形成機制分析

李曉平，韓 鵬

可可托海水電站崩塌災害發育特征及形成機制分析

李曉平，韓 鵬

（新疆地礦局第一水文工程地質大隊，烏魯木齊 830091）

在對可可托海水電站地形地貌、氣象水文、地層巖性、地質構造、水文地質條件以及工程地質條件等分析的基礎上，對該研究區崩塌災害的分布特征、發育特征以及形成機制進行了分析。研究結果表明：研究區崩塌災害主要分布于額爾齊斯河左岸的山體陡傾邊坡，共分布有27個典型危巖體；崩塌類型巖質崩塌（隱患）為滑移式及傾倒式，崩塌規模均為中-小型；影響因素主要包括地形地貌、地層巖性、地質構造、風化、降水和融雪、地震及人類工程活動等。

崩塌；發育特征；影響因素；可可托海水電站

可可托海水電站位于富蘊縣東北24km處的額爾齊斯河左岸，距鐵買克鄉政府直線距離約4.8km，有842專用線及水電站新建的瀝青碎石道路可到達研究區，交通便利。由于崩塌災害對研究區水電站基礎設施，水電站職工、車輛以及前來參觀紅色教育基地的游客構成一定的威脅。因此，本文以新疆富蘊縣可可托海水電站崩塌災害為研究對象，在對研究區地形地貌、氣象水文、地層巖性、地質構造、水文地質條件以及工程地質條件等分析的基礎上，結合相關研究成果[1~10]，對新疆富蘊縣可可托海水電站崩塌災害的分布特征、發育特征以及形成機制進行了分析。通過對可可托海水電站崩塌災害發育特征和形成機制的分析，可以為為防治工程設計、施工提供依據。

1 研究區地質環境條件

1.1 地形地貌

研究區位于阿爾泰山脈的東段南麓，地形受北西向構造的控制與影響，總體地勢上自西南向東北呈階梯狀依次降低。山脈走勢呈北北西—北西向的弧狀彎曲，海拔高度一般1 500～1 700m，最高點位于研究區西南部，山體平均海拔1 600m左右，山體多發育有北西、北東向沖溝，均為季節性沖溝，呈梳狀或樹枝狀垂直于山體延伸，區內的額爾齊斯河谷底狹窄，河床寬25～80m，河床縱剖面起伏不平，橫剖面多呈“V”型，谷底高程1 142～1 152m，縱坡約2%。地貌主要包括低中山、河床和倒石堆。

1.2 氣象、水文

據富蘊縣氣象站2006~2015年觀測資料，區內多年平均氣溫為4.7℃，7月平均氣溫最高23.3℃，1月平均氣溫最低-18.0℃，具體見圖2-1。區內多年平均降水量199.0mm，其中7月最高降水量為22.39mm，8月最低降水量為10.11mm。區內多年平均蒸發量1309.92mm，其中7月最高蒸發量為223.98mm，1月最低蒸發量為10.11mm。

此外，區內常年性的地表徑流為額爾齊斯河，該河發源于新疆東北部中蒙邊境阿爾泰山南麓，河流全長4 422km，流域面積114 800km2，國內面積為52 730km2，國內干流長633km，多年平均徑流量111.1億m3。可可托海電站壩址位于額爾齊斯河的主要支流喀依爾特河和庫依爾特河匯合口處，壩址以上控制流域面積5 005km2，多年平均流量51.8m3/s，年徑流量16.3×108m3。

1.3 地層巖性

研究區出露地層主要為志留系、第四系以及華力西期侵入的巖漿巖。其中第四系在研究區內分布廣泛，堆積于基巖之上。主要分布于河床、沖溝、兩岸階地及岸坡，厚度變化大。

1.4 地質構造及新構造運動

研究區位于天山—興安褶皺區阿爾泰褶皺系克蘭地槽褶皺帶內，區域構造形跡由喀納斯-可可托海地槽褶皺帶、克蘭地槽褶皺帶、額爾齊斯擠壓帶三大褶皺、擠壓帶和康布鐵堡斷裂、庫爾提斷裂、科沙哈拉爾斷裂、額爾齊斯河斷裂、可可托海-二臺斷裂等五大斷裂組成，構造線方向主要為NWW和NNW向。

工程區新構造運動比較活躍，其特點是以上升運動為主，該區屬于上升區。由于山體的強烈上升，額爾齊斯河的強烈下切，形成相對高差達數百米的陡峭地形，河谷兩岸地形陡峻，山崖遍布，崩積塊石比較發育，崩積巖堆到處可見，這些均是強烈上升區的表現。

1.5 水文、工程地質條件

1）研究區地下水類型主要為基巖裂隙水、第四系松散巖類孔隙潛水。其中基巖裂隙水主要賦存運移于構造破碎帶和塊狀、層狀巖層裂隙中，地下水徑流通暢，交替強烈，礦化度低，水質良好。含水層巖性以花崗巖、混合巖為主，富水性差，透水性極不均勻；而第四系松散巖類孔隙潛水主要分布于透水性強的河中，水量豐富，與河水屬同一水體，接受上游河水補給，以河谷潛流的形式排泄于下游。

2）根據巖（土）體的不同建造類型、結構、巖石的物理力學性質，將研究區內出露的巖（土）體分為塊狀堅硬-較堅硬花崗巖類巖組、塊狀堅硬混合巖組以及碎石土單層土體等三類工程地質巖組。其中塊狀堅硬-較堅硬花崗巖類巖組廣泛分布于研究區北部；塊狀堅硬混合巖組在研究區南部局部可見，以志留系為主，巖性為一套石榴硅線黑云母石英片巖夾混合巖、變粒巖，石英閃長巖、局部地段相變為微晶片巖，變質酸性熔巖。

2 崩塌災害發育特征分析

2.1 地質災害類型及分布

研究區內崩塌災害主要分布在研究區山體西側、海子口水電站至水庫大壩的簡易便道西側。根據崩塌災害所處的陡崖位置、威脅對象和崩塌坡向的不同，從東北向西南共劃分為9段崩塌（隱患）段，崩塌段內共計分布有25個典型危巖體，除此之外，水庫大壩北側及二廠房一帶各分布有一處危巖體，研究區內共計分布有27個典型危巖體，均為巖質崩塌（隱患）。

在已發生崩塌落石的陡崖上仍然保留部分危巖體，巖體突兀，加之危巖體坡度多大于60°，臨空高差大，在降水及地震等外動力條件影響下，易形成滑移式、傾倒式崩塌。根據《滑坡崩塌泥石流災害調查規范（1∶50000）》（DZ/T0261-2014）中崩塌規模等級劃分標準，研究區崩塌災害多為小型崩塌；根據崩塌分類及特征，判定研究區巖質崩塌（隱患）主要以滑移式、傾倒式崩塌為主。

2.2 地質災害發育特征

研究區內地質災害主要為崩塌災害，對崩塌陡崖陡坡上相對獨立的危巖體圈出進行危巖體編號。由于研究區內危巖體較多，主要對26#危巖體和27#危巖體的發育特征進行詳細論述。

BT26、BT27兩處崩塌隱患點分別分布在研究區二廠房北側及研究區北部大壩北側，包含26#、27#危巖體，由于人工修筑工程開挖邊坡造成巖體破碎，坡度多分別為51°及73°。26#危巖體坡腳標高1 207m，坡頂標高1 258m，平均高差51m，陡坡巖性為石英閃長巖。27#危巖體坡腳標高1 160m，坡頂標高1 180m，平均高差20m，陡坡巖性為淺肉色細-中粒花崗巖，兩處危巖體表層均微風化，節理裂隙較發育，裂隙相互切割，形成1～4cm拉裂縫。受垂向裂隙和近水平層理節理影響形成大大小小塊體，互相支撐互相影響，如一處失穩崩塌，其它都可能受影響失穩崩落。危巖體總體積420m3。該兩處崩塌隱患點落石被水電站進行了人工清理，未見崩落塊石。

1）26#危巖體：26#危巖體，其長度為15m，寬為6m，厚度為3 m，體積270m3。發育三組裂隙結構面：第一組產狀為285°∠34°，與邊坡坡向近似垂直，間距1m，裂縫寬為0.2cm，無充填；第二組裂隙產狀205°∠79°，與邊坡坡向近似平行，間距0.8~3m，裂縫寬一般為1cm，無充填;第三組產狀310°∠25°，與邊坡坡向斜交，間距1~2m，裂縫寬一般為0.5cm，無充填。主要威脅對象是職工、二廠房。

2）27#危巖體：27#危巖體，其長度為10m，寬為5m，厚度為3 m，體積150m3。發育三組裂隙結構面：第一組產狀為110°∠37°，與邊坡坡向近似垂直，間距1.0m，裂縫寬為2cm，局部泥質充填；第二組裂隙產狀216°∠74°，與邊坡坡向近似平行，間距0.5~1m，裂縫寬一般為1cm，局部泥質充填；第三組產狀273°∠45°，與邊坡坡向斜交，間距1.5~2m，裂縫寬一般為0.1~2cm，局部泥質充填。主要威脅對象是職工、可可托海水庫大壩。

3 崩塌災害形成機制及影響因素分析

3.1 形成機制分析

研究區內的地質災害主要為中-小型的巖質崩塌，其形成機制主要為人工開挖形成的高陡邊坡，由于卸荷作用，應力重新分布后在邊坡卸荷區內形成拉張裂縫，并與構造裂隙和層理結構面等其它裂隙組合，逐步貫通形成危巖體，在地震或爆破震動、降水等外力觸發作用下，導致危巖體突然脫離母體，翻滾、墜落下來，散堆于坡腳。崩塌形式主要為傾倒式、滑移式。

1）滑移式崩塌，主要受兩組裂隙結構面控制，其中一組后緣卸荷拉張裂隙，傾角較陡；另一組為層理節理面、隱伏滑移面，危巖體重心在主控結構面內側。兩組結構面在危巖自身重力、震動、裂隙水壓力等作用下，危巖體沿主控結構面滑移變形、破壞，呈現壓剪破壞力學機理，最終失穩滑動、崩塌。21#危巖體如圖1（a）和（b）所示。

圖1 21#危巖體滑移式破壞模型圖

2）傾倒式崩塌，此危巖的主控結構面傾角變化較大，一般大于45°，多為陡崖或陡坡的卸荷張拉結構面，且主控結構面下端部存于陡崖或陡坡巖體內。危巖體的重心位于主控結構面外側受兩組裂隙結構面控制，在荷載作用下通常圍繞主控結構面的下端或下端部與臨空面的焦點旋轉傾倒破壞，危巖體呈現拉剪破壞力學機理。4#危巖體如圖1（a）和（b）所示。

3.2 影響因素分析

研究區內崩塌的形成因素主要受自然因素的影響，人為因素主要為山體坡腳修建環山道路切割巖形成高陡邊坡。影響崩塌形成的主導因素包括地形地貌、地層巖性、地質構造等因素，地形地貌條件做為主導因素之一，是危巖體產生崩塌災害的主要影響因素。誘發因素包括降水和融雪、地震及人類工程活動等因素，降雨、融雪及融凍、地震作用為研究區內危巖體產生崩塌的主要誘發因素。

圖2 4#危巖體傾倒式破壞模型圖

3.2.1 主導因素

1）地形地貌條件，陡峻斜坡地形是形成崩塌的必要條件，邊坡的地形地貌條件決定了崩塌的形成。主要表現為邊坡的高度和坡度的影響，以及邊坡坡形的影響。研究區邊坡陡峻，危巖主要分布在額爾齊斯河的左岸的陡崖、陡坡上，危巖體高度一般12～50m，坡度70°～86°，坡形主要以凸坡為主，次為凹坡。陡崖、陡坡作為危巖形成的基本條件之一，一方面促進了卸荷裂隙的發展，裂隙走向與坡向平行或斜交，另一方面高陡的陡崖、陡坡，加大了危巖崩塌產生的破壞力。地形地貌條件做為主導因素之一，是危巖體產生崩塌災害的主要影響因素。

2）地層巖性條件，研究區內組成陡崖巖質主要為塊狀構造的細-中粒花崗巖和石英閃長巖；這些巖體巖性較堅硬但性脆，抗風化能力強，易形成陡崖，孤石、在振動和重力的作用下，在陡崖處，易發生沿節理裂隙的張裂和巖體卸荷破碎，為崩塌災害提供了有利條件。

3）地質構造條件，研究區內新構造運動比較活躍，其特點是以上升運動為主。由于山體的強烈上升，額爾齊斯河的強烈下切，形成相對高差達數百米的陡峭地形，由于新構造運動的影響，巖體的完整性、穩定性均被破壞；巖體節理裂隙發育，節理裂隙面則主要成為崩塌的控制結構面，發育密集的節理裂隙將巖體切割為大小不一的不規則形，亦為降水的滲透軟化提供了條件，從而加劇了崩塌災害的發生。

3.2.2 誘發因素

研究區內危巖體的誘發因素包括降雨、融雪、地震及人類工程活動。通過調查訪問了解到危巖體的變形發育史，崩塌危巖體發生的時間多為冬春季節交替時的融雪期和夏季強降雨期內，即表現為凍融作用較強烈時期。因此，降雨、融雪及凍融為研究區內危巖體產生崩塌的主要誘發因素。

1）降雨、融雪及凍融作用，研究區屬于大陸性北溫及寒溫帶氣候，多年年平均降水量300～500mm，降雨主要集中在4～7月，降雨對巖體裂隙面的浸潤作用，在一定程度上軟化了山體淺表層的巖體，減弱了裂隙面的摩擦阻力，同時增加了裂隙內的水壓力，誘發危巖體崩塌的發生。研究區冬季較長，降雪主要集中于10月至次年1月，降雪量較大，每年的冬春冷熱交替強烈時，融雪后形成的雪水通過巖體裂縫滲漏到陡崖裂隙內，降低了裂縫的力學性能，同時，增加了裂縫內的水壓力。此外，凍冰對巖石裂隙兩壁產生巨大壓力，當氣溫回升時，冰便融化，加于兩壁的壓力驟減，兩壁遂向中央推回，在反復的凍結和融化過程中，巖石的裂隙就會擴大、增多，以致石塊被分割出來，經此凍融作用后，巖石也亦形成棱角狀的碎石，誘發危巖崩塌的發生。因此，降雨、融雪及凍融作用為研究區內危巖體產生崩塌的主要誘發因素之一。

2）地震條件，研究區域上屬地震多發區，地震基本裂度位于Ⅷ度區，地震可導致構造裂隙發育、巖體破碎、應力急劇變化等，地震活動提供的地震力，仍將激發危巖體的進一步活動。在研究區內，較大的地震活動能夠使危巖體結構面強度降低，同時還將使基巖產生水平地震力，使陡崖面穩定性降低，引發引發較大規模的崩塌。

3）人類工程活動，研究區內人工開挖邊坡修建環山道路，使得上覆山體失去支撐，破壞了巖體的平衡狀態，使原有的裂隙、裂縫加寬加深，形成不穩定巖體，從而加劇了危巖體失穩產生崩塌災害。

4 結論

1）研究區內的地質災害類型為崩塌，主要分布于額爾齊斯河左岸的山體陡傾邊坡，根據崩塌災害所處的陡崖位置、威脅對象和崩塌坡向不同的特征從東向西共劃分為9段崩塌（隱患）段。陡崖坡上分布有27個典型危巖體，均為巖質崩塌（隱患），崩塌類型巖質崩塌（隱患）為滑移式及傾倒式，研究區內崩塌規模均為中-小型。

2）研究區內崩塌災害，其形成機制主要為早期河谷河流切割或人工開挖形成的高陡邊坡，由于卸荷作用，應力重新分布后在邊坡卸荷區內形成拉張裂縫，并與構造裂隙和層理結構面等其它裂隙組合，逐步貫通形成危巖體，在地震或爆破震動、降水等外力觸發作用下，導致危巖體突然脫離母體，翻滾、墜落下來，散堆于坡腳。

3）研究區內崩塌災害的影響因素主要包括地形地貌、地層巖性、地質構造、風化、降水和融雪、地震及人類工程活動等。其中主導因素為地形地貌、地層巖性、地質構造；而誘發因素為降水和融雪、地震及人類工程活動等。

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Development and Genetic Mechanism of Avalanche Hazard at the Koktokay Hydropower Station

LI Xiao-ping HAN Peng

(The First Hydrogeological and Engineering Geological Party, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources, ürümqi 830091)

The present paper has a discussion on development, distribution and genetic mechanism of avalanche hazard at the Koktokay Hydropower Station based on landform, meteorology, lithology, geological structure, hydrogeological and engineering geological conditions. 27 unstable rock masses and various avalanche hazards are distributed over the left bank of the Ertix River. The influence factors include landform, lithology, geological structure, weathering, rainfall, ice melt water, earthquake and human engineering activities.

avalanche; development; influence factor; Koktokay Hydropower Station

2018-07-02

李曉平（1986-），男，甘肅省天水市，工程師，主要從事水文地質、工程地質和環境地質方面的工作

P642.21

A

1006-0995（2019）02-0280-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.02.021