岷江叠溪大海子地震堰塞坝稳定性

0.0岷江叠溪大海子地震堰塞坝稳定性分析摘要：岷江叠溪大海子地震堰塞坝的稳定性对下游天龙湖水电站工程建筑物能否正常运行有直接影响。本文通过对1933年叠溪地震堰塞坝的形成与溃垮分析，重点对大海子地震堰塞坝的现状、坝体物质组成、结构特征及渗透特性等进行了论证，并对大海子地震堰塞坝的稳定性进行了定性及定量分析。关键词：叠溪地震；大、小海子；堰塞坝；稳定性；天龙湖水电站中图分类号：文献标识码：文章编号：天龙湖水电站即是利用小海子天然堰塞湖引水至下游发电，其大坝即为1933年叠溪地震所形成的小海子天然堰塞坝。小海子上游库尾紧接大海子堰塞坝，因此，论证大海子地震堰塞坝的稳定性及其对下游天龙湖水电站工程建筑物的影响具有重要的现实意义。1叠溪地震堰塞坝群的形成与溃垮1933年8月25日15时50分30秒，叠溪发生了一次Ms=7.5级的强烈地震，震中烈度达到Ⅹ度，震中区山崩城陷，人畜伤亡惨重，且河谷溪涧多处堵断，堰塞成坝，积水为湖，岷江绝流；46天后，10月9日下午7时，岷江干流上的堰坝溃决，特大洪水沿江而下，直达都江堰，又造成了惨烈的次生灾害。地质学家常隆庆教授于当年10月在现场草测了一幅地形图(图1)，标出了岷江干流上三座堰塞坝的位置。这次地震中，在岷江干流上，自下而上形成叠溪海子、小海子和大海子三个堰塞湖。大海子、小海子和叠溪海子三个堰塞坝形成之后，岷江干道断流四十余日，至1933年10月9日湖水决坝溃下，酿成巨灾。此后，直到1986年的五十余年间，未再见有大、小海子堰塞坝溃垮的报导。1986年6月15日和1992年6月28日，在天然洪水和人工导漂工程的综合影响下，大海子堰塞坝上又发生了局部被冲刷的情况，并引起一定规模的溃垮洪水。2大海子地震堰塞坝的稳定性2.1大海子堰塞坝的现状大海子坝的横断面，1960年和1988年各有一个资料，列于表1。大海子水库形成之初，库长最大可能曾达10km，目前回水长度已不足3.5km，五十余年间，库尾淤积部位下移了6km以上。大海子堰塞坝横断面尺寸数据表1附坝受高服(舟m短)店坝顶权宽咐(蔽m请)厌坝底值宽想(提m粮)笼上驰赵围游凳查边坝暴遮期坡熟下偿驰痛游圣共糕坝励匀童坡羽资料提交扑年疾降送份糟水上部分皮平均坡度调值军水下部分往平均坡度凝值晌平均耐最陡坑水上部分猪平均坡度旺值朽水下部分胖平均坡度性值吉平均队最陡察155恩90草1530奔1:4.绕5排1:7.腾0呆1:6.硬6波1:3.陈29喉1:6.冲7听1:3.家7规1:5.逃2背1:1.乏86呜196西0迎年劫130板75芹1500子1:3.核0底1:9.爹1怪1:7.蹈0监1:3.桶0蜻198伶8障年在天龙湖水电站初设阶段勘测过程中，四川省水利水电勘测设计研究院于2000年5月对大海子堰塞坝进行了现场测绘，根据地质测绘资料(见图2)及大海子水下地形测量资料，大海子目前库水位2221.5m，与小海子水位(2148.0m)高差73.5m。库水最大水深57m，库容2508×104m3，大海子堰塞坝坝高约150m，坝长780~800m，坝顶宽100~150m，底宽1700m左右。上游坝坡水上部分平均坡比1:2.9，水下部份平均坡比1:9.2，下游坝坡水上部分平均坡比1:6.8，水下部分平均坡比1:2.8。其坝坡形态与1988年实测资料基本一致。坝体中部靠左侧有一天然溢洪道，溢洪道平面上呈弧线不规则分布，水深2~3m，溢洪道底宽30~40m，顶宽80~100m，坡高10~20m，左侧边坡坡度30~40°，右侧边坡坡度40~50°，局部在70°以上。二十世纪八十年代在溢洪道冲刷段修建了一些岷江导漂(木)堤坝，以保护溢洪道岸坡的稳定。目前大海子堰塞坝天然状态整体稳定，未见垮塌现象。值得指出的是，现存堰塞坝相当于坝面溢流的土石坝，由于堆积体中不同程度地含有巨大孤石，在洪水多年反复的冲刷下，地面上细颗粒被冲走，粗颗粒和巨石逐渐富集，对坝面特别是天然溢洪道起到了一种自我保护作用。2.2堰塞坝体物质组成和结构特征2.2.1母岩大海子坝由三叠系的变质砂岩岩块组成，间夹少量石英云母片岩、石榴子石片岩和大理岩。岩石坚硬，抗风化能力较强，即使是云母片岩块体，在堰塞坝形成后的几十年中，也没有明显的风化现象。奴2.2.拿2蹲余块度和颗殿粒组成扬基岩崩塌赛形成的堰恋塞坝，其擦表面往往鼠富集有大境量巨型岩伴块，在大匹海子堰塞迷坝的坝面敲上，块匠径软5~10妖m众，重量数皱百至千余敏吨的巨石循比比皆是耻；现场观猜察到的岩练块，最大稍块径可超蜻过素20~3订0疏m迷，重量当波在数千至轰万吨以上买。坝面天踪然溢洪道欢中，巨石集更为集中匙。沿途很棍多跌水常至由这些巨协石组成，挪起到稳定胡坝面和消细减水能的溜作用。捐2.2.塞3蠢忽岩块形状达及风化影宿响扯大海子堰南塞坝的岩杜块，均以判等轴块体您或厚层状补块体的形蚀状为主，做棱角分明光，没有磨榴圆现象，恭是内磨擦构角最大的启一种块碎尺石形状。遇堆积体中舱的岩块，建岩质坚硬禁，虽经历效了保6只0旨年酷暑严线寒的磨练肠，风化作掉用表现得具却并不强蚁烈。表层薯的风化在修某种程度馅上保护了饿岩块的内搏核，由风杂化岩块构掩成的坝体傲，经受丙了盛6缘0脆余年洪水久漫坝的考流验而屹立暮不动。挺2.2.滩4肯止堆积体的粒结构特征恶和密实度城中科院南修水北调综职合考察队纲根据现场因观察和少仪量物探资梯料，认为宰大海子坝青由第四系恋细粒物质婶和基础崩障石两部分那组成，第药四系有湖衣相粘土，传坡积碎屑摆物质等，震主要分布锻在坝体的畅下部，而简且从上游淋到下游逐挺渐加厚；魂基岩崩石脂则覆压其狠上。四川椅省水利勘旁测设计闭院迹197独1贼年提交的弹工程地质鬼勘察报告镇，在天然默堆石坝纵升、横剖面净图中，推恋测堰塞坝羊中部的地相震崩塌体落厚度哥约第160卵m渴，其下在朋原河谷底隆部伏有一迎层现代河灭流冲积层驾，越厚季20~2乒5曾m育，估计向显上、下游脱很快尖灭略，形似被棋包埋在崩岛塌体中的先透镜体。凯地震崩塌菜体的块碎趟石堆积物疮具有不均欢匀的结构跪特征，主粥要表现在缘两个方面劲：一是块律碎石的粒喷度组成在键空间上是窃不均匀的描，二是大体块石之间包常可见到痰架空现象谦。从现场卵观察和少居量勘探资约料看，这暗种不均匀赠性往往呈狸团块状随解机地散布嘉在坝体中利，没有明斑显的成层刻成片分布取的情况。活综合上述制论述，大吴海子坝的畅整体结构院主要由右塑岸银屏崖墓垮塌物组非成，也有悼一部分崩减塌物质来哀自左岸观脉音崖。在吗崩塌过程穗中，把位扎于谷坡中足、高部残俱留的部分晓第四系新避、老堆积外挟裹于其劣中，并把枪原在谷坡室下部和谷抬底的第四伸系松散堆筹积物裹埋独于其下，间从而以巨教大块碎石侦为主的崩略塌体中及往其底部，酷形成一些退不规则、夫颗粒相对精较细、结雀构相对松销软的第四塔系团块或轻透镜体。湖但看来它致们并没有博成为堰塞省坝体内连呼片成层的松软弱夹层虚，更不可坦能形成下蚂部为第四垦系物质，伴上面盖着凳一顶大块救碎石组成件的踩“贺帽际子慧”仰那样的两押层结构。妨基岩陡壁旬崩塌而成迫的地震堰篮塞坝，其扔堆积过程鼓可与人工田定向爆破左坝作某种柄程度上的喘类比。从焦已建的国蛾内外一些袋定向爆破脆坝的实际谋情况看，撕岩块的最各大坠落高哪度不那过煮200~炼300近m何，在定向标爆破的过湖程中，岩山体被炸药俗爆裂抛出药后，在空厦中互相撞伞击破碎，肿再由高处性坠下，起扫到了强力煎压实的作拔用，致使帽爆破堆石罚体中下部驶的压密程英度很高，次据实测资童料，干密受度一般猎在败2.0扇g/cm搞3康以上。大帽海子坝的多主要物质另来源是银滩屏崖，大英量岩块的秩坠落高度弦可林达徐1000镜~楚1500泡m闸，远大于少定向爆破嘉的高度，药因此，其污压密作用行应该大于咳定向爆破廊坝，也就荡是说，崩细塌体物质膜的干密度屯总体上应占该大傅于锐2异.0g/榆cm愈3束，坝体的拣沉降过程呈应该早已泊结束。君2.3毫撒堰塞坝的妇渗透特性层及抗渗变挂形特征诊考察资料是表明，大倒海子坝下宴游坡的水厉上部分，财于天然溢司洪道出口缩的右侧，滨发现墙有遣1赵1故个渗流孔骨，总流量桑为虾238接l买/s调，用盐溶据液作试验末，证明其隶中庆60周%话由溢洪道道渗入，枣仅箱40盯%达为从库区偶渗来。四惹川省水利欧勘测设计修院还在大假海子坝体躲上的两个霞钻孔中进狗行抽水试池验，渗透岭系数一般义7.1×解10牌-2纳~2.1臂×10株-1绿c叙m/s叉，最大值再为杀2厦.烫6妻×10框-习1鸣c罢m/s六，最小伸值借9扩.愤9偿×10投-零3支c抓m/s覆，具有浅梳部渗透系铅数较大，摆向深部递臂次减小的拦趋势。钻中孔的深度益分别政为恢28蹲m盼和们34墨m叨，上述结归果代表了搬堰塞坝左漏岸上部的拳渗透特性使。可见，笼大海子堰甜塞坝上部桃是有一定较渗透性吨的亦(著属强至中氏等透水恨层估)嫂，水的来鞠源主要是认由常年过鼓水的天然面溢洪道中穴渗入，经违短途运移专，在小海脖子库尾复际又排出地偶面。喇196但0糕的中国科匆学院南水什北调综合双考察队曾作对大海子尼的入库流影量和天然禾溢洪道的怠出库流量棵进行测定台，两者基胜本相等，葡变差冻在状5音%抵以内。同候年，在坝配面上进行流的物探工页作，测得确坝体结构控可分为上辨、下两个扬部分，根野据资料分揪析，认为蛋上段隐为丘25~3肆0诉%求的大孔隙短度区，而漠下段则誉是爪20~2束5技%胆的小孔隙眼度区，说缴明下段的梅物质粒径拌较上段为童细，结构京更为紧密西。这些资晌料分别从血震后观察豪、流量平伙衡和坝体心结构的角微度，证明牙大海子堰去塞坝作为罪一个整体干，透水性央不强。煎大海子坝细没有人工罪设置的防蜻渗体。然境而，有许钟多事实说预明其抗渗争稳定性是逮良好的。各叠溪地震案之后，岷冲江断裳流许4嘴0鸟余天，在氏大海子蓄缠水约的辩2爷0唉天中，大俊海子坝承窃受的最大列水头达波到节160~劳170固m竖，没有出度现严重的帆渗漏和渗冤透稳定问农题。叠溪殿海子溃决歼后，大海浙子坝上下吓游水位差谷为歼30~4贤0拼m督，转193串6学年小海子嚼坝局部溃鹊垮后，两暗海子间的锈水位差增辱大漏到刊60~6垫5宽m喉，剥5洁0扔多年来安产全挡水，脚说明即使匹当初存在臭局部管涌拿现象，也施早已达到截平衡状态础，而没有酷影响坝体风的稳定性缓。而且，障正由于没疼有人工防嫂渗体，大含地震中坝孤体自然不粪可能出现河防渗体裂负缝或错开平而造成的约渗透稳定原问题。阿综上分析满认为，大拜海子坝上其部蝴(满28~3杯4炊m抬以递上貌)钞，由于组宋成坝体物红质以粗粒虚为主，透距水性较强丙，属强至案中等透水址性，中下保部组成物桂质细粒含院量较高，羊透水性向梨深部依次厕减弱，以贴中至弱透适水层为主龟。堰塞坝梨经历次洪佛水冲刷，孩目前大、句小海子水忠位天然坡少降仅例0.08冻~返0.09属，缓于天眼然坝体允亩许水力坡校降，且坝确体大的孤瓶块石形成某了骨架作扛用。因此肃，天然堰聚塞坝抗渗散透变形能皆力强。舟2.4拨馋堰塞坝的院稳定性评荣价彻2.4.法1旧姐大海子堰判寒坝稳定阵性的定性闭评价化2.4.刊1.1生驰堰塞坝的他抗冲能力吩大海子堰古塞坝瓦自零193啦3通年师8北月裤2糖5充日形成之玉后，经受滤过一次溃萌坝、三次伶漫坝冲刷龄，即同苏年降9悔月描1崖4而日漫坝势、馒1怒0榴月滑9困日溃坝阳，两198贫6闻年注6槐月酸1须5叛日谨和杯199股2撕年机6员月灶2声8之日漫坝冲逆刷。其中殊以旗193纷3精年溜1会0睡月清9企日溃坝洪哲水造成的垒影响最大搂。尖193蠢3移年凶1根0苏月啦9享日叠溪海援子和小海券子相继溃眠决，引动真大海子坝镰顶以上超妨高部分的辽水体同时陆下泄，大纠海子水库榴中水位消王落然为往12~迅15m喊。这样，趟可粗略地遣估算，在悄两、三个脱小时内，乡大海子坝像面上过水唉的洪峰流没量，当裹在捐1000弹0洪m璃3义/扮s道以上（约稠为万年一钉遇洪水流煌量控的运6伐倍）。然它而，如此吉猛烈的洪饲水翻坝而炉过，并没事有将堰坝欧冲垮，实僵际刷深严仅里12~1浴4陷m缠，不到当猜时坝高的皂十分之一衫，不能不发说是一大黎奇迹。这灾一情况充柱分说明，敌由基岩大隐岩块从高据空砸落堆皮砌而成的聋地震堰塞奖坝，实在阅是具有超厘凡的抗冲置刷能力。覆大海子堰牛塞坝经过贝四次特大事洪水冲刷明情况表明腰，由基岩叉大岩块从仇高空堕落满堆砌而成茎的地震堰臣塞坝，具早有超强的抗抗冲力。魔近期实测芬表明，溢大洪道入口惰和出口之割间水平距侨离沫约蝴750轨m眨，大、小浸海子水面腾高残73荣.5m隆，平均坡畏降软9.8存%监。目前新花溢洪道已简布满了大放小不等的臣巨石，出贝现多级小倾跌坎，具孩有相对稳慈定的急滩撒河槽的形座态。客观杨上阻止了株进一步冲本刷下切的蓬可能性。悉对于大海陶子坝来说划，再次遇删到牛193挎3秩年燃1庙0忽月的情况杀，是绝无术可能的。墨从碧198硬6膝年局部溃球垮的情况在分析，今歌后大海子好坝再遇较大大洪水的撒袭击，水屑流仍将限知制在现今亩溢洪道的照槽谷内，冷不会出现赢沿大坝背肢水坡漫溢旺的情况。剃即使再遇资上超过万脸年一遇的缘洪水，只佩要溢洪道盯口门和上斜段的巨石竹不受人为哗破坏，洪凤水影响将跌主要表现杠为槽底略曾有刷深，可背水坡的顺冲刷不会奉超过本次种水平港。舅199英2翼年的局部斑冲宽拉深把事件，再践次证明只唯要人们在饥开发利用慕大海子之槐时，妥善姓处理人类疯工程建设适与自然条治件之间的找关系，把芬眼前利益砖与长远的扇环境、生念态改善很茫好的结合剪，大海子娱坝抗天然诊洪水的能剥力是很高塑的。职2.4.妨1.2己谋堰塞坝的狭抗震能力屿(1洗)忠大海子堰递塞坝的组挥成物质以同变质砂岩贯为主，夹倍少量结晶费片岩和大讯理岩，块绞体主要是着等轴棱角绍状，极少巷见到片状蛛、针状颗皆粒。块径田大小参杂读，岩质坚闸硬，风化滨微弱。这牙是内摩擦落角最大的铜一种松散施土石料，宣使堰塞坝继体中易于甩形成由大民块石组成怕的坚固而潜稳定的骨体架，对保投障坝体的舍稳定性极遇为有利。雕(2哭)姻大海子坝层体形成之债前，河床糠底部可能砍有不厚的迅现代冲积伯层，右岸可也有残留益的第四系壶阶地沉积惯物和坡积障物，以及堂过去大规倦模岩崩形订成的崩积脾物。按照胶四川省水刘利勘测设仰计腰院苏197增1能年现场地敞质测绘资诚料，这些帆沉积物分涨布范围比站较零星，罗厚度有限励，除少量剑湖相粘土说外，均为剧粗粒的碎属、块石或破卵砾石夹夸亚砂土。大估计它们绘在地震崩阅塌过程中物呈团块状虾、透镜状罗包裹在基赌岩块碎石护中，不可笛能形成连壮贯成层的箱夹层或集葡中在坝体疏的某一部弄分。滴(3紫)屯定向爆破阔筑坝的经吸验告诉我腰们，当岩侮块从岩坡缘爆落，其凝抛掷下坠偶的巨大动岂能，使岩肯块互相撞截击破碎，颂大小不等饲的石块岩依屑冲向谷壮底，挤压姑得十分密掠实。大海研子堰塞坝舍岩体的崩牢落高度达夏到魄1000晶m款以上，比尘定向爆破劈筑坝的抛目掷高度要产大得多，膀后者一般牵不超驰过哥200~厌300摆m神。可以认蜡为，大海隆子坝体堆筐积物的物托性和力学约指标，至谣少不会低嘉于人工定犬向爆破坝稀。削(4严)她大海子坝抚的实测坝青坡摆值通(律表威1爷)深，可以看若到，大海共子坝上、宽下游坝坡脾的坡度，除远远小于拐抗震设计鸟所要求的己最低值，批甚至远远要小于一般桥土坝采用投的数值。帮因此，大办海子坝断籍面的安全赢度是极高陵的。奸这样，大音海子坝坝观体的各项仓性能指标柴均优于或远至少相当加于人工建翼造的堆石束坝和定向缓爆破坝，堆而它已具而有的断面嚼又远远缓绍于堆石坝茂抗震设计蒸的数值。叮据分析认集为，在发绿生特大地慨震时，大厅海子坝体妹不会有明放显的沉降凤和位移，杯坝面局部戚地段可能全出现少量智裂缝，也伟不排除天盖然溢洪道牧的右壁有据可能产生哄一些局部跃垮塌，但肾这些小的跌变化不会塑影响大海毅子坝的整债体稳定性吼。跟通过以上缎分析，可泛以得出这闪样的结论蝴：即使本梳地区再次向发生叠待溪庭193大3述年地震那唯样的强烈酷地皆震贝(简震跑级钢7.狼5羽，震中烈搂度稀Ⅹ位度疯)赞，大海子枪坝不会受酒到明显的门破坏，出巾现坝体突箭然溃垮的持灾害性变池故的可能对性极小。平2.4.携2垃酒大海子堰撇塞坝的稳芬定性计算浅从上述定序性分析可火知，大海舟子坝稳定华状况较好喊。为进一停步评价大骂海子坝的雁稳定性，研本次进行手了简略的询计算，以透期对大海王子坝有一匆个较为定继量的评价隙。俊(拴1)经计算方法嫂及参数勒采用摩根舒斯雁顿兴-程普赖斯法凳，此法将仿滑动体分辨成若干的宋条块，并祖对每一土瘦条的力和怜力矩的平杜衡方程联盟解，求出往滑动面的影安全系数登。依计算参数仇见咽表桥2斜。阻堰塞坝物辰理力学指抄标建议值表2器名称帅密度得抗剪强度犯渗透系数霜干拌天然趟饱和娘φ毅C容MP弦a骄cm/s志g/cm汉3程天然图饱和什天然粥饱和的上部孤块萌石夹亚砂鼻土范2发.00隆2.10暗2.20愈3每7~狐39订°刻34粮~耽36犁°招0洪0链2×10沈-1委~7×1拉0还-2秆下部块碎陡石夹亚砂陈土帽2.10蝇2.20标2.30浸3