金沙江流域崩塌地质灾害形成原因及防治措施——以溪洛渡电站坝址区崩塌为例

金沙江流域崩塌地质灾害形成原因及防治措施——以溪洛渡电站坝址区崩塌为例

陈荣彦   张自明   郭俊波

(1.云南地质工程第二勘察院有限公司，昆明，650218)

摘要：金沙江流域由于河流侵蚀、切割，山地及高原边缘地带形成的山谷相间、地表破碎的高山、极高山、中山地形，泥石流、滑坡、崩塌等山地灾害频繁发生，而崩塌是次于滑坡的主要地质灾害之一。本文以云南省永善县溪洛渡电站坝址区崩塌为例，查明崩塌特征，崩塌边界自陡崖顶至金沙江江面，高差约450m，崩塌危岩区总体呈不规则带状分布，危岩体体积约4000m3，属中型特高位崩塌地质灾害，破坏方式以坠落式为主，形成原因主要是地层岩性、裂隙发育、高陡临空面、降雨、风化、地震、温度、植被、人类工程活动等。崩塌稳定性计算显示在现状工况和地震工况下，均处于不稳定状态。根据崩塌特征和危害，建议采取监测的应急处置措施，尽快实施拦石墙+被动防护网的工程治理措施。

关键词：崩塌 地质灾害  形成原因  防治措施

金沙江流域由于河流侵蚀、切割，山地及高原边缘地带形成的山谷相间、地表破碎的高山、极高山、中山地形，经历多次构造运动，地震频发，受季风气候控制，降雨量时空分布不均，多暴雨和风暴，水土流水严重，加之不合理的人类活动，使该地区的泥石流、滑坡、崩塌等山地灾害频繁发生，灾情日趋严重[1]，无论从数量还是体积规模上，崩塌是次于滑坡的主要地质灾害之一[2]。由于崩塌地质灾害具有发生突然、速度快的特点，一旦发生，对环境及人身财产安全都会造成极大威胁。永善县处于金沙江“白鹤滩电站-宜宾段”岸坡变形破坏最发育的岸段[3]，本文以云南省永善县溪洛渡电站坝址区崩塌为例，分析其形成原因，并给出处置建议，为该地区类似灾害防灾减灾提供建议。

1 灾情概况

崩塌位于永善县溪洛渡电站坝址下游3km的金沙江右岸陡崖中上部，距永善县城直线距离约3.8km，崩塌前缘为溪洛渡电站永久大桥、二专线公路及溪桧公路。2020年4月7日12时22分左右，永善县溪洛渡镇白沙湾（溪洛渡电站永久大桥右侧陡崖上部）突发山体崩塌灾害，造成下方道路及护栏损毁，幸未造成人员及车辆伤亡。

崩塌所在崖壁陡直，总体呈台阶状，危岩分布高程约850～900m，距离崖底公路约450m，危岩体呈不规则带状分布，宽约70m，长约30m，面积约1500m2，厚度约2～4m，体积约4000m³，属中型特高位崩塌地质灾害。危岩体现状部分已坠落，造成下方道路及围栏等损毁；部分危岩已基本脱离母岩，下方支撑岩体挤压破碎，形成凹腔，现状处于不稳定状态，遇地震、强降雨等情况，随时可能发生崩塌灾害。

2 地质环境

永善县位于云南省东北部，金沙江下游溪洛渡水电站库区东南岸谷坡上，地处云贵高原乌蒙山脉向川南丘陵延伸地带，地处云南、四川两省六县结合部，地貌属于构造侵蚀切割地貌区[4]；溪洛渡镇位于永善县中部，是全县政治、经济、文化和交通中心。由于地形复杂，海拨高低悬殊大，立体气候特征尤其明显。

崩塌位于溪洛渡电站坝址下游金沙江右岸，地形陡峭，主要出露新生界第四系土体、三叠系中统雷口坡组（T2l）灰岩、砂（泥）岩、三叠系上统嘉陵江组（T1j）及三叠系上统铜子街+飞仙关组（T1f+t）砂岩、泥岩。崩塌区地下水系统受地形地貌、地层岩性、构造等因素影响大，类型单一、以松散孔隙水、基岩裂隙水为主，地下水向深部循环运移途径远、水力坡度陡，金沙江是区域性侵蚀基准面、地下水基准排泄面。

3 崩塌特征

3.1 崩塌区地形地貌形态

崩塌区属构造侵蚀地貌区，受金沙江河流侵蚀作用强烈，山高谷深，沟谷纵坡大、地形陡峻。崩塌隐患点位于金沙江右岸陡崖上，所在坡体走向为西－东向单斜山体，最高点为西侧山顶分水岭，海拔1200m，最低点为金沙江江面，海拔380m，相对高差约820m。山顶地形坡度20°～40°，山腰斜坡区地形坡度5°～25°，陡崖区地形坡度60°～85°，陡崖总体呈台阶状，台宽30～90m，台阶斜坡约40～65°，陡崖下方崩塌堆积区呈扇形分布，为崩塌危石分布区域，地类以灌木林地、乔木林地、杂草荒坡为主，靠近公路段地形较缓，地形坡度约5～20°，总体地形表现为缓坡—陡崖—缓坡—江面。特殊地形条件造就了崩塌上部为斜坡岩质崩塌危岩区，下部坡脚为第四系崩坡积危岩堆积区。

3.2 崩塌边界、形态特征

崩塌边界自陡崖顶至金沙江江面，陡崖壁总体朝向北，陡壁壁面坡角70°～直立，为一悬崖峭壁，陡崖高程在540～950m之间，崩塌堆积体高程在380～540m之间，两侧为崩塌堆积体界限及向上延伸的陡崖范围，整体呈 “圈椅”状，至金沙江江面轴向地形为陡崖—台阶—陡崖—斜坡“台阶”状。陡崖上部崩塌危岩区总体呈不规则带状分布，高程分布在681～691m之间，宽约70m，长约30m，面积约1500m2，厚度约2～4m，危岩体体积约4000m3，属中型崩塌地质灾害。崩塌灾害发生后，脱落岩体处脱落面清晰，脱落面及下方岩体上擦痕新鲜、清晰，脱落面较平直、光滑，脱落体上方形成直角形凹腔，凹腔上部岩体悬空，现状整体性较好，局部存在零星浮石。未脱落区域存在明显危岩，岩体后方卸荷裂隙呈折线状，隙宽约

2～15cm，长约15m，无充填，现状已基本贯通。危岩下方基座岩体破碎，风化、溶蚀形成凹腔，危岩体整体已基本脱离母岩。

陡崖脚斜坡区存在明显崩塌堆积体，地形坡度约5～25°，堆积体厚度0.5～8m不等，随地形起伏变化较大，崩塌堆积体以粘土夹块石为主，块石直径0.2～3.5m，块石呈不规则长方体、球体状，沿堆积体顶部至中部缓冲平台间块石具有一定分选性，从上至下块石直径逐步增大，坡上块石、孤石成为独立块体停留在堆积体斜坡上，现状处于基本稳定状态，遇地震、强降雨等情况，可能再次启动，沿斜坡滚落。斜坡中部有缓冲平台，宽约2～14m，呈月牙状，平台上大块石堆积较为集中。斜坡中下部乔、灌木较发育，对崩塌体有一定缓冲效果，但树径较小，约5～15cm，缓冲效果有限。

3.3 破坏方式及形成原因

崩塌危岩随裂隙不断发展及不断风化侵蚀、雨水溶蚀作用，在暴雨、地震等作用下，将转化为崩塌破坏。据危岩现状空间几何特征、结构面组合特征分析，危岩块体失稳主要为坠落式。

崩塌危岩的形成包括内部条件和外部条件两类，内部条件包括地层岩性、裂隙发育、高陡临空面；外部条件包括降雨、风化、地震、温度、植被、人类工程活动等。

（1）地层岩性

崩塌区域形成的陡崖因构造及风化影响，陡崖顶部灰岩节理裂隙发育，崩塌体下部岩石溶蚀、风化强烈，岩体破碎，逐渐风化剥蚀或受外倾结构面控制的岩块逐渐脱落形成凹腔，基座支撑力削弱，在上覆岩体的自重作用下，引起陡崖带上部岩体破坏。

（2）裂隙发育

陡倾的岩层裂隙是岩体稳定性的控制性结构面，裂隙对危岩块体的形成和破坏起决定性因素。根据调查，崩塌区主要发育三组节理（图1），现状处于不稳定状态。

图1  崩塌区边坡稳定性分析赤平投影图

（3）高陡临空面

崩塌危岩处于陡坡、陡崖段，局部近于直立或反倾，岩体在高位凸出，陡崖高差约500m，岩体卸荷作用强烈，是崩塌形成的优势地形地貌条件。

（4）风化

陡崖上部碳酸盐岩体风化溶蚀强烈，中下部砂泥岩差异风化明显，风化作用加速了危岩体裂隙的扩展，裂面强度降低，差异风化形成凹腔岩穴，促进了危岩体的失稳。

（5）水作用

崩塌区域雨季降雨量较大，促进了岩体与基座的风化作用，水对裂隙内充填细屑、泥质有明显软化作用，在流动时还能带走细粒物质，降低缝内充填物的凝聚力，恶化危岩体稳定性。

（6）地震

永善县溪洛渡镇抗震设防烈度为8度第三组，设计基本地震加速度值为0.2g。区域地壳稳定性属永善—大关次不稳定区，历史上多次地震都对勘查区岩土体造成不同程度的影响，在地震水平作用力的影响下，易引起危岩体稳定性降低及诱发失稳。

（7）植物作用

崩塌区局部发育植被，存在一定根劈作用，植物根系沿卸荷裂隙的深入生长，将破坏岩体整体性，易引起危岩体稳定性降低及诱发失稳。

（8）温度

该区内温度差异较大，全年平均气温16.4℃，最高38.8℃，最低零下2.3℃。。温度差异的作用使危岩体呈不均匀受热状态，加快岩体的风化作用；在温度变化过程中产生的热胀冷缩作用始终保持向下位移的总趋势，为崩塌发育中的积极因素之一。

（9）岩溶

陡崖区上部岩体为可溶蚀性灰岩，加之岩体节理裂隙发育，雨水沿着节理、层理裂隙面溶蚀岩体，使岩体裂隙面间距加大，逐渐形成凹腔岩穴，促进了岩体的失稳，溶蚀剧烈者可将岩体与母岩分离形成孤石。

3.4 稳定性评价

2020年4月7日发生崩塌灾害，陡崖整体性较好，但形成新的凹腔导致上部岩体悬空，宏观稳定性处于欠稳定状态。未脱落岩体后部卸荷裂缝、溶蚀裂隙已基本贯通，危岩下部基座岩体破碎，存在明显凹腔，已部分悬空，大部分已外倾，危岩体现状稳定性差，在地震、暴雨等不利因素作用下，易出现失稳崩滑。其破坏方式与已发生的崩塌灾害危岩破坏方式相同，为坠落式崩塌，其运动轨迹也相同，坠落后落于中部平台发生跳跃、滚动、崩解，落点在陡崖脚堆积体上，后主要运动轨迹为滚动式，在局部发生轻微弹跳。危岩可能崩落方向呈放射状，在0°～25°之间。

根据崩塌特征，计算模型采用坠落式崩塌模型进行计算，考虑现状工况（工况1）、地震工况（工况2）。现状工况（工况1）为勘查期间的状态；地震工况（工况2）中，由于勘查区基本地震加速度为0.2g，特高位危岩危岩地震放大效应系数取3，折减系数取0.25。因危岩体后方裂隙基本贯通，坠落式模型中不再考虑现状裂隙水压力和暴雨时裂隙水压力。

计算结果显示，现状工况（工况Ⅰ），危岩体稳定系数F=0.83，处于不稳定状态，与宏观定性分析相符；地震工况（工况Ⅱ）下危岩体稳定系数F=0.81，处于不稳定状态。

4 防治建议

崩塌直接威胁陡崖坡脚溪桧公路、溪洛渡水利发电站专用道路及永久大桥过往车辆行人等的生命财产安全，因崩塌危岩体分布位置特殊，工程处置条件差，处理难度极大，建议以巡视监测为主，划出危险区域，设立警示标志，及时预警避让，避免造成次生伤害及不必要的损失。

针对崩塌特别的边界条件、坡体结构（悬崖峭壁），主动治理工程实施难度大，费用高，施工安全隐患较大，建议采取被动治理防治：

①拦石墙

设置于坡面或坡脚阻挡落石的运动路径，具有经济效果显著的特点。崩塌堆积区中上部存在宽约14m缓冲平台，是设置拦石墙的有利位置。

②被动防护网

崩塌威胁对象主要为前部的公路，运动方式以滚动为主，局部位置发生微小弹跳，其危岩冲击力较大，不适宜直接采用被动防护网拦截，危石滚动过程伴随碰撞崩解，崩解的岩块冲击力相对较小，但高度较高，可采用被动防护网拦截崩解飞石。

5 结论

溪洛渡电站坝址区崩塌发生后，陡崖上部未脱落岩体后部卸荷裂缝、溶蚀裂隙已基本贯通，危岩下部基座岩体破碎，存在明显凹腔，岩体悬空，大部分已外倾，宏观分析及定量分析认为危岩体现状处于不稳定状态，在地震、暴雨等不利因素作用下，易失稳崩塌。陡崖脚堆积体上孤石现状整体稳定性较好，但斜坡坡度较陡，崩坡积体结构松散，在地震、暴雨等不利因素作用下可能再次启动，形成崩塌灾害。

崩塌的发生与发展，有其内在基础条件和外在的诱发因素。基础条件主要受地形条件、地质因素、地质构造等因素的控制；诱发因素以风化溶蚀、降雨、地震为主。建议地方政府、自然资源部门完善群测群防的地质灾害防灾体系，针对崩塌进行密切监测，制定崩塌灾害应急预案，出现险情及时处置；尽快组织力量进行勘查设计，尽快开展应急治理工程。建议金沙江沿岸对于类似高陡边坡应加强监测，防治类似灾害的发生。

参考文献：

[1]唐川.金沙江流域（云南境内）山地灾害危险性评价[J],山地学报,2004,22(4):451-460

[2]许向宁，黄润秋.金沙江下游宜宾-白鹤滩段岸坡稳定性评价与预测[J],水文地质工程地质,2006,33(1):31-36

[3]地质矿产部编写组.长江三峡工程库岸稳定性研究[M].北京:地质出版社,1998

[4]梁宇,严磊,苏培东,等.溪洛渡库区河口滑坡变形特征和形成机制[J].科学技术与工程,2021,21(34):14500-14507