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水庫蓄水後岸坡變形為何如此普遍——認識庫岸變形破壞的常見模式

2026-06-26     新聞來源:深部工程地質 抽水蓄能與儲能技術公眾號

水庫蓄水不隻是抬高河道水位,更是徹底重塑河穀原有水文、地質平衡體係。蓄水使岸坡前緣被淹沒,抬升區域地下水位,岩土體的含水狀態、滲流條件和受力環境發生變化,因此蓄水後坡體裂縫、地麵沉降、表層鼓脹、土體蠕滑、塌岸乃至大型滑坡等變形現象層出不窮。

需要說明的是,庫岸變形具有普遍性,但並不意味著一定會發生大型滑坡。多數岸坡經過一段時間調整後能夠重新趨於穩定,隻有在複雜地質條件和外部因素共同作用下,才可能發展為失穩破壞。

一、水庫蓄水後,庫岸為什麼容易發生變形?

蓄水前,岸坡中的地下水位通常較低,岩土體處於相對幹燥或非飽和狀態。蓄水後,庫水通過坡腳和裂隙向坡體內部滲透,使地下水位升高。岩土體浸泡後可能發生軟化,軟弱夾層和古滑麵強度降低;同時孔隙水壓力增加,使坡體抗滑能力減弱。庫水位反複升降還會引起滲流壓力變化,尤其是快速降水位時,坡體穩定性往往明顯降低。此外,波浪衝刷、降雨和人類活動等因素也會不斷削弱坡腳支撐條件,從而誘發變形和破壞(圖1)。

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圖1 庫區變形破壞現象

二、庫岸變形破壞有哪些常見模式?

不同庫岸的岩性、坡度、地質構造和水位運行條件不同,其變形破壞方式也不完全相同。總體來看,常見模式主要包括以下六類。

1. 浮托減重型變形

庫水進入坡體裂隙後,會對岩土體產生浮托作用,使滑動麵上的有效壓力減小。可以簡單理解為,部分岩土體受到水的"托舉",上下岩體之間原本較強的咬合和摩擦作用被削弱(圖2)。針對坡麵傾角偏大、岩層順坡向庫區傾斜的岸坡,原本處於臨界穩定狀態的岩土塊體,在浮托力疊加重力作用下,極易發生滑移、岩體錯動、傾倒變形。

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圖2 浮托減重型變形示意圖

圖3是典型的浮托減重型滑坡。庫水對岸坡並不隻有坡腳支撐作用,水進入坡體內部後,還可能像一隻無形的手托起部分滑體,使原本處於臨界穩定狀態的岸坡更容易發生錯動或滑移。

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圖3 典型浮托減重滑坡

2. 順層滑移型破壞

岩層傾向與坡麵方向一致,且層麵向庫區傾斜時,層麵可能成為天然滑動麵。蓄水後水體沿層間縫隙滲入,潤滑層間接觸麵、降低層間抗剪強度,在重力與滲流力共同作用下,岩體沿原有層麵發生順層高速滑動(圖4)。

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圖4 順層滑移型破壞示意圖

1963年發生的意大利瓦依昂滑坡,是世界水庫滑坡史上最著名的災難之一(圖5)。滑坡所在山體岩層總體向水庫和河穀方向傾斜,為順層滑動提供了有利條件。在水庫水位反複升降和地下水壓力變化作用下,山體沿原有層麵和軟弱帶發生高速滑動,巨量岩體衝入水庫並激起巨大湧浪。瓦依昂大壩本身並未發生整體潰決,但越過壩頂的水體摧毀了下遊城鎮。

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圖5 意大利瓦依昂滑坡

3. 崩塌、傾倒與崩滑型破壞

在陡峭岩質岸坡中,裂隙和結構麵將岩體切割成大小不一的塊體。蓄水後裂隙充水、軟弱夾層軟化以及坡腳衝刷都會降低岩體穩定性,從而引發崩塌、傾倒或崩滑破壞(圖6)。

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圖6 崩塌、傾倒與崩滑型破壞示意圖

2008年,某庫區岸坡發生大規模崩塌,數十萬立方米岩體墜入江中,並產生明顯湧浪,對長江航道和沿岸居民造成嚴重威脅(圖7)。陡峭岩質庫岸的危險不僅來自大型滑坡,還可能來自突發性較強的危岩崩塌和崩滑破壞。

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圖7 庫區某崩塌邊坡及內部大型結構麵

4. 古滑坡複活型破壞

多數庫區廣泛分布地質曆史時期形成的古滑坡、老滑坡堆積體。雖然這些滑坡長期處於靜止狀態,但內部滑帶、裂縫和鬆散結構依然存在。蓄水後地下水條件改變,滑帶強度降低,可能會直接打破原有平衡,讓休眠古滑坡重新啟動變形(圖8)。

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圖8 古滑坡複活型破壞示意圖

圖9是典型的巨型古滑坡,由多個不同時期形成的滑體組成。該滑坡的變形具有明顯的階段性和分區性:靠近水庫的前緣對水位變化較為敏感,滑坡中後部則更多受到降雨入滲影響。

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圖9 某庫區典型古滑坡全貌

5. 滲透壓力型滑動

當庫水沿裂隙、孔隙或破碎帶進入坡體後,坡內地下水壓力升高。尤其在庫水位快速下降期間,坡體內部的水尚未完全排出,而坡外水位已經降低,容易形成指向庫區的滲透壓力。此時,坡體相當於受到一股向外推動的力量。若坡體內部存在軟弱結構麵、古滑麵或貫通裂隙,便可能發生整體滑移(圖10)。

圖10 滲透壓力型滑動

圖11是最具代表性的水動力型滑坡之一,也是目前監測時間較長、研究資料較為豐富的庫岸滑坡。樹坪滑坡的長期監測結果表明,其加速變形往往與庫水位下降過程密切相關。這一案例生動說明,水庫水位並不是越低越安全,降水位過快同樣可能對岸坡穩定產生不利影響。

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圖11 典型水動力型滑坡

6. 衝刷塌岸型破壞

在土質岸坡和鬆散堆積層岸坡中,波浪衝刷和水位漲落會不斷侵蝕坡腳。坡腳土體被衝走後,上部土體失去支撐並發生坍塌,形成新的陡坎後繼續遭受衝刷,最終導致岸線持續後退(圖12)。

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圖12 衝刷塌岸型破壞示意圖

圖13是典型的庫岸坍塌和庫岸再造。水庫蓄水運行後,部分土質和鬆散堆積層岸坡長期受到波浪衝擊、水流衝刷、水位漲落和浸泡軟化作用。這種破壞通常不是一次完成,而是表現為"坡腳衝刷—上部坍塌—形成新陡坎—再次衝刷"的循環過程,是典型的庫岸再造現象。

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圖13 典型水庫塌岸

三、為何說蓄水後岸坡變形是普遍工程地質現象?

水庫蓄水本質是人為改變河穀天然水文地質體係,迫使地下水循環、坡體應力場、岸坡地形地貌完成新一輪自我調整,無論岩質還是土質岸坡,都會對水環境改變產生不同程度響應。從這個意義上說,蓄水後庫岸發生一定程度的變形調整,是一種具有普遍性的工程地質現象;而是否發展為災害,則取決於岸坡自身條件與外部作用的組合。當地質條件較好、水位調度合理、排水條件完善時,多數岸坡能夠逐漸適應新的環境並趨於穩定;而在不利地質條件和強烈外部作用影響下,變形則可能持續發展並最終失穩。

結語

水庫蓄水後岸坡"動起來",本質上是其對新水文環境和受力條件適應過程。科學認識庫岸變形,既不能因局部裂縫或小規模坍塌而過度恐慌,也不能因為岸坡暫時平靜而忽視潛在風險。通過查明地質條件、識別變形模式、掌握水位變化規律並開展持續監測,才能準確判斷岸坡是趨於穩定還是正在向失穩演化,從而有效防範滑坡、崩塌和塌岸等地質災害,實現水庫工程的長期安全運行。

來源:深部工程地質