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水库蓄水后岸坡变形为何如此普遍——认识库岸变形破坏的常见模式

2026-06-26     新闻来源:深部工程地质 抽水蓄能与储能技术公众号

水库蓄水不只是抬高河道水位,更是彻底重塑河谷原有水文、地质平衡体系。蓄水使岸坡前缘被淹没,抬升区域地下水位,岩土体的含水状态、渗流条件和受力环境发生变化,因此蓄水后坡体裂缝、地面沉降、表层鼓胀、土体蠕滑、塌岸乃至大型滑坡等变形现象层出不穷。

需要说明的是,库岸变形具有普遍性,但并不意味着一定会发生大型滑坡。多数岸坡经过一段时间调整后能够重新趋于稳定,只有在复杂地质条件和外部因素共同作用下,才可能发展为失稳破坏。

一、水库蓄水后,库岸为什么容易发生变形?

蓄水前,岸坡中的地下水位通常较低,岩土体处于相对干燥或非饱和状态。蓄水后,库水通过坡脚和裂隙向坡体内部渗透,使地下水位升高。岩土体浸泡后可能发生软化,软弱夹层和古滑面强度降低;同时孔隙水压力增加,使坡体抗滑能力减弱。库水位反复升降还会引起渗流压力变化,尤其是快速降水位时,坡体稳定性往往明显降低。此外,波浪冲刷、降雨和人类活动等因素也会不断削弱坡脚支撑条件,从而诱发变形和破坏(图1)。

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图1 库区变形破坏现象

二、库岸变形破坏有哪些常见模式?

不同库岸的岩性、坡度、地质构造和水位运行条件不同,其变形破坏方式也不完全相同。总体来看,常见模式主要包括以下六类。

1. 浮托减重型变形

库水进入坡体裂隙后,会对岩土体产生浮托作用,使滑动面上的有效压力减小。可以简单理解为,部分岩土体受到水的"托举",上下岩体之间原本较强的咬合和摩擦作用被削弱(图2)。针对坡面倾角偏大、岩层顺坡向库区倾斜的岸坡,原本处于临界稳定状态的岩土块体,在浮托力叠加重力作用下,极易发生滑移、岩体错动、倾倒变形。

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图2 浮托减重型变形示意图

图3是典型的浮托减重型滑坡。库水对岸坡并不只有坡脚支撑作用,水进入坡体内部后,还可能像一只无形的手托起部分滑体,使原本处于临界稳定状态的岸坡更容易发生错动或滑移。

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图3 典型浮托减重滑坡

2. 顺层滑移型破坏

岩层倾向与坡面方向一致,且层面向库区倾斜时,层面可能成为天然滑动面。蓄水后水体沿层间缝隙渗入,润滑层间接触面、降低层间抗剪强度,在重力与渗流力共同作用下,岩体沿原有层面发生顺层高速滑动(图4)。

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图4 顺层滑移型破坏示意图

1963年发生的意大利瓦依昂滑坡,是世界水库滑坡史上最著名的灾难之一(图5)。滑坡所在山体岩层总体向水库和河谷方向倾斜,为顺层滑动提供了有利条件。在水库水位反复升降和地下水压力变化作用下,山体沿原有层面和软弱带发生高速滑动,巨量岩体冲入水库并激起巨大涌浪。瓦依昂大坝本身并未发生整体溃决,但越过坝顶的水体摧毁了下游城镇。

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图5 意大利瓦依昂滑坡

3. 崩塌、倾倒与崩滑型破坏

在陡峭岩质岸坡中,裂隙和结构面将岩体切割成大小不一的块体。蓄水后裂隙充水、软弱夹层软化以及坡脚冲刷都会降低岩体稳定性,从而引发崩塌、倾倒或崩滑破坏(图6)。

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图6 崩塌、倾倒与崩滑型破坏示意图

2008年,某库区岸坡发生大规模崩塌,数十万立方米岩体坠入江中,并产生明显涌浪,对长江航道和沿岸居民造成严重威胁(图7)。陡峭岩质库岸的危险不仅来自大型滑坡,还可能来自突发性较强的危岩崩塌和崩滑破坏。

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图7 库区某崩塌边坡及内部大型结构面

4. 古滑坡复活型破坏

多数库区广泛分布地质历史时期形成的古滑坡、老滑坡堆积体。虽然这些滑坡长期处于静止状态,但内部滑带、裂缝和松散结构依然存在。蓄水后地下水条件改变,滑带强度降低,可能会直接打破原有平衡,让休眠古滑坡重新启动变形(图8)。

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图8 古滑坡复活型破坏示意图

图9是典型的巨型古滑坡,由多个不同时期形成的滑体组成。该滑坡的变形具有明显的阶段性和分区性:靠近水库的前缘对水位变化较为敏感,滑坡中后部则更多受到降雨入渗影响。

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图9 某库区典型古滑坡全貌

5. 渗透压力型滑动

当库水沿裂隙、孔隙或破碎带进入坡体后,坡内地下水压力升高。尤其在库水位快速下降期间,坡体内部的水尚未完全排出,而坡外水位已经降低,容易形成指向库区的渗透压力。此时,坡体相当于受到一股向外推动的力量。若坡体内部存在软弱结构面、古滑面或贯通裂隙,便可能发生整体滑移(图10)。

图10 渗透压力型滑动

图11是最具代表性的水动力型滑坡之一,也是目前监测时间较长、研究资料较为丰富的库岸滑坡。树坪滑坡的长期监测结果表明,其加速变形往往与库水位下降过程密切相关。这一案例生动说明,水库水位并不是越低越安全,降水位过快同样可能对岸坡稳定产生不利影响。

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图11 典型水动力型滑坡

6. 冲刷塌岸型破坏

在土质岸坡和松散堆积层岸坡中,波浪冲刷和水位涨落会不断侵蚀坡脚。坡脚土体被冲走后,上部土体失去支撑并发生坍塌,形成新的陡坎后继续遭受冲刷,最终导致岸线持续后退(图12)。

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图12 冲刷塌岸型破坏示意图

图13是典型的库岸坍塌和库岸再造。水库蓄水运行后,部分土质和松散堆积层岸坡长期受到波浪冲击、水流冲刷、水位涨落和浸泡软化作用。这种破坏通常不是一次完成,而是表现为"坡脚冲刷—上部坍塌—形成新陡坎—再次冲刷"的循环过程,是典型的库岸再造现象。

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图13 典型水库塌岸

三、为何说蓄水后岸坡变形是普遍工程地质现象?

水库蓄水本质是人为改变河谷天然水文地质体系,迫使地下水循环、坡体应力场、岸坡地形地貌完成新一轮自我调整,无论岩质还是土质岸坡,都会对水环境改变产生不同程度响应。从这个意义上说,蓄水后库岸发生一定程度的变形调整,是一种具有普遍性的工程地质现象;而是否发展为灾害,则取决于岸坡自身条件与外部作用的组合。当地质条件较好、水位调度合理、排水条件完善时,多数岸坡能够逐渐适应新的环境并趋于稳定;而在不利地质条件和强烈外部作用影响下,变形则可能持续发展并最终失稳。

结语

水库蓄水后岸坡"动起来",本质上是其对新水文环境和受力条件适应过程。科学认识库岸变形,既不能因局部裂缝或小规模坍塌而过度恐慌,也不能因为岸坡暂时平静而忽视潜在风险。通过查明地质条件、识别变形模式、掌握水位变化规律并开展持续监测,才能准确判断岸坡是趋于稳定还是正在向失稳演化,从而有效防范滑坡、崩塌和塌岸等地质灾害,实现水库工程的长期安全运行。

来源:深部工程地质