水库蓄水后，斜坡地下水受库水位变化直接影响，库水对岸坡岩土体的作用主要表现在以下三个方面。①物理作用：水对斜坡的润滑作用、软化、泥化作用以及对岸坡的冲磨、淘刷机械作用，润滑、软化和泥化作用反映在力学特性上，使岩土体的强度降低；冲磨、淘刷机械作用使岸坡岩土体遭到了细观或宏观变形破坏。②化学作用：主要是通过水与岩土体之间的离子交换、溶解作用（湿陷）、水化作用（膨胀）、水解作用、溶蚀作用等使岩土体的微观或细观结构发生变化，一般的化学作用越强烈，其岩土体的强度越容易降低。③地下水渗流影响：库水位的反复升降变化对岸坡岩土体产生的动水压力降低了岸坡土体的稳定性，如降低土体的抗滑力、动水压力沿边坡临空面产生的推力使下滑力增加等都可降低岸坡岩土体的稳定性。

在物理作用、化学作用及地下水渗流等因素的作用下，库岸斜坡易出现变形破坏，常见的库岸变形模式有塌岸、滑坡崩塌等。

4.6.5.1　塌岸

（1）工程概况。水库塌岸是一个复杂的环境地质和工程地质问题，它对水库的安全运行和库周环境地质条件产生重要影响。在我国已建的正式蓄水运行的水库大多数都存在着塌岸和库岸再造现象。本节以瀑布沟电站库区塌岸研究为例，阐述水库塌岸。

瀑布沟水电站位于大渡河中游，距汉源县城28km。正常蓄水位850.00m，死水位790.00m，总库容53.37亿m3，调节库容38.94亿m3，为季调节水库，电站装机容量360万kW。瀑布沟水库主库（大渡河）回水77km，库区涉及甘洛县、汉源县和石棉县三个县境。

根据库区的地质环境条件，库区可分为库首、库中、库尾三段，不同库段稳定性及不良物理地质现象发育存在差异：

大坝至官地沱为水库首段，长22km，形成V形峡谷，谷坡陡峻，基岩裸露，河面狭窄，宽60～120m。基岩以下震旦统酸性火山岩、碎屑岩为主，次为澄江期花岗岩，官地沱附近还有上震旦统至古生界碳酸盐岩夹砂泥质岩。

官地沱至火厂坝为水库中段，长16km，该库段有汉源县城等多个较大集镇，河谷底宽阔，河面宽200～2000m，谷坡宽缓，阶地、漫滩、支流发育，两岸有流沙河、白岩河、西街河、料林河等支流汇入。第四系松散堆积广布，厚度达200m以上。

火厂坝至石棉县城为水库尾段，长39km，河谷时宽时窄，河面宽100～1000m，岸坡多下陡上缓。河谷阶地、漫滩断续分布。除第四系松散堆积外，岸坡基岩以下震旦统酸性火山岩、碎屑岩和澄江期花岗岩为主，次为上三叠统砂页岩。

瀑布沟水电站于2009年10月开始蓄水，至2011年5月水库水位经历了3次上升和消落过程。在此期间，水库库岸发生了一些地质灾害现象，诱因复杂，既有库水诱因的，也有库水与其他因素综合作用引起的，还有非蓄水诱因的其他因素综合作用引起的，对库周居民或移民生产生活设施、财产，以及公用工程、设施等造成危害和损失。调查表明，塌岸主要分布在水库中段，具体见表4.14。

根据统计，瀑布沟库区塌岸具有如下特点：①塌岸主要分布在崩坡残积、地滑堆积、冰积、洪积和冲积堆积体中；②塌岸主要发生在水库中段；该库段有汉源县城等多个较大集镇，大渡河总体向东流，河谷底宽阔，河面宽200～2000m，谷坡宽缓，坡度25°～35°，阶地、漫滩、支流发育，两岸有流沙河、白岩河、西街河、料林河等支流汇入。第四系松散堆积广布，厚度达200m以上，岸坡基岩主要是上震旦统至古生界碳酸盐岩夹砂泥质岩和中生界碎屑岩。由于南北向（在水库段呈北西向）的汉源—昭觉断裂、北西向的金坪断裂和北东向的杨家沟断裂、河南站断裂等的交汇、切割，河段显断陷谷特征，各断裂在晚更新世以前有一定活动，断裂带新活动性微弱，Q1x地层偶有褶皱、断层形迹。第四系等松软地层中，滑坡发育，其中以大中型土质滑坡居多，如桂贤滑坡、汉源滑坡、太平滑坡、麦地坡滑坡、大树大河沟滑坡等；泥石流和坡面水土流失严重，泥石流活动具有频度高、强度大、危害较大等特点，为库区大中型泥石流活动集中发育的区域。该库段区域地质条件较复杂，物理地质作用强烈，地质灾害现象发育，因此蓄水后塌岸较发育（图4.46、图4.47）。

图4.46　共和安置点块碎石土塌岸

图4.47　汉源—昭觉断裂影响带灰岩塌岸

表4.14　瀑布沟水电站库周岸坡25个塌岸分布表

（2）问题产生背景。瀑布沟水库塌岸地质主要因素有库岸地形地貌特征、岸坡岩土体性质、岸坡结构、地下水作用、地质地震灾害作用及人类工程活动等。其中，库水的作用是关键因素之一。由于库水在风或其他外力作用下生产波浪，波浪的波高、波速和波向不同，对岸坡冲蚀与淘刷作用也存差异，库首和库尾段的波浪冲蚀作用不突出。库水升降表现为岸坡岩土体饱和、排水变化过程，或岸坡岩土体的浮托力、渗透压力变化过程。

（3）水库塌岸模式分类。根据调查分析将瀑布沟水库塌岸主要分为三种类型，即冲蚀—磨蚀型、坍塌型、滑移型。具体见表4.15和如图4.48～图4.51所示。

表4.15　塌岸模式分类表

图4.48　富泉矮子店塌岸（坍塌型）

图4.49　万工管山造地塌岸（坍塌型）

（4）塌岸影响分析及处理。除个别塌岸区规模较大外，塌岸一般规模小，影响对象主要为库区居民或移民耕地、房屋，其次为坟墓、公路等，对规模较大的塌岸点，如矮子店塌岸，在勘察设计的基础上，开展治理工作。

图4.50　向阳造地塌岸（冲蚀—磨蚀型）

图4.51　大沟口塌岸（滑移型）

4.6.5.2　金沙江溪洛渡电站库区星光三组变形体

（1）工程概况。星光三组变形体边坡位于云南省永善县境内，金沙江右岸，距溪洛渡坝址区32.5～33.8km。受江水的强烈深切侵蚀，河道呈狭窄的V形谷，谷坡陡峻，整体上多基岩出露。(www.daowen.com)

变形体边坡长约1500m，高程为410.00～1360.00m，高差达950m，平均坡度约37°，地形上缓下陡，斜坡上堆积的坡残积物较薄，一般0.3～1.0m，基本为岩质边坡。变形体边坡总体上为陡倾坡内层状结构斜坡，边坡两侧被两条冲沟切割，呈三面临空状态，岩层走向（NNE）与河谷走向（NE）斜交，基岩完整出露，产状N0°～21°W/SW∠60°～80°，整体为一陡倾顺层边坡。

变形体边坡下部高程640.00m（浸水位以下）岩性主要为奥陶系湄潭组（O1m）和大箐组（O2d）薄—中层状的泥灰岩、泥质细砂岩及砂质页岩，性质较软弱。高程640.00m（浸水位以上）为寒武系西王庙组（∈2x）和二道水组（∈3e）中厚—厚层状的砂岩、粉砂岩、白云岩及白云质灰岩，性质相对坚硬。

（2）问题表现。金沙江溪洛渡水电站于2013年5月开始下闸蓄水，2013年6月该水库某库岸边坡坡体上随即出现4条裂缝，至同年10月裂缝变形量显著增加，坡体主要裂缝由4条增加至9条，且有继续破坏的趋势，给当地居民生活带来不便。根据现场调查统计，变形体具有如下变形特点：

1）坡体裂缝发育特征。具有一定规模的裂缝的延伸方向主要在N20°E～N10°W之间，与地层走向大体一致，表明变形有可能来自于坡体内部的基岩，且部分裂缝具有反坡台坎的现象（图4.52），说明边坡具有拉裂—倾倒的可能。

2）岩层产状变化特征。通过现场勘查，变形体边坡岩层产状在空间上变化较大，正常岩层产状总体上为N20°～30°W/NE∠75°～85°，而坡表岩体产状为N0°～10°W/NE∠10°～45°。表明边坡一定厚度的岩体产生了的倾倒变形迹象。

此外，研究人员在变形体中部高程959.00m处发现有一当地村民采挖石材形成的天然“平洞”，洞长约3m，高约2m。通过对“平洞”的调查发现岩层有明显的倾倒弯折迹象，“平洞”岩体风化强烈，下部岩体在倾倒弯折作用下被压缩碎裂严重，并形成众多竖向的导水裂隙，“平洞”下部岩层产状为75°∠43°，上部岩层产状为30°∠10°～15°。

图4.52　反坡台坎现象

通过对星光三组变形体现场工程地质调查及变形迹象分析绘成的变形体边坡纵剖面图如图4.53所示。

图4.53　变形体边坡工程地质剖面图

（3）问题产生背景。

1）有利的地形条件。变形体边坡长约1500m，高程为410.00～1360.00m，高差达950m，平均坡度约37°，地形上缓下陡，斜坡上堆积的坡残积物较薄，一般0.3～1.0m，基本为岩质边坡。变形体边坡总体上为陡倾坡内层状结构斜坡，边坡两侧被两条冲沟切割，呈三面临空状态，有利于边坡产生倾倒变形。

2）坡体结构。从岩体结构看，变形体边坡岩体呈层状，上硬下软且风化严重，由于下部（浸水位以下）岩体软弱，易发生不均匀的压缩变形（愈近坡表愈大），使得上部（浸水位以上）岩体向临空面产生倾倒（下沉），并由边坡前缘逐渐向后缘推进。随着变形体的继续发展（库水位抬升），下部软弱岩体发生软化，岩体倾倒变形进一步加剧，当岩体弯曲到一定程度导致根部折断，形成断续分布的折断面，随着各层最大弯曲、弯折带部位相互贯通，并形成倾向坡外断续的折断面，边坡岩体沿该折断面发生蠕滑变形，形成了一定厚度倾倒变形体。

3）库水影响。2013年6月12日坡体上发现裂缝时，对应的水位抬高114m，初始裂缝发现于水库蓄水过程中；2013年10月下旬至12月上旬，库水淹没高度由135.00m逐渐抬高至155.00m，裂缝快速发展，主要裂缝条数增加，变形范围增大。裂缝产生和发展典型时段库岸淹没高度见表4.16。

表4.16　典型时段星光三组岸坡的淹没高度统计表

结合水库蓄水过程与边坡的变形特征，星光三组坡体变形破坏与水库蓄水有较好的对应关系。

（4）控制因素。通过现场调查，该变形体边坡实质为一倾倒变形体，坡体变形可能来自于坡体内部的基岩，具有“拉裂-倾倒-弯曲-折断-重力坠覆”的变形特征。该倾倒变形体边坡变形发展情况与水库蓄水有着密切的关系，这是由于该变形体边坡特殊的岩性组合和坡体结构造成的。

在自然历史时期受河谷下切的影响，边坡应力重分布，由于岩性差异发生不均匀的压缩变形，形成一定规模的倾倒变形体边坡。后期由于水库蓄水，边坡下部软弱岩体浸水软化，导致边坡倾倒变形进一步加剧，随着水位线的继续抬升，边坡的倾倒变形破坏仍将继续。

（5）变形体稳定性分析。根据不同的蓄水阶段，计算模型主要选取边坡在蓄水前、蓄水至560.00m及蓄水位600.00m的三种工况进行数值分析，分析结果如下：

1）边坡总位移变化趋势。从三种工况边坡总位移云图（图4.54）可以看出：

未蓄水时，边坡由于不均匀的压缩变形，边坡后缘表层岩体总位移量呈“下凹状”，表明该边坡在自然历史时期受河谷下切过程中发生明显的倾倒变形，在坡顶（高程1370.00m处）总位移量约为1.0m。

蓄水至560.00m时，变形体总位移量有所增加，这是由于变形体下部软弱岩体浸水软化，物理力学参数有所降低的结果。变形整体趋势仍以倾倒（下沉）变形为主，变形顶部后缘产生最大位移量约为1.2m，与未蓄水时相比增加约20cm，这与2013年6月至今裂缝变化情况基本一致。

蓄水位上升至600.00m时，边坡位移总量仍会加大，但并没有产生较大的位移突变，表明该变形体边坡处于蠕滑阶段。

图4.54　不同蓄水位下的变形特征

图4.55　不同蓄水位下的剪应力特征

2）边坡剪应力增量变化趋势。由三种工况边坡剪应力云图（图4.55）变化趋势可以看出：未蓄水时，由于边坡坡脚陡缓交接的部位形成剪应力集中，形成潜在“滑带”，其主要发育在边坡强倾倒岩体之中，这表明边坡岩体沿折断部位可能发生剪切破坏。蓄水至560.00m时，边坡岩体内部（强变形区）剪应变范围有所增大，但并未贯通，表明目前该倾倒变形体发生整体失稳的可能性不大。蓄水至600.00m时，岩体内部剪切应变贯通率继续增加，但仍未贯通，表明边坡变形将进一步增大，但变形体的整体失稳仍有待演化。

通过数值分析可知，蓄水前，变形体总体应力环境较好，受岩体结构影响，在坡体中上部出现了一定程度的倾倒变形，与坡体深度成反比，在坡体内部形成一潜在稳定的“滑动带”；在蓄水560.00m之后，应力分布发生调整，坡脚、坡体内部倾倒变形岩体总位移量有所增加；在蓄水600.00m之后，边坡变形量将会再次加大，但“滑带”尚未贯通，边坡整体失稳仍需进一步发展演化。