劉淵釗，李宗發(fā)

(1貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，貴州 貴陽 550081；3貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局111地質(zhì)大隊(duì)，貴州 貴陽 550081)

0 引言

滑坡型堰塞湖是在山間河谷地區(qū)，由地震、降雨以及人為影響等因素引起岸坡山體滑坡或崩塌，堵塞河道，造成上游水位上升而形成的。堰塞湖壩體是由滑坡產(chǎn)生的松散堆積體堆積而成，極不穩(wěn)定，加之堵塞河道，上游水位迅速升高，極易發(fā)生失穩(wěn)、潰壩，對下游人民群眾生命及財產(chǎn)安全構(gòu)成巨大威脅[1-2]。

1996年9月18日，貴州省銅仁市印江縣巖口區(qū)域發(fā)生了特大型滑坡，該滑坡從印江河左岸高速下滑，滑坡堆積體堵斷印江河河道，形成高達(dá)49.65 m、體積200×104m3的中間低的馬鞍形堤壩堆積體，其長420 m，最大寬度308 m，最小寬度60 m，并形成庫容量達(dá)6250×104m3的堰塞湖?；采?2.22×104 m3殘留體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。該滑坡堆積體形成的“堤壩”阻斷印江河，導(dǎo)致印江河水位上升淹沒了上游的犀中洞電站、朗溪鎮(zhèn)人民政府及所在地的3所中小學(xué)校、1所醫(yī)院、4個行政村27個村民組216戶居民房屋、3000畝耕地，直接受災(zāi)人口8655人，直接經(jīng)濟(jì)損失人民幣1.57億元以上；滑坡堆積體形成的“堤壩”一旦潰堤，將直接危及下游2公里處的印江縣城及沿河兩岸9萬多人的生命財產(chǎn)安全[3-6]。

本文試圖通過地質(zhì)條件的分析，對貴州省印江縣巖口特大型滑坡形成的堰塞湖的成因機(jī)制進(jìn)行研究，客觀分析了解堰塞湖的形成機(jī)理，為滑坡防治及形成的堰塞湖治理具有重要的意義，并為類似堰塞湖綜合治理提供借鑒與參考[7-9]。

1 地質(zhì)背景

1.1 地層巖性

印江縣巖口堰塞湖兩岸出露地層由下至上依次為二疊系上統(tǒng)合山組(P3h)，三疊系下統(tǒng)夜郎組砂堡灣段(T1y1)、玉龍山段(T1y2)、九級灘段(T1y3)及第四系殘坡積物(Qel+pl)和沖積層(Qal)。

(1)合山組(P3h)下部為灰色、深灰色中厚層-厚層石灰?guī)r，含大量燧石結(jié)核；中部為灰色中厚層含燧石灰?guī)r，夾少量黏土巖；上部為灰色薄層硅質(zhì)巖間夾硅質(zhì)頁巖。

(2)沙堡灣段(T1y1)為淺灰、黃灰色薄層鈣質(zhì)頁巖、粘土頁巖間夾灰色薄層狀泥灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r，巖體強(qiáng)度較低，質(zhì)地較軟。

(3)玉龍山段(T1y2)下部為淺灰、灰色薄層微、細(xì)晶石灰?guī)r，偶夾薄層狀鈣質(zhì)頁巖；中部為淺灰色中層、厚層細(xì)晶石灰?guī)r間夾白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r；上部為淺灰色薄層狀泥灰?guī)r。

(4)九級灘段(T1y3)為紫紅色薄層砂質(zhì)頁巖間夾紫紅色薄層泥灰?guī)r。

(5)第四系殘坡積物(Qel+pl)，分布河谷兩岸山頂上，為松散碎石粘土。沖積層(Qal)則分布于印江河河床，主要為卵石、礫石、細(xì)砂組成。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

印江巖口堰塞湖處于上揚(yáng)子陸塊鄂湘渝黔前陸褶皺帶郎溪向斜北西翼[10]。堰塞湖左岸巖層傾向SE120°，傾角29°～33°，斜坡傾向NE，整體為斜向坡結(jié)構(gòu)。受構(gòu)造影響，坡體南側(cè)巖壁有一斷層發(fā)育，產(chǎn)狀為傾向NW353°，傾角75°～81°，斷層面較光滑，鈣華較為發(fā)育。此外，玉龍山段(T1y2)巖層中層面裂隙發(fā)育，層間偶夾頁巖薄層厚為0.2～0.5 cm。由陡崖與斜坡組成百余米高的臺階型坡體(圖1、圖2)。

圖1 斜坡地質(zhì)剖面圖(橫向)[12]Fig.1 Geological section of the slope(horizontal)

圖2 斜坡南側(cè)斷層面Fig.2 Fault plane on the south side of the slope

1.3 水文地質(zhì)條件

印江河是長江流域?yàn)踅抵Я?，自東向西徑流，主河道全長96 km，多年平均流量13.0 m3/s，流域面積1245 km2。堰塞湖所在地區(qū)地下水類型為碳酸鹽巖溶水、基巖裂隙水以及松散巖類孔隙水，其中：

(1)碳酸鹽巖巖溶水，主要分布于合山組(P3h)、玉龍山段(T1y2)石灰?guī)r巖組中。為本區(qū)主要地下水類型，其主要來源為大氣降水，通過裂隙或管道運(yùn)移，在當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以泉水和暗河的形式泄出。

(2)基巖裂隙水，主要分布于砂堡灣段(T1y1)、九級灘段(T1y3)泥巖、泥灰?guī)r、粘土頁巖和砂質(zhì)頁巖巖組中。由大氣降水入滲補(bǔ)給，此地層透水性弱，水量貧乏。

(3)松散巖類孔隙水，主要分布于河谷兩岸和山間河谷盆地上。此地層富水性良好，地表水及大氣降水對其直接補(bǔ)給。

1.4 工程地質(zhì)

(1)硬質(zhì)巖：合山組(P3h)厚層燧石灰?guī)r；玉龍山段(T1y2)的中層-厚層石灰?guī)r為強(qiáng)度較高的相對堅(jiān)硬巖層。

(2)軟質(zhì)巖：沙堡灣段(T1y1)、九級灘段(T1y3)的泥巖、泥灰?guī)r、粘土頁巖和砂質(zhì)頁巖質(zhì)地較軟。

(3)松散巖組：主要為河谷兩岸山頂上的第四系殘坡積物(Qel+pl)與印江河河床的沖積層(Qal) 。

1.5 人類工程活動

堰塞湖所在地區(qū)原左岸有印江—松桃公路通過，高于河床30～35 m。公路內(nèi)側(cè)有砂石采場在合山組(P3h)地層中已開采多年，使采掘面以上灰?guī)r山體中卸荷張裂隙十分發(fā)育，沿公路已形成多條鼓脹裂縫(見圖3)。

圖3 斜坡地質(zhì)剖面圖(縱向)[12]Fig.3 Geological section of the slope(longitudinal)

2 印江河巖口段河谷特征

印江縣巖口堰塞湖位于貴州省印江縣城東2.5 km處的印江河巖口河段，所在區(qū)域?yàn)槿芪g-侵蝕河谷地貌：在地表水的深切作用下逐漸生成“v”形河谷。河谷深切，岸坡陡峻，河谷狹窄，兩岸為玉龍山段(T1y2)石灰?guī)r形成的陡壁，巖層傾向上游，岸坡為斜向坡結(jié)構(gòu)；兩岸山頂為九級灘段(T1y3)薄層砂頁巖夾薄層泥灰?guī)r組成的緩坡，地形相對較緩，坡度25°～30°。印江河在巖口段河床較平坦，水力坡度較小(見圖4)。

圖4 印江巖口堰塞湖全貌Fig.4 Overview of Yankou barrier lake

3 滑坡堆積體特征

3.1 形態(tài)特征

堆積于河床上的堆積體呈馬鞍形，右鞍側(cè)山包高出河床67 m，左鞍側(cè)山包高出河床88.5 m，鞍部高出河床約50 m，寬200 m，縱長約420 m，推測堆積體體積為200×104m2。左側(cè)山包靠下游一側(cè)形成高20 m的陡崖，靠岸坡一側(cè)形成深陷凹坑(圖5)。

圖5 堆積體圖片F(xiàn)ig.5 The accumulation body

3.2 物質(zhì)組成

堰塞湖底層為合山組(P3h)厚層灰?guī)r，燧石灰?guī)r夾生物碎屑灰?guī)r。堰塞湖壩體堆積體主要由玉龍山段(T1y2)灰?guī)r的巨大塊石及碎石堆積而成，約占堆積體的95%。塊石之間相互嵌合，局部架空或空隙被碎石充填。巨大塊石為玉龍山段(T1y2)灰白色中厚層灰?guī)r，大小不等，最大約 20 m×10 m×10 m。砂、礫石、坡積土約占5%，主要分布在堆積體前緣及鞍部右側(cè)?？傮w來說是混雜無序堆積。

4 印江巖口堰塞湖形成影響因素分析

巖口堰塞湖是由降雨引起印江河左岸原坡體高速下滑堵塞印江河形成的堆積體，滑坡是形成堰塞壩的前提，下面將對印江巖口堰塞湖形成的影響因素進(jìn)行分析。

4.1 地形地貌

巖口滑坡所在地區(qū)坡體呈近東西向展布的長棱柱體，坡體南側(cè)有一斷層發(fā)育，斷層造成坡體與母巖分離；南東側(cè)為印江河侵蝕下切所形成的陡崖，坡體西北側(cè)被侵蝕沖溝所切割。造成坡體的周圍臨空成為孤立體，僅靠底部沙堡灣段(T1y1)的軟弱地層與坡腳的玉龍山段(T1y2)灰?guī)r巖層所支撐。

4.2 地層巖性

巖口滑坡處原坡體：下覆地層，巖性為沙堡灣段(T1y1)的泥巖、泥灰?guī)r和粘土頁巖構(gòu)成的軟弱基座；上覆地層，巖性為玉龍山段(T1y2)的中層-厚層石灰?guī)r組成強(qiáng)度較高的相對堅(jiān)硬層。斜坡物質(zhì)組成具有上硬下軟的雙層結(jié)構(gòu)特征。

4.3 地質(zhì)構(gòu)造

巖口滑坡發(fā)生于玉龍山段、沙堡彎段地層中。由于構(gòu)造運(yùn)動的影響，巖層傾向與坡向大角度斜交，走向近北東向的斷層斜切河谷，斷層破碎帶處充填黏土和鈣華，是降雨垂直入滲的良好通道。地表水沿斷層破碎帶入滲至沙堡灣段(T1y1)的黏土頁巖和泥灰?guī)r層而形成靜水壓力，同時使黏土頁巖和泥灰?guī)r層遇水軟化，在沙堡灣段(T1y1)地層中逐漸形成一個軟弱面。同時堅(jiān)硬且光滑的斷層面也為滑坡提供了一個良好的滑面。

4.4 人類工程活動

砂石采場的開挖采石削弱了鎖固段玉龍山段(T1y2)灰?guī)r層的厚度，大大降低了鎖固段巖體的抗滑力；同時開挖時的爆破震動不僅會造成斜坡前端巖體新的裂隙或裂紋產(chǎn)生，還會擴(kuò)展原有的裂隙，并且開挖也會造成后緣出現(xiàn)拉裂縫，使其更利于地下水入滲。故開挖采石是滑坡形成的主要原因。

5 印江巖口堰塞湖形成機(jī)制分析

巖口堰塞湖是由于暴雨引起巖口坡體失穩(wěn)破壞，高速下滑堵塞印江河河谷而形成的。從之前的分析可知，原巖口斜坡為順層巖質(zhì)邊坡，上硬下軟的地層結(jié)構(gòu)，不利的地質(zhì)構(gòu)造，加之砂石采場對鎖固段巖體的破壞，在暴雨的觸發(fā)下造成山體滑坡。

根據(jù)野外勘探調(diào)查和以往資料分析巖口滑坡屬于高速滑坡，巖口原坡體在暴雨的觸發(fā)下，打破了坡體的臨界平衡，使斜坡前端鎖固段巖體遭受破壞解體。滑坡體沿斷層面高速下滑切入河中，河床中的沙、礫石以及原公路上的物質(zhì)，在滑坡高速下滑過程中同滑坡的前緣物質(zhì)一起被飛鏟至對岸，造成一條高度為80 m左右的爬高線，最終受到右岸山體阻擋而停止。巖口堰塞湖壩體是由高速短程滑坡堆積體形成，由于滑坡下滑速度快、方量巨大、滑移距離較短、形成的天然堆石壩物質(zhì)在河谷中受到強(qiáng)烈撞擊夯實(shí)，能很好地抵抗庫水推力和滲透力，所以滑坡體在滑入印江河堆積形成堰塞壩后并沒有被河水沖走，最終阻斷了印江河，上游水流在堰塞壩體后方匯聚，形成的巖口堰塞湖。

根據(jù)上面分析可知，巖口堰塞湖形成可以分為以下五個階段：

1)高陡斜坡坡體變形。地表水沿斷層破碎帶入滲至沙堡灣段(T1y1)巖層，使其靜水壓力增大，泥灰?guī)r層遇水軟化，同時砂石采場對斜坡坡腳開挖采石削弱的鎖固段巖體的抗滑力，在上部坡體的推力作用下，斜坡坡體向下滑移變形。

2)滑坡啟動沿斷層面滑動。長時間降雨沿斷層破碎帶入滲和沿裂隙滲入坡體，使靜水壓力加大，沙堡灣段(T1y1)泥巖遇水軟化。坡腳砂石采場開挖采石削弱的鎖固段巖體遭受破壞，最終形成貫通面，滑體快速啟動。

3)滑坡堆積體阻斷印江河?；w劇烈啟動后，沿滑面迅速加速下滑，滑坡體在下滑過程中并不解體，而是沿著斷層面整體向下滑動。在滑動過程中，滑體的高勢能逐漸轉(zhuǎn)化為動能，滑動速度急劇加大?；w前緣物質(zhì)(原公路位置的坡體)首先沖入河谷，鏟掉河谷中部分沙、礫石，再沖到河谷對岸，劇烈撞擊岸壁并爬高約80 m。

4)河水水位快速上升。滑坡體刨蝕河床造成速度有所降低，加上河谷對岸阻擋，最終停止滑動，并堆積形成巖口堰塞湖壩體，使得印江河水位快速上升。

5)堰塞湖形成。印江河水位上升淹沒了上游朗溪鎮(zhèn)，形成堰塞湖。

堰塞湖形成過程各階段示意見圖6。

圖6 堰塞湖形成機(jī)制圖Fig.6 Formation mechanism of the barrier lake

綜上所述，堰塞湖的形成機(jī)制大體可以概括為：高陡斜坡坡體變形—滑坡啟動沿斷層面滑動—滑坡堆積體阻斷印江河—河流水位快速上升—堰塞湖形成。

6 綜合治理措施

巖口堰塞湖水庫庫容量可達(dá)6250×104m3(至滑坡堆積體鞍部)，一旦庫中水位漫過鞍部極易導(dǎo)致潰壩，經(jīng)對堆積體潰決洪水的計(jì)算，得出當(dāng)巖口堰塞湖全部潰決時，是印江縣城危急水位流量的7～16倍，水位高于縣城危急水位6～10 m，洪波將以12～20 m/s傳播速度推進(jìn)，將直接危及下游2公里處的印江縣城及沿河兩岸9萬多人的生命財產(chǎn)安全[11-12]。

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害防治的指導(dǎo)思想與防治原則，并結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生條件、活動特點(diǎn)、危害狀況及印江巖口堰塞湖自身的特點(diǎn)和規(guī)律，本文提出了如下建議方案：

采用堆積體加固，迎水面和背水面斜坡進(jìn)行夯實(shí)和放坡處理。兩岸分別采用上部泄洪洞和下部兩側(cè)采用導(dǎo)流洞，將水庫積水排除。加固壩體后恢復(fù)公路等措施進(jìn)行綜合治理，并將堰塞湖作為水庫成為印江縣縣城備用水源地，從而變害為利。同時將淹沒的朗溪鎮(zhèn)進(jìn)行整體搬遷。

7 結(jié)語

1)巖口滑坡為大型高速巖質(zhì)滑坡，坡體南側(cè)的斷層提供了地表水入滲侵蝕沙堡灣段黏土頁巖和泥灰?guī)r的通道，同時斷層面成為滑坡產(chǎn)生的滑面。砂石采場的人工開挖大大地削弱了鎖固段巖體的厚度，是滑坡形成的主要原因，高強(qiáng)度暴雨是滑坡發(fā)生的觸發(fā)因素。

2)巖口堰塞湖的形成機(jī)制為：高陡斜坡坡體變形—滑坡啟動沿斷層面滑動—滑坡堆積體阻斷印江河—河流水位快速上升—堰塞湖形成。