水庫(kù)蓄水對(duì)既有滑坡影響機(jī)制及環(huán)境影響評(píng)估

胡小昕，陳爭(zhēng)玉，羅世毅

（1.中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司，武漢430000；2.云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，昆明650041；3.廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西南寧530007）

0 前言

滑坡在很多工程領(lǐng)域普遍存在，不同時(shí)期形成的規(guī)模不一的滑坡，對(duì)于工程和人類的威脅程度是不同的，滑坡是一種動(dòng)力地質(zhì)作用下的地形重塑和再穩(wěn)定過(guò)程。既然歷史上產(chǎn)生過(guò)滑動(dòng)，則存在滑動(dòng)面、滑體和滑床（即下部自然巖土體）［1，2］。滑帶和滑面是滑坡變形最劇烈，擾動(dòng)最厲害的部位，也是最容易受外部擾動(dòng)和環(huán)境影響造成劣化的部分。因此，需要重視重塑地形下滑坡的復(fù)活和再次災(zāi)變，需要慎重評(píng)估人類工程活動(dòng)造成的環(huán)境改變及其對(duì)既有滑坡的影響［3-5］。

當(dāng)前對(duì)于既有滑坡的變形破壞機(jī)制的研究主要集中在以下幾方面：①滑坡的地質(zhì)成因［6-8］；②滑坡的物質(zhì)組成及其穩(wěn)定性影響因素敏感性分析［9，10］；③滑坡災(zāi)變的物理力學(xué)機(jī)制［11-14］；④滑坡的安全監(jiān)測(cè)［15，16］；⑤滑坡的安全防治［17-19］；⑥滑坡勘查技術(shù)研究［20，21］。這些研究均是圍繞滑坡的變形破壞機(jī)制及其工程應(yīng)用開展，即工程和環(huán)境要素耦合下滑坡的變形破壞機(jī)制，弄清機(jī)制方便抓大放小，選擇最敏感變量進(jìn)行安全控制。

本文以向家壩庫(kù)區(qū)某滑坡為研究對(duì)象，通過(guò)多期次歷史資料的搜集與整理分析，依托不同階段的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)資料，反分析確定其災(zāi)變機(jī)制，探討水庫(kù)蓄水與滑坡復(fù)活之間的關(guān)系，為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性和評(píng)估其對(duì)周邊環(huán)境的影響，提供支撐。為庫(kù)區(qū)其他邊（滑）坡問(wèn)題提供地區(qū)經(jīng)驗(yàn)和類比經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

1.1 建設(shè)項(xiàng)目概況

某水電站是金沙江下游梯級(jí)開發(fā)中最末的一個(gè)梯級(jí)，位于云南省和四川省交界的金沙江下游河段，壩頂高程384 m，正常蓄水位380 m，死水位370 m，水庫(kù)面積95.6 km2，水庫(kù)為峽谷型水庫(kù)。控制流域面積45.88 萬(wàn)km2，占金沙江流域面積的97%。水庫(kù)總庫(kù)容516.3 萬(wàn)m3，回水長(zhǎng)度156.6 km。電站2002年立項(xiàng)，2006年開建，2008年截流，2012年下閘蓄水并網(wǎng)發(fā)電，2015年建設(shè)完工。

圖1 水電站正式運(yùn)行概貌Fig.1 Overview of the power station formal running

水綏二級(jí)公路于2009年12月底開始施工，至2011年6月建成通車。同期水電站分別于2012年6月蓄水至354 m，2013年6月蓄水至370 m。蓄水前后公路、橋梁、民居和滑坡的空間關(guān)系見圖2。

圖2 電站、公路、橋梁和滑坡位置示意圖Fig.2 Spatial location between power station and highway，bridge，landslide

1.2 滑坡簡(jiǎn)介

羅家坪滑坡位于金沙江與新灘溪交匯處的新灘溪左岸，兩面臨水，地屬綏江縣新灘鎮(zhèn)新灘村?；聟^(qū)中下部有水綏二級(jí)公路通過(guò)，在滑坡一帶的路面高程387～388 m，后緣村委會(huì)一帶有簡(jiǎn)易公路可以到達(dá)，交通較為便利。金沙江在滑坡體一帶河流流向由西往東，新灘溪河流流向整體約為350°左右。地貌屬構(gòu)造侵蝕高中山地貌，滑體范圍內(nèi)地形呈NNE方向凸出的弧形，地勢(shì)總體南西高北東低，邊坡走向由臨金沙江的近EW 逐漸轉(zhuǎn)向臨新灘溪的近SN。圖中1-1’剖面、2-2’剖面、7-7’剖面為主剖面，后續(xù)分析以此為主，限于篇幅僅列出3個(gè)剖面。

圖3 羅家坪滑坡Fig.3 Landslide of luojiaping

根據(jù)該滑坡的勘察設(shè)計(jì)資料，各地層巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值統(tǒng)計(jì)列于表1。

表1 羅家坪滑坡各地層計(jì)算參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Computing parameters of each strata for Luojiaping landslide

工程區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，地震頻繁，且烈度較高。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015），滑坡區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，設(shè)計(jì)基本地震動(dòng)峰值加速度值為0.10 g，對(duì)應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度。各人工構(gòu)造物應(yīng)按相關(guān)地震參數(shù)抗震設(shè)防。

2 滑坡變形破壞機(jī)制分析

2.1 該區(qū)滑坡問(wèn)題的復(fù)雜性

2.1.1 歷史認(rèn)知

根據(jù)1997年12月提出的《金沙江向家壩水電站水庫(kù)岸坡穩(wěn)定性工程地質(zhì)復(fù)查報(bào)告》，已經(jīng)識(shí)別出滑坡前緣的新灘溪（羅家坪）基巖變形體。

根據(jù)2003年9月編制的《金沙江向家壩水電站可行性研究報(bào)告》及《金沙江向家壩水電站水庫(kù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告》，對(duì)該變形體進(jìn)行了1∶10 000 平面地質(zhì)測(cè)繪，初步查明了變形體的規(guī)模和邊界條件。

根據(jù)2007年5月編寫的《原水綏三級(jí)公路勘察報(bào)告》，對(duì)該滑坡進(jìn)行了識(shí)別，并進(jìn)行了1∶2 000 地形圖測(cè)量和工程地質(zhì)測(cè)繪。

根據(jù)2010年6月編寫的《水綏二級(jí)公路勘察報(bào)告》，對(duì)該滑坡進(jìn)行了識(shí)別，并進(jìn)行了1∶2 000 地形圖測(cè)量、邊界圈定和工程地質(zhì)測(cè)繪。

2011年6月水綏二級(jí)路通車，2012年6月蓄水至354 m，滑坡出現(xiàn)變形，橋梁局部受損；2013年蓄水至370 m 變形加速，橋梁不能正常運(yùn)行，同期發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)布置了勘察設(shè)計(jì)工作。

2013年3月編寫的《羅家坪滑坡工程地質(zhì)勘察報(bào)告》（詳勘階段），重新核定了滑坡范圍、滑帶參數(shù)和滑坡設(shè)計(jì)參數(shù)。

2.1.2 工程和環(huán)境變化

圖4 蓄水后羅家坪滑坡裂縫發(fā)展情況Fig.4 Fractures propagation in Landslide of luojiaping

水綏二級(jí)路的建設(shè)不可避免的對(duì)既有滑坡產(chǎn)生了一些工程擾動(dòng)，建成1年多的安全通車，證明工程擾動(dòng)是可以接受的。

水電站全面蓄水，使得滑坡的外部水環(huán)境發(fā)生了極大地改變，前緣飽水，參數(shù)軟化，造成滑坡的牽引滑移。外部水環(huán)境的變化造成內(nèi)部滑帶土強(qiáng)度劣化，內(nèi)部水位的變化，水位波動(dòng)造成的超孔壓也會(huì)加劇這一過(guò)程，由外而內(nèi)的變化使得滑坡復(fù)活，這個(gè)是滑坡變形破壞的主控要素，造成的變形在沒有采取工程措施條件下是不可接受的，是橋梁和周邊建筑破壞的主要因素。

2.2 滑坡穩(wěn)定性的演化歷史分析

2.2.1 蓄水前

定性評(píng)價(jià)，當(dāng)時(shí)江水位較低，現(xiàn)狀見圖2-蓄水前概貌，為歷史堆積體滑坡，地下水位較低，前緣排水通暢，滑帶土沒有劣化條件，滑坡整體狀態(tài)穩(wěn)定。2008年7-9月，建成512汶川地震移民安置房32 套，正常使用。2011年6月水綏二級(jí)公路建成通車，正常使用。這些均證明了當(dāng)時(shí)羅家坪滑坡的穩(wěn)定狀態(tài)。

定量評(píng)價(jià)，對(duì)羅家坪滑坡選擇3 個(gè)典型剖面，利用Janbu 法計(jì)算的規(guī)范規(guī)定的自然工況、地震工況滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見圖5，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)統(tǒng)計(jì)列于表2。

圖5 羅家坪滑坡蓄水前穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果圖Fig.5 Stability computing results of Luojiaping landslide before reservoir filling

由圖5 和表2 可知，典型剖面揭示的主滑方向的滑坡穩(wěn)定性，在自然工況和地震工況下，均滿足工程穩(wěn)定性要求，依據(jù)滑坡穩(wěn)定性系數(shù)Fs 揭示的滑坡穩(wěn)定狀態(tài)處于穩(wěn)定。這個(gè)判斷與定性結(jié)論吻合，說(shuō)明蓄水前該滑坡狀態(tài)穩(wěn)定。

表2 羅家坪滑坡蓄水前穩(wěn)定性系數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Stability coefficient results of Luojiaping landslide before reservoir filling

2.2.2 蓄水后

根據(jù)水電站的運(yùn)行管理設(shè)計(jì)了可能出現(xiàn)的4 種不同工況：①：初期蓄水位354 m 工況；②：正常蓄水位高程380 m 工況；③：正常蓄水位高程380 m 驟降至庫(kù)水位370 m 工況（坡體外庫(kù)水位降至370 m，坡體內(nèi)地下水未排出仍處于380 m）；④：正常蓄水位380 m 暴雨工況（按覆蓋層土體浸潤(rùn)10 m 考慮）。工況①和工況②屬于正常運(yùn)用條件，工況③和工況④屬于非常運(yùn)用條件。羅家坪滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見圖6，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)統(tǒng)計(jì)列于表3。

表3 羅家坪滑坡蓄水后穩(wěn)定性系數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Stability coefficient results of Luojiaping landslide after reservoir filling

圖6 羅家坪滑坡蓄水后穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果圖Fig.6 Stability computing results of Luojiaping landslide after reservoir filling

由圖6 和表3 可知，蓄水至354 m 高程后，坡體前緣已基本浸水，坡體的穩(wěn)定狀態(tài)由基本穩(wěn)定急劇降低至欠穩(wěn)定狀態(tài)，蓄水至380 m高程后滑坡基本處于失穩(wěn)狀態(tài)。

3 環(huán)境影響評(píng)估及處置方案

3.1 基于多期次地面調(diào)查和監(jiān)測(cè)的環(huán)境影響評(píng)估

水電站2012年10月開始蓄水，至此水綏二級(jí)公路建成已正常運(yùn)行1年多時(shí)間，開始蓄水后11月初有居民樓、橋梁結(jié)構(gòu)附近地面、既有擋土結(jié)構(gòu)等部位開始出現(xiàn)裂縫，但不影響使用功能。2013年6月，蓄水至370 m，坡體變形加速，居民樓出現(xiàn)顯著破損，橋梁結(jié)構(gòu)受損嚴(yán)重，影響使用功能，橋梁關(guān)閉。2013年9月，蓄水至380 m 水位，坡體速率繼續(xù)增加，居民搬遷，部分樓體倒塌。多期次調(diào)查結(jié)果見圖7。

圖7 羅家坪滑坡蓄水后多期次地面調(diào)查圖Fig.7 Multi-stages survey results of Luojiaping landslide after reservoir filling

蓄水開始前后，各級(jí)政府高度重視，提前安排了監(jiān)測(cè)預(yù)警和定期評(píng)估，根據(jù)監(jiān)測(cè)評(píng)估結(jié)果及時(shí)進(jìn)行了居民搬遷和交通恢復(fù)等工作，監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖8。

圖8 羅家坪滑坡蓄水后位移監(jiān)測(cè)Fig.8 Ground surface displacement monitoring curves of Luojiaping landslide after reservoir filling

由圖8 可知，2013年1月建網(wǎng)監(jiān)測(cè)以來(lái)，地表位移在2013年7月出現(xiàn)加速，這與蓄水位370 m 密切相關(guān)，可以認(rèn)為羅家坪滑坡的臨界水位在370 m 高程，之后速率保持。深部位移揭示的滑體厚度在15～30 m 深度，由于測(cè)斜孔很快由于變形過(guò)大不能繼續(xù)監(jiān)測(cè)，所以獲取的數(shù)據(jù)期次有限，但揭示的厚度信息與現(xiàn)場(chǎng)推斷相吻合。

綜上，地面調(diào)查和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均支撐了羅家坪滑坡的變形復(fù)活與水電站蓄水密切相關(guān)，臨界水位在370 m，大于其則變形加速，小于其則變形相對(duì)緩慢可控。

3.2 處置方案探討

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況提出了2個(gè)原位加固方案，①清方減載+錨索框格梁方案，從水綏二級(jí)路往上將滑體幾乎全部清除，缺點(diǎn)是臨空面過(guò)陡和清方量過(guò)大，造價(jià)約3 522 萬(wàn)元，見圖9（a）。②清方減載+抗滑樁+錨索框格梁處治方案，從水綏二級(jí)路往上請(qǐng)方，滑體部分清除，設(shè)置兩排抗滑樁，坡面錨索框格梁加固，缺點(diǎn)是局部破碎帶和滑體厚度過(guò)大，抗滑樁長(zhǎng)度太大不好施工，造價(jià)高，施工周期長(zhǎng)，造價(jià)約5 600 萬(wàn)元，見圖9（b）。

由圖8 可知，上述兩個(gè)原位處置方案只能加固二級(jí)路以上的部分，對(duì)于水下滑坡前緣均不能全面有效加固。因此，提出了改線保通方案。

圖9 羅家坪滑坡原位加固方案Fig.9 In-situ reinforcement schemes of Luojiaping landslide

3.3 改線保通方案

對(duì)于滑坡路段，尤其是已發(fā)生變形破損路段，改線是一種相對(duì)保守的做法，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況提出了A、B、C、D、E、F共6個(gè)路線方案，見圖10。

圖10 羅家坪滑坡路段公路改線方案Fig.10 Revised line schemes of the highway in Luojiaping landslide section

上述6 個(gè)方案中，A 方案雖然路線最短，但有數(shù)個(gè)橋墩位于深度大于50 m 的深水中，施工難度極大，不可行；C 方案新灘溪特大橋綏江岸橋臺(tái)位于松散堆積體上，橋臺(tái)存在較大隱患，同樣不可行；可行的B、D、E、F等4個(gè)方案中，B、D方案雖然路線相對(duì)短，但新灘溪特大橋施工難度較大，后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用難度大，總體造價(jià)相對(duì)較高，不建議采用。較之于F 方案，E 方案雖然路線短，但同樣需在深水中（大于20 m）進(jìn)行橋梁墩柱施工，難度也較大，同樣不建議采用?？傊?，在6 個(gè)方案中，F(xiàn) 方案雖然路線最長(zhǎng)，但工程最容易實(shí)施，后期可靠性最高，造價(jià)最省，盡量避讓不良地質(zhì)，風(fēng)險(xiǎn)可控，所以推薦采用F方案。

4 結(jié)論與展望

通過(guò)追蹤羅家坪滑坡的歷史穩(wěn)定狀態(tài)，搜集水電站對(duì)該區(qū)的歷史工作，結(jié)合多期次地面調(diào)查、監(jiān)測(cè)、定性和定量分析，綜合論證了庫(kù)水對(duì)該滑坡變形復(fù)活的影響機(jī)制和環(huán)境影響，所得結(jié)論如下。

（1）羅家坪滑坡初期被認(rèn)定為變形體；中期認(rèn)定為滑坡，并圈定其范圍；最后，再次復(fù)核修正了滑坡范圍和滑體厚度。

（2）早期金沙江水位較低，滑坡前緣臨空，排水通暢，地下水位較低，滑坡整體穩(wěn)定；2012年蓄水至354 m，坡體前緣浸水，滑坡復(fù)活，既有建構(gòu)筑物產(chǎn)生裂縫，不影響功能，坡體欠穩(wěn)定；2013年蓄水至370 m，滑坡變形加劇，既有建構(gòu)筑物裂縫擴(kuò)大，影響功能，坡體向臨界狀態(tài)發(fā)展；繼續(xù)蓄水至380 m，滑坡變形速率加劇，個(gè)別建筑物垮塌，坡體臨界?？梢哉J(rèn)為370 m蓄水位為羅家坪滑坡的臨界水位。

（3）環(huán)境影響評(píng)估，蓄水前水綏二級(jí)路、移民工程均正常使用，坡體穩(wěn)定；蓄水至354 m，二級(jí)路、橋梁、民居出現(xiàn)裂縫，不影響使用；蓄水至370 m，變形急劇增加，既有建構(gòu)筑物裂縫擴(kuò)大，喪失部分功能，居民搬遷，橋梁封閉；蓄水至380 m，部分民居倒塌。環(huán)境影響間接證明了滑坡復(fù)活的幾個(gè)階段與水電站蓄水密切相關(guān)連。

（4）原位加固處置只能加固二級(jí)路以上的滑坡部分，對(duì)于水下部分沒有效果，所以治理效果很難保證，建議采取繞線F方案。

水電工程建設(shè)周期長(zhǎng)，環(huán)境影響復(fù)雜，安全的概念是基于當(dāng)時(shí)認(rèn)識(shí)做出的，需要相關(guān)單位持續(xù)關(guān)注，深入系統(tǒng)研究，相關(guān)單位協(xié)同作用及時(shí)響應(yīng)，這樣才能實(shí)現(xiàn)工程的中長(zhǎng)期安全?！?/p>