高山峡谷区大型水电站库岸滑坡失稳机理与风险管理研究

覃事河，郑正勤，胡庆忠，朱永国

(1.国能大渡河金川水电建设有限公司，四川 阿坝 624100；2.国能大渡河猴子岩发电有限公司，四川 甘孜 626000；3.国能大渡河流域水电开发有限公司，成都 610041)

水利水电工程库岸滑坡是一种常见的地质灾害，峡谷岸坡、岩性及构造复杂的河段上修建的巨型或大型水电工程，其水库库岸滑坡数量多且滑坡现象严重、危险性大，常威胁电站库区附近居民、交通要道甚至水工建筑物的安全稳定等[1-3]。目前，国内外不少专家学者已在库岸滑坡稳定和风险评估方面做了研究并取得了重要进展[4-6]，但由于滑坡地质灾害的突发性及地质条件的复杂性，现有的理论水平和技术方法难以实现对滑坡发生的时间、规模等信息精准预测[7]，因此，滑坡地质灾害风险管理的必要性和重要性愈发凸显。

本文研究的大渡河某水电站库区滑坡地貌类型属中高山深切河谷地貌，地质条件复杂，库岸边坡稳定性较差。根据可研阶段的电站库岸稳定及坍岸风险预测成果，规模较大的堆积体与滑坡体共计十余处，因此在电站建设期间与蓄水初期，滑坡地质灾害风险管理与地灾治理工作无疑成为建设单位关注的重点。水库蓄水初期，出现了库岸边坡坍塌、古滑坡体复活、滑坡整体稳定性变差等情况。鉴此，系统总结了该电站库岸边坡坍塌与滑坡地质灾害风险管理经验，在深入研究滑坡失稳机理并采用传统管理手段的基础上，考虑到岩质滑坡的突发性与破坏性以及临滑期间连续、实时、动态预测预警的客观现实需要[8-15]，以大渡河智慧企业建设为抓手[16-18]，提出了建立包括全球导航卫星系统、三维激光扫描、微芯桩等多种监测手段为一体的综合智能监测预警系统，同步开展应急管理与永久治理方案设计的综合防治措施，以期为类似水利水电工程滑坡地质灾害风险管理提供经验借鉴。

1 工程概况

该水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定市境内，工程规模为一等大(1)型，枢纽建筑物主要由拦河坝、两岸泄洪及放空建筑物、右岸首部式地下引水发电系统等组成。拦河坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高为223.50 m，为国内外已建的第二高混凝土面板堆石坝。水库正常蓄水位为1 842.00 m，总库容为7.06亿m3，死水位为1 802.00 m，调节库容为3.87亿m3，具有季调节性能。首台机组已于2017年1月投产发电，末台机组于同年11月具备投产条件。

该滑坡体地处青藏高原东南部川西北丘状高原(习称川西高原)东南缘向四川盆地过渡之深切高山峡谷区，区内地形强烈切割，山高谷狭，地势险峻。库坝区河段为高山深切曲流河谷地貌，高程3 500 m特别是4 000 m以上的高山地带，常见冰斗、刃脊、角峰、“V”形谷(悬谷)等冰蚀地貌以及古冰川、冰斗、高山海子之残存遗迹,表明第四纪时期晚更新世有过一期山谷冰川活动(属青藏高原末次冰期)；该高程以下河谷狭窄，水流湍急，谷坡陡峻，河谷形态以“V”型为主。两岸谷坡阶地分布零星，可见规模不等的Ⅰ～Ⅵ级阶地，总体反映出该区晚第三纪以来强烈上升隆起，河流急剧下切侵蚀以及冰川作用强烈的特点。大渡河在该滑坡段总体凸向右岸，滑坡段下游侧溪火沟切割较深，上游侧杂交沟切割较浅。滑坡体上部为崩坡积堆积层，基岩岩性为绿片岩夹千枚岩，从滑坡中部穿过的省道复建公路附近基岩岩层产状N10°～30°W/NE∠40°～55°，走向与该库段坡向基本一致，为顺向边坡。微新绿片岩、千枚岩为较软岩，而强风化或强卸荷绿片岩、千枚岩多为软岩。

滑坡体沿库区省道复建公路长约480 m，顶部高程为2 080 m，底部高程低于正常蓄水位，于2017年11月下旬出现变形迹象，2018年2月10—14日出现滑动破坏，最大滑距约23 m，滑坡顺河宽410～530 m，横河长340 m，滑动深度约30～46 m，总体积约为450万m3。高程2 080 m以上天然坡度约为45°～51°，植被发育稀疏；高程2 080 m以下一般为33°～40°，植被发育。滑坡体下游部分，地形上为一突出山脊，沟梁相间，地形相当不完整，下游侧冲沟切割相对较深，沟槽切割5～12 m，沟内有崩坡积块碎石；滑坡体上游部分，上游侧冲沟切割不明显，为一相对浅凹槽地形，地形相对较完整。滑坡体变形前航拍如图1所示，滑坡体典型纵断面如图2所示。由于预警及时、决策果断和管理有效，未造成人员伤亡。2018年4月初，该滑坡段实行应急管制通行。目前，隧道已全部建成并改道通行。

图1 滑坡体变形前航拍示意

图2 滑坡体典型纵断面示意

2 滑坡失稳机理与风险分析

2.1 变形特征分析

2017年11月，该滑坡出现变形迹象，首先表现为路基外侧高挡墙外倾，随后路面出现1条纵向裂缝，长度约30 m，宽度近2 cm。11月下旬，复建公路内侧开口线外边坡出现裂缝，滑坡下游边缘涵洞附近的公路路面出现明显的挤压破坏痕迹，路面出现4条纵向裂缝，且有多条斜向裂缝。跟接着公路路面及挡墙开始出现拉裂缝，坡面裂缝加剧，覆盖层出现纵向裂缝，两侧出现裂缝呈羽列状分布。

2017年12月中旬至2018年1月下旬期间，开展了2次详细的裂缝普查和地质测绘工作，主要对裂缝分布位置、裂缝长度、裂缝宽度、裂缝深度及错台高度等信息进行综合采集，建立了裂缝信息管理系统。

据现场地质测绘，截止2017年12月16日，滑坡表面共发育61条裂缝，平面顶弧形拉裂较发育，两侧缘裂缝已出现，构成形似“圈椅状”。后缘裂缝多呈“弧”形展布，上、下游侧缘裂缝呈羽列状分布。裂缝分布高程介于2 074～1 842 m间。下游侧L08裂缝最大张开宽度达0.8 m，最大错台高度为0.8 m。延伸最长的裂缝为滑坡后缘的L15裂缝，长达76 m。

2018年1月31日，调查及测绘发现裂缝共85条，最长裂缝约112 m，张开宽度一般为0.3～0.5 m，最宽达1.5 m，最大错台高度为2 m，最大可见深度约 3 m，滑坡体分区如图3所示，现场裂缝分布情况如图4所示。下游边界(侧缘)与后缘裂缝基本贯通，坡面中部局部已形成纵向压张裂缝，上游侧缘拉裂缝断续发育。坡面分布较多的孤石群，且孤石出现位移迹象。

图3 滑坡体分区示意

图4 现场裂缝分布示意

2018年2月初，据不完全统计，滑坡区域发现裂缝100余条，裂缝宽度一般为0.5～0.8 m不等，裂缝最长达120 m。滑坡后缘典型拉裂缝如图5所示。下游边界与后缘裂缝基本贯通，局部已形成弧形拉裂，表面有多处危岩体或孤石群分布，其中最大孤石为40 m×10 m×15 m，旁侧地表已见多条裂缝，且裂缝已延伸至大孤石底部。孤石群总方量约15万m3。

图5 滑坡后缘典型拉裂缝示意

2.2 滑坡失稳机理

采用深部测斜仪获取了滑坡体滑移层变形特征及滑带位置信息，坡面4个不同位置的深部测斜成果表明，滑坡变形深度在30～50 m之间。基于三维激光扫描技术，采用空间差值算法对滑坡体全域全过程扫描，该滑坡体三维整体变形可明显分为3个区域(如图6所示)，即顶部以沉降为主的大变形区、中间变形较小区、底部向外(指向河谷)突出变形区。对比滑坡体整体滑移前的两期成果，表现为以沉降为主的大变形区及底部向外突出区不断向中间变形较小区扩展，底部向外突出区有向冲沟下游侧扩展的趋势[19]。

(a) 2018.01.27—2018.01.31

(b) 2018.01.31—2018.02.03

蓄水后滑坡体前缘岩体及其结构面软化，强度降低，发生蠕滑，滑坡变形从坡脚向上发展至坡顶，即刚开始为牵引式变形。随着后坡顶岩土体发生开裂下坐，对中下部岩土体产生挤压作用，后缘拉裂缝近贯通，侧向边界逐渐贯通；特别是侧向边界贯通，坡体中部出现纵向压张裂缝，边坡变形由牵引式向推移式转化。上部岩土体挤压推动下部岩体，随着边坡中间锁固段被剪断，滑坡体整体发生基岩顺层剪切滑移破坏。

2.3 滑坡风险分析

滑坡存在坡面孤块石的崩塌、局部坡面小范围的塌滑，滑坡体大面积或整体性失稳，大面积失稳或整体性失稳造成的次生灾害如涌浪等三类危险源。直接危害对象有省道复建公路、滑坡上游边界附近通村公路、附近居民、应急处置施工人员及场地设施、水库等；间接危害对象包括滑坡失稳下滑产生涌浪波及范围内的对象，主要包括大坝枢纽等水工建筑物、涌浪波及范围内的民房、公路及桥梁等。由于滑坡体距离大坝坝址约14.5 km，离大坝等枢纽建筑物较远，其滑坡失稳产生的涌浪对枢纽建筑物安全影响较小。滑坡区域对应的库水深度约100 m，水面宽度约358 m，滑坡体整体失稳不致产生堵江危害。滑坡危害程度评估情况见表1。

表1 滑坡危害程度评估

3 风险管理措施

3.1 建立了综合智能监测预警系统

在实施高精度全站仪监测的基础上，以大渡河智慧企业建设为抓手，建立了包括全球导航卫星系统、三维激光扫描、微芯桩在内的覆盖整个滑坡区域的综合智能监测预警系统，打造了现代化监测标杆，增强了智能监测预警系统的可靠性，实现了全天候实时预测预警，彻底解决了传统监测手段在滑坡体临滑阶段无法监测预警的难题。同步使用无人机航拍滑坡地貌、无人船测水下地形等手段掌握滑坡变形特征。

以微芯桩监测预警系统为例，截止2019年12月31日，该系统累计发出红色预警657次，黄色预警1 961次。滑坡体整体滑移前后，该监测预警系统及时发出避险警报并成功引导避险近10次。其中，2018年2月5日，微芯桩所测倾斜值日变化量逐渐增大趋势明显，滑坡体部分测点日变形量超过一级预警值50 mm，立即发出了危险预警并启动一级预警响应。2018年2月6—9日，微芯桩倾斜持续发出红色预警；截止2月9日，多个微芯桩倾角超过10°；当日夜晚，滑坡体下方省道复建公路垮塌。

3.2 基于监测预警系统的应急管理

应急车道形成前，依托综合智能监测预警系统的监测预警功能，分部位、分时间、分高程，对滑坡体精准施策，科学抢险。提前规划并在滑坡区域外开辟人行便道，解决了春节期间当地百姓无法对外出行的困难。应急车道形成后，通过智能监测预警系统的实时预警，动态指导现场24 h交通管制工作。在滑坡变形初期、滑移后变形趋缓的前提下，组织开展坡面日常巡视、边坡危石清理或支挡、坡面浅表裂缝封闭、裂缝普查与地表监测等工作，择机在省道复建公路内侧增设“挡墙工字钢+竹跳板”、坡面孤块石包裹等临时安全防护措施，动态完善安全警示标识，及时发布风险信息；不定期处理坑洼路面与陡坡段，持续改善应急通行条件，确保车辆快速通过滑坡区域。

3.3 应急抢险与永久治理设计方案

变形初期，按照以下方案开展了应急抢险施工：采用竖梁锚索对滑坡下游右侧路肩墙加固，竖梁底部置于挡墙墙趾，竖梁与锚索参数同一期施工设计参数。预应力锚索参数：P=350 kN，L=25 m、28 m，间距为5 m，矩形长短交错布置，倾角为5°，锁定张拉力1 500 kN。锚索节点之间设置C25混凝土框格梁，竖梁断面尺寸为50 cm×50 cm。滑坡变形范围公路上方1 863 m、1 868 m、1 873 m高程分别布置预应力锚索70束，预应力锚索参数：P=2 000 kN，L=75 m、80 m，间距为5 m，矩形长短交错布置，倾角为5°，锁定张拉力1 500 kN。锚索节点之间设置C25混凝土框格梁，框格梁断面尺寸为40 cm×40 cm，在横向框格梁的两节点中间处布置Φ100、L=0.4 m的PVC排水管。滑坡变形加剧后，取消了抢险施工。

对减载加固方案和隧洞绕线方案进行比选后，采用隧道绕线方案作为滑坡永久治理方案。该方案路线全长为1.10 km，其中明线长0.162 km，隧道长0.938 km，无桥梁，采用三级公路标准，设计速度为30 km/h，路基宽度为7.5 m，路面结构形式为水泥混凝土路面。隧道建筑限界采用9.0 m×5.3 m，隧道内双向行车道宽度为2 m×3.25 m。在开展应急管理工作的同时，启动了滑坡稳定性分析与治理方案咨询、永久治理方案设计并深化了设计成果，提前开展了征地协调、设计方案报批及招标采购工作，为启动隧道施工与提前结束滑坡不安全状态争取了宝贵时间。

4 结语

1) 该滑坡体边坡为顺向坡结构，岩层倾角总体略大于边坡坡度，岩体中绿片岩和千枚岩多为软岩～较软岩，蓄水后前缘岩体及其结构面软化。初期为下部蠕滑变形牵引上部岩土体开裂下坐，后期上部裂缝贯通后对下部产生挤压推动，边坡破坏方式向推移式转化。破坏模式以沿基岩中顺层软弱夹层或层面滑动为主。

2) 系统总结了大渡河某水电站库岸边坡坍塌与滑坡地质灾害风险管理经验，提出了“建立综合智能监测预警系统，应急管理与永久治理方案设计同步开展”的综合防治措施，具有现实意义。以综合智能监测预警系统为基础，开展应急抢险与交通管制工作，取得了良好的安全效益与社会效益。

3) 由于滑坡的复杂性，其风险分析、评价及管理工作极具挑战，有必要进一步完善企地协同机制、共同推进应急管理工作，特别是滑坡变形初期，企业组织实施的交通管制缺乏执法力量、效力不足。