水库蓄水对既有滑坡影响机制及环境影响评估

胡小昕，陈争玉，罗世毅

（1.中南建筑设计院股份有限公司，武汉430000；2.云南省交通规划设计研究院有限公司，昆明650041；3.广西交科集团有限公司，广西南宁530007）

0 前言

滑坡在很多工程领域普遍存在，不同时期形成的规模不一的滑坡，对于工程和人类的威胁程度是不同的，滑坡是一种动力地质作用下的地形重塑和再稳定过程。既然历史上产生过滑动，则存在滑动面、滑体和滑床（即下部自然岩土体）［1，2］。滑带和滑面是滑坡变形最剧烈，扰动最厉害的部位，也是最容易受外部扰动和环境影响造成劣化的部分。因此，需要重视重塑地形下滑坡的复活和再次灾变，需要慎重评估人类工程活动造成的环境改变及其对既有滑坡的影响［3-5］。

当前对于既有滑坡的变形破坏机制的研究主要集中在以下几方面：①滑坡的地质成因［6-8］；②滑坡的物质组成及其稳定性影响因素敏感性分析［9，10］；③滑坡灾变的物理力学机制［11-14］；④滑坡的安全监测［15，16］；⑤滑坡的安全防治［17-19］；⑥滑坡勘查技术研究［20，21］。这些研究均是围绕滑坡的变形破坏机制及其工程应用开展，即工程和环境要素耦合下滑坡的变形破坏机制，弄清机制方便抓大放小，选择最敏感变量进行安全控制。

本文以向家坝库区某滑坡为研究对象，通过多期次历史资料的搜集与整理分析，依托不同阶段的稳定性评价资料，反分析确定其灾变机制，探讨水库蓄水与滑坡复活之间的关系，为准确评价其稳定性和评估其对周边环境的影响，提供支撑。为库区其他边（滑）坡问题提供地区经验和类比经验。

1 工程概况

1.1 建设项目概况

某水电站是金沙江下游梯级开发中最末的一个梯级，位于云南省和四川省交界的金沙江下游河段，坝顶高程384 m，正常蓄水位380 m，死水位370 m，水库面积95.6 km2，水库为峡谷型水库。控制流域面积45.88 万km2，占金沙江流域面积的97%。水库总库容516.3 万m3，回水长度156.6 km。电站2002年立项，2006年开建，2008年截流，2012年下闸蓄水并网发电，2015年建设完工。

图1 水电站正式运行概貌Fig.1 Overview of the power station formal running

水绥二级公路于2009年12月底开始施工，至2011年6月建成通车。同期水电站分别于2012年6月蓄水至354 m，2013年6月蓄水至370 m。蓄水前后公路、桥梁、民居和滑坡的空间关系见图2。

图2 电站、公路、桥梁和滑坡位置示意图Fig.2 Spatial location between power station and highway，bridge，landslide

1.2 滑坡简介

罗家坪滑坡位于金沙江与新滩溪交汇处的新滩溪左岸，两面临水，地属绥江县新滩镇新滩村。滑坡区中下部有水绥二级公路通过，在滑坡一带的路面高程387～388 m，后缘村委会一带有简易公路可以到达，交通较为便利。金沙江在滑坡体一带河流流向由西往东，新滩溪河流流向整体约为350°左右。地貌属构造侵蚀高中山地貌，滑体范围内地形呈NNE方向凸出的弧形，地势总体南西高北东低，边坡走向由临金沙江的近EW 逐渐转向临新滩溪的近SN。图中1-1’剖面、2-2’剖面、7-7’剖面为主剖面，后续分析以此为主，限于篇幅仅列出3个剖面。

图3 罗家坪滑坡Fig.3 Landslide of luojiaping

根据该滑坡的勘察设计资料，各地层岩土体的物理力学性质指标建议值统计列于表1。

表1 罗家坪滑坡各地层计算参数统计表Tab.1 Computing parameters of each strata for Luojiaping landslide

工程区构造活动强烈，地震频繁，且烈度较高。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015），滑坡区地震动反应谱特征周期为0.40 s，设计基本地震动峰值加速度值为0.10 g，对应地震基本烈度为Ⅶ度。各人工构造物应按相关地震参数抗震设防。

2 滑坡变形破坏机制分析

2.1 该区滑坡问题的复杂性

2.1.1 历史认知

根据1997年12月提出的《金沙江向家坝水电站水库岸坡稳定性工程地质复查报告》，已经识别出滑坡前缘的新滩溪（罗家坪）基岩变形体。

根据2003年9月编制的《金沙江向家坝水电站可行性研究报告》及《金沙江向家坝水电站水库工程地质勘察报告》，对该变形体进行了1∶10 000 平面地质测绘，初步查明了变形体的规模和边界条件。

根据2007年5月编写的《原水绥三级公路勘察报告》，对该滑坡进行了识别，并进行了1∶2 000 地形图测量和工程地质测绘。

根据2010年6月编写的《水绥二级公路勘察报告》，对该滑坡进行了识别，并进行了1∶2 000 地形图测量、边界圈定和工程地质测绘。

2011年6月水绥二级路通车，2012年6月蓄水至354 m，滑坡出现变形，桥梁局部受损；2013年蓄水至370 m 变形加速，桥梁不能正常运行，同期发现问题及时布置了勘察设计工作。

2013年3月编写的《罗家坪滑坡工程地质勘察报告》（详勘阶段），重新核定了滑坡范围、滑带参数和滑坡设计参数。

2.1.2 工程和环境变化

图4 蓄水后罗家坪滑坡裂缝发展情况Fig.4 Fractures propagation in Landslide of luojiaping

水绥二级路的建设不可避免的对既有滑坡产生了一些工程扰动，建成1年多的安全通车，证明工程扰动是可以接受的。

水电站全面蓄水，使得滑坡的外部水环境发生了极大地改变，前缘饱水，参数软化，造成滑坡的牵引滑移。外部水环境的变化造成内部滑带土强度劣化，内部水位的变化，水位波动造成的超孔压也会加剧这一过程，由外而内的变化使得滑坡复活，这个是滑坡变形破坏的主控要素，造成的变形在没有采取工程措施条件下是不可接受的，是桥梁和周边建筑破坏的主要因素。

2.2 滑坡稳定性的演化历史分析

2.2.1 蓄水前

定性评价，当时江水位较低，现状见图2-蓄水前概貌，为历史堆积体滑坡，地下水位较低，前缘排水通畅，滑带土没有劣化条件，滑坡整体状态稳定。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月水绥二级公路建成通车，正常使用。这些均证明了当时罗家坪滑坡的稳定状态。

定量评价，对罗家坪滑坡选择3 个典型剖面，利用Janbu 法计算的规范规定的自然工况、地震工况滑坡稳定性计算结果见图5，滑坡稳定性系数统计列于表2。

图5 罗家坪滑坡蓄水前稳定性计算结果图Fig.5 Stability computing results of Luojiaping landslide before reservoir filling

由图5 和表2 可知，典型剖面揭示的主滑方向的滑坡稳定性，在自然工况和地震工况下，均满足工程稳定性要求，依据滑坡稳定性系数Fs 揭示的滑坡稳定状态处于稳定。这个判断与定性结论吻合，说明蓄水前该滑坡状态稳定。

表2 罗家坪滑坡蓄水前稳定性系数统计表Tab.2 Stability coefficient results of Luojiaping landslide before reservoir filling

2.2.2 蓄水后

根据水电站的运行管理设计了可能出现的4 种不同工况：①：初期蓄水位354 m 工况；②：正常蓄水位高程380 m 工况；③：正常蓄水位高程380 m 骤降至库水位370 m 工况（坡体外库水位降至370 m，坡体内地下水未排出仍处于380 m）；④：正常蓄水位380 m 暴雨工况（按覆盖层土体浸润10 m 考虑）。工况①和工况②属于正常运用条件，工况③和工况④属于非常运用条件。罗家坪滑坡稳定性计算结果见图6，滑坡稳定性系数统计列于表3。

表3 罗家坪滑坡蓄水后稳定性系数统计表Tab.3 Stability coefficient results of Luojiaping landslide after reservoir filling

图6 罗家坪滑坡蓄水后稳定性计算结果图Fig.6 Stability computing results of Luojiaping landslide after reservoir filling

由图6 和表3 可知，蓄水至354 m 高程后，坡体前缘已基本浸水，坡体的稳定状态由基本稳定急剧降低至欠稳定状态，蓄水至380 m高程后滑坡基本处于失稳状态。

3 环境影响评估及处置方案

3.1 基于多期次地面调查和监测的环境影响评估

水电站2012年10月开始蓄水，至此水绥二级公路建成已正常运行1年多时间，开始蓄水后11月初有居民楼、桥梁结构附近地面、既有挡土结构等部位开始出现裂缝，但不影响使用功能。2013年6月，蓄水至370 m，坡体变形加速，居民楼出现显著破损，桥梁结构受损严重，影响使用功能，桥梁关闭。2013年9月，蓄水至380 m 水位，坡体速率继续增加，居民搬迁，部分楼体倒塌。多期次调查结果见图7。

图7 罗家坪滑坡蓄水后多期次地面调查图Fig.7 Multi-stages survey results of Luojiaping landslide after reservoir filling

蓄水开始前后，各级政府高度重视，提前安排了监测预警和定期评估，根据监测评估结果及时进行了居民搬迁和交通恢复等工作，监测结果见图8。

图8 罗家坪滑坡蓄水后位移监测Fig.8 Ground surface displacement monitoring curves of Luojiaping landslide after reservoir filling

由图8 可知，2013年1月建网监测以来，地表位移在2013年7月出现加速，这与蓄水位370 m 密切相关，可以认为罗家坪滑坡的临界水位在370 m 高程，之后速率保持。深部位移揭示的滑体厚度在15～30 m 深度，由于测斜孔很快由于变形过大不能继续监测，所以获取的数据期次有限，但揭示的厚度信息与现场推断相吻合。

综上，地面调查和监测数据均支撑了罗家坪滑坡的变形复活与水电站蓄水密切相关，临界水位在370 m，大于其则变形加速，小于其则变形相对缓慢可控。

3.2 处置方案探讨

结合现场情况提出了2个原位加固方案，①清方减载+锚索框格梁方案，从水绥二级路往上将滑体几乎全部清除，缺点是临空面过陡和清方量过大，造价约3 522 万元，见图9（a）。②清方减载+抗滑桩+锚索框格梁处治方案，从水绥二级路往上请方，滑体部分清除，设置两排抗滑桩，坡面锚索框格梁加固，缺点是局部破碎带和滑体厚度过大，抗滑桩长度太大不好施工，造价高，施工周期长，造价约5 600 万元，见图9（b）。

由图8 可知，上述两个原位处置方案只能加固二级路以上的部分，对于水下滑坡前缘均不能全面有效加固。因此，提出了改线保通方案。

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

3.3 改线保通方案

对于滑坡路段，尤其是已发生变形破损路段，改线是一种相对保守的做法，结合现场情况提出了A、B、C、D、E、F共6个路线方案，见图10。

图10 罗家坪滑坡路段公路改线方案Fig.10 Revised line schemes of the highway in Luojiaping landslide section

上述6 个方案中，A 方案虽然路线最短，但有数个桥墩位于深度大于50 m 的深水中，施工难度极大，不可行；C 方案新滩溪特大桥绥江岸桥台位于松散堆积体上，桥台存在较大隐患，同样不可行；可行的B、D、E、F等4个方案中，B、D方案虽然路线相对短，但新滩溪特大桥施工难度较大，后期养护费用难度大，总体造价相对较高，不建议采用。较之于F 方案，E 方案虽然路线短，但同样需在深水中（大于20 m）进行桥梁墩柱施工，难度也较大，同样不建议采用。总之，在6 个方案中，F 方案虽然路线最长，但工程最容易实施，后期可靠性最高，造价最省，尽量避让不良地质，风险可控，所以推荐采用F方案。

4 结论与展望

通过追踪罗家坪滑坡的历史稳定状态，搜集水电站对该区的历史工作，结合多期次地面调查、监测、定性和定量分析，综合论证了库水对该滑坡变形复活的影响机制和环境影响，所得结论如下。

（1）罗家坪滑坡初期被认定为变形体；中期认定为滑坡，并圈定其范围；最后，再次复核修正了滑坡范围和滑体厚度。

（2）早期金沙江水位较低，滑坡前缘临空，排水通畅，地下水位较低，滑坡整体稳定；2012年蓄水至354 m，坡体前缘浸水，滑坡复活，既有建构筑物产生裂缝，不影响功能，坡体欠稳定；2013年蓄水至370 m，滑坡变形加剧，既有建构筑物裂缝扩大，影响功能，坡体向临界状态发展；继续蓄水至380 m，滑坡变形速率加剧，个别建筑物垮塌，坡体临界。可以认为370 m蓄水位为罗家坪滑坡的临界水位。

（3）环境影响评估，蓄水前水绥二级路、移民工程均正常使用，坡体稳定；蓄水至354 m，二级路、桥梁、民居出现裂缝，不影响使用；蓄水至370 m，变形急剧增加，既有建构筑物裂缝扩大，丧失部分功能，居民搬迁，桥梁封闭；蓄水至380 m，部分民居倒塌。环境影响间接证明了滑坡复活的几个阶段与水电站蓄水密切相关连。

（4）原位加固处置只能加固二级路以上的滑坡部分，对于水下部分没有效果，所以治理效果很难保证，建议采取绕线F方案。

水电工程建设周期长，环境影响复杂，安全的概念是基于当时认识做出的，需要相关单位持续关注，深入系统研究，相关单位协同作用及时响应，这样才能实现工程的中长期安全。□