水电站大坝安全等级评定中边坡因素的影响剖析

谢霄易（国家能源局大坝安全监察中心，浙江杭州，310014）

水电站大坝安全等级评定中边坡因素的影响剖析

谢霄易
（国家能源局大坝安全监察中心，浙江杭州，310014）

基于我国水电站大坝安全定期检查的长期实践经验，分析了运行水电站边坡失稳对大坝运行安全的主要影响后果，归纳了边坡稳定状况评价的主要工作和原则，提出了边坡安全级别确定的原则。

水电站大坝；边坡稳定；评价

0　前言

边坡问题是水电站大坝安全管理必须面对的问题，意大利瓦依昂水库库岸巨型滑坡造成的下游灾害和水库报废对大坝建设和运行管理具有长期的警醒作用。我国水电建设和运行管理历来重视边坡问题，勘察设计阶段就要求对枢纽区、水库边坡开展地质勘察工作，查明边坡主要地质问题并进行支护设计；施工阶段要求及时支护，及时开展安全监测；电站投运后要求运行管理单位长期开展边坡、库岸巡视检查和安全监测，对发现的安全问题及时进行处置。

我国颁布的水电站大坝安全管理法规就将边坡纳入大坝安全的范围，并明确了边坡问题是评定大坝安全等级的5个要素之一。历次水电站大坝安全定期检查均对边坡问题进行了检查和分析，我国首轮水电站大坝定期检查的96座大坝，有10座存在边坡问题；第三轮大坝定检的182座大坝，有37座存在边坡问题。上述边坡问题由于管控得当、处置及时，尚未达到威胁大坝安全和水库正常运行的程度，也没有影响大坝安全等级评定。但是由于边坡问题的复杂性，在各种自然、人为因素的触发下，还会产生新的不安全问题；另一方面，随着我国水电开发格局向西部扩展，处在高地震区、地质条件复杂的峡谷区的大坝，边坡问题将更加突出。2008年的汶川地震中，岷江流域遭受严重的滑坡等次生地质灾害，对水电站大坝安全产生了严重威胁。因此，如何结合边坡运行情况评价边坡安全性和可能产生的后果是大坝安全定期检查的重要工作内容。

1　边坡对大坝安全的影响

边坡按其所处部位分为枢纽区边坡和库岸边坡，均包含自然的和人工的边坡。枢纽区边坡与大坝运行管理的关系尤为密切，除了对生产人员人身安全造成影响外，枢纽区边坡失事对大坝结构和功能的影响主要有以下三个方面：

（1）对结构和设备的破坏损伤，影响结构安全，或闸门无法开启而引起漫坝事故。2008年汶川“5.12“地震期间，桑坪水电站闸首左岸山体发生了严重滑坡，曾一度将左坝头、变电室掩埋，引水道钢筋混凝土顶板被砸毁；福堂水电站两岸的边坡塌滑，造成了进水口闸门变形，值班房和柴油机房基本报废，4号闸右导墙被砸断；太平驿水电站因为备用柴油机被砸坏，部分闸门无法打开，曾导致库水漫坝。

（2）堵塞进水渠或下游河道，影响行洪和正常发电。对于岸边溢洪道和发电进水口，往往面临着高边坡问题，尤其需要加以关注；对于高山峡谷地区的大坝，泄洪雾化造成下游山坡稳定条件恶化，引起边坡变形、开裂，一旦边坡失事，可能堵塞河道，影响安全行洪，导致水工建筑物被淹。2013年“8.3”鲁甸地震期间，红石板电站闸坝下游山体滑坡形成堰塞湖，致使闸坝被淹，并对下游造成防洪险情。

（3）道路中断，影响防洪抢险。这在汶川地震中已有深刻教训。

库岸边坡虽不直接影响挡水、泄水结构和设备安全，但大型、巨型库岸滑坡仍会对大坝和水库造成重大或毁灭性灾难，主要有以下三方面：

（1）涌浪影响。一些库岸滑坡体规模达数百万至数千万方，滑坡产生的涌浪将冲击大坝，造成翻坝或翻闸。漫坝对土石坝结构危害更大。

（2）侵占水库兴利库容甚至水库报废。1963 年10月9日，瓦依昂水库左岸约2.4亿m3的山体整体下滑，而水库库容仅1.69亿m3，当即报废。

（3）堵塞河道，形成堰塞。汶川地震及以后几年，河道沿线因山体滑坡时有发生，多处形成堰塞，影响电站正常运行。鲁甸地震中，天花板大坝上游形成堰塞湖，面临溃堰洪水威胁，不得不紧急放空水库。

因此，边坡问题对大坝安全至关重要，大坝运行期间必须予以管控。通过检查、监测发现问题并跟踪其发展趋势，对异常现象进行分析，评估其影响，然后采取工程或非工程措施应对，达到防灾减灾目的。

2　运行水电站边坡稳定状况检查分析

通常，勘测设计阶段对重要的边坡和大型滑坡体稳定性都会进行定量或定性分析，对枢纽区重要边坡进行支护，以满足稳定安全标准的要求。但往往由于勘探工作量的制约，对边坡地质条件的掌握不可能像大坝地基那么充分，对边坡失稳机理、破坏模式的认识可能存在偏差，稳定计算中对地下水位、力学参数、地震参数等的取值因缺乏足够的监测和试验数据而存在不确定性。因此，对运行期边坡的实际稳定状况需要进行监测、检查，当发生异常现象时，还需进行补充勘察、增加监测项目和监测点，必要时复核边坡稳定性，分析边坡失稳的危害性。

2.1检查和监测

现场检查的目的是发现、跟踪边坡表观变形形迹，如坍塌、拉裂缝、错台、鼓包和下沉等。而仪器监测则主要关注边坡测点位移的数值、速率、深度和方向。根据现场检查和监测资料，可以分析边坡可能的失稳规模、边界、机理和状况，判断是整体稳定问题还是局部稳定、浅层稳定还是深层稳定问题，是牵引式还是推移式破坏，并与勘测设计成果进行对比。

降雨是影响边坡稳定的敏感因素，运行中既要关注正常情况下的边坡地下水位，还要设法取得不同类型降雨（强降雨、连续降雨）期间的瞬时最高地下水位，并与设计取值进行对比，评估边坡排水系统的效果。

对于库岸大型以上不稳定边坡，治理代价巨大。因此，工作重点要查明边坡变形的时空分布，进而分析失稳模式，是逐级崩塌还是整体失稳，两者的后果差异很大，逐级崩塌可能基本不影响大坝正常运行，而整体失稳的涌浪较高，可能影响大坝安全。龙羊峡库区近坝右岸存在龙西、农场等6处高边坡，按整体高速滑坡计算坝前涌浪将超过10 m。虽然预计到边坡在蓄水后可能逐级崩塌，为安全计还是压低了水库汛期水位以确保洪水和滑坡涌浪叠加时不翻坝。经20多年运行检验，边坡前缘小规模崩塌不断，累计前缘崩塌深度已达28 m （2005年龙西滑坡测量数据），而作为整体失稳表征之一的山顶开裂一直没有发生。这是运行期检查监测对设计的一个有效反馈实例。

边坡除定期巡视外，还需要在有感地震、暴雨（泄洪雾雨）之后及时检查，以便分析这些因素的敏感性，以便制定针对性的措施。

2.2地质复查

当边坡出现深部变形或表面拉裂缝时，需要进行地质复查，复查方式根据具体情况进行地质调查或进行补充勘探。地质复查应在分析现场检查结果和监测资料的基础上开展工作，以查明边坡失稳的边界、机理、模式、结构面性状及相关物理力学参数。

龙羊峡大坝2012年泄洪时，受泄洪雾雨影响，坝下虎山坡的下游山坡出现开裂；索风营大坝蓄水后，库岸卞家寨滑坡体前缘发生平行于库岸的拉裂缝。上述情况下均安排了地质复查专题。

对缺乏基本地质资料的，应补充必要的地质勘察、试验和测绘工作，查明岩性、地质构造、岩体风化、地下水活动、地表变形形迹和性状，提出岩土力学参数。

2.3加固工程质量复查

边坡加固工程属隐蔽工程项目，如果实施不到位或工程质量有严重问题，边坡可能出现异常迹象。新建工程的边坡加固质量均通过监理确认和竣工安全鉴定，只要资料齐全，运行良好，一般情况下不做专门的质量复查。只有当发生以下情况时需要开展质量复查：

（1）未进行该项目的安全鉴定和运行期新增边坡加固工程，需要进行复查，主要是根据设计施工资料进行分析整理，提出质量鉴定意见。

（2）边坡出现的异常现象已揭示出加固工程质量问题，如云南某工程运行期边坡发生局部表层坍塌，残留坡面揭露出未按设计要求的深度支护，锚杆长仅80 cm，挂网钢筋严重不足，需要对该区域加固工程进行全面检查。

2.4稳定复核

当发生以下情况时，需要及时开展边坡稳定性复核。

（1）设计规范已修订，有关边坡稳定的计算方法、参数取值原则和安全指标等发生变化，或原计算假定偏不安全的。

（2）边坡的边界条件发生恶化，实际运行承受的主要荷载超过设计值、岩体和控制性结构面的物理力学参数明显降低，边坡内部存在剪切变形或后缘已拉裂。

（3）近期遭受特大暴雨或强烈地震作用的枢纽区工程边坡和近坝库岸边坡。

稳定复核可根据基本资料变化的具体情况采用定性分析或定量计算。对于边坡稳定条件较好且运行性态较正常的，或运行性态仅涉局部稳定问题且不会影响大坝安全和水库运行的，可在原有成果基础上进行定性分析。如边坡设计时对相关参数、荷载做了敏感性分析，且实际变化尚在原分析成果范围，如天荒坪抽水蓄能电站下库“3.29滑坡治理工程”，边坡历经数次强降雨，取得了降雨期间的实测瞬时地下水位，经对比原设计采用值分析，可以对边坡瞬时安全性做出定性判断，也能满足安全评价工作要求。

对边坡稳定性的评价要综合分析，既要考虑稳定计算成果，也不能忽视实际运行性态。特别是对于非平面滑动失稳的变形边坡，其表观行迹、变形分布和速率以及极端工况下表现是判断边坡稳定性的重要依据。

对不稳定的库岸边坡尤其是近坝库岸边坡，应分析失稳后果，如边坡失稳后覆盖的范围、涌浪影响、对行洪、发电进水的影响等。如前述索风营库岸卞家寨滑坡体，其前缘拉裂缝可能导致部分坍塌，于是进行了涌浪计算并根据可能坍塌后的断面分析了对水库行洪的影响，为评价其对大坝安全的影响和制定相关应对措施提供了依据。

3　边坡对大坝安全等级评定的影响

水电站大坝安全定期检查中，边坡安全级别是大坝安全等级评定的重要分项之一。DL/T5313-2014《水电站大坝运行安全评价导则》规定了边坡安全级别评定的条件，边坡安全级别由高到低分为a、a-、b和c四级。边坡按其所处部位、规模、失稳模式，对大坝安全的影响各有不同，因此，边坡安全级别的评定应综合考虑边坡稳定性与失稳危害性，即边坡稳定性高，则安全级别高；边坡稳定性差或已出现失稳迹象，则失稳危害性成为安全级别评定的关键。

根据边坡稳定性确定边坡安全级别的原则：

（1）边坡整体稳定安全系数满足规范要求，且无整体变形迹象的，可定为a级；

（2）边坡整体基本稳定，或边坡存在整体变形但未出现失稳迹象的，可定为a-级；

（3）只有当边坡呈整体失稳迹象的，才有可能根据失稳后果定为b级或c级。

对于存在失稳迹象的不稳定边坡一旦发生垮塌的后果，确定其安全级别的原则如下：

（1）如果不损伤大坝主体结构或涌浪影响轻微的，可定为a级；

（2）如果仅造成大坝主体结构局部损伤但不影响大坝整体安全和泄洪功能的，或涌浪不漫坝的，可定为a-级；

（3）如果可能会影响到大坝整体安全和泄洪功能，或涌浪漫坝但不影响大坝结构安全的，或通过降低水库正常运行水位可以避免涌浪漫坝的，定为b级；

（4）如果可能危及大坝整体安全，或导致泄洪设施无法使用，或导致水库报废，或涌浪漫过土石坝的，定为c级。

4　结语

（1）边坡问题具有长期性、复杂性，首先要做好巡检、监测等工作，对异常现象、异常监测数据进行跟踪，查清楚发生时间、发展趋势、空间分布和影响因素，是反馈设计和后续深入分析的基础。

（2）要根据边坡实际运行性态，复查、复核边坡主要地质问题、失稳机理、破坏模式和稳定安全度，分析边坡失稳危害性。对于稳定性差的边坡，要根据其危害性，及时制定和实施工程治理方案或非工程管控措施。

（3）大坝安全等级评定时，需要综合考虑边坡稳定性和失稳危害性，对于不稳定或已呈整体失稳迹象的边坡，失稳危害性是评定大坝安全等级的关键。

Title:Influence of slope in the safety rating of hydropower dams//by XIE Xiao-yi//Large Dam Safety Supervision Center of National Energy Administration

Based on the experience of periodical inspections for hydropower dams,the paper analyses the main influence of slope failure on safe operation of the dams.Moreover,the main contents and principles in slope stability assessment are summarized.As well,the principles in safety rating of slope are advanced,for reference.

hydropower dam;slope stability;assessment

TV698.1

A

1671-1092（2015）01-0009-04

2015-01-20

谢霄易（1963-），男，浙江金华人，教授级高级工程师，副总工程师，研究方向为水电站设计与大坝安全运行管理。

作者邮箱：xie_xy@ecidi.com