黄河龙羊峡水电站近坝库岸龙西滑坡体高水位运行期变形特征分析

王雪梅，李 季，张 毅，赵 灏

（黄河上游水电开发有限责任公司，青海西宁，810008）

1 概述

龙羊峡水电站是黄河干流上游龙青段梯级开发的“龙头”电站，是以发电为主，兼顾防洪、灌溉、防凌等多年调节性能的大型综合利用枢纽工程。水电站枢纽主坝为混凝土重力拱坝，坝高178 m，水库设计正常蓄水位2 600 m，相应库容247亿m3，具有多年调节性能。在水电站库区的南岸地段，距大坝上游1.5～15.8 km分布一系列大型滑坡和不稳定体，这些滑坡以距离水电站大坝5 km的查纳沟为界，其下游称为7号地段（峡口、农场、龙西），上游称6号地段（查东、查纳、查西），地层岩性多为第四纪中、早更新世湖相地层，可划分为七大层。这些滑坡的共同特点是规模大、滑速高、滑程远，滑坡涌浪直接威胁着龙羊峡水电站大坝的安全，曾被称为水电站的“前狼”，是大坝安全运行的一大隐患。经地质勘察，潜在的不稳定边坡有龙西、农场、峡口、查东，尤其是龙西滑坡先行失稳的可能性较大。龙西滑坡体距离龙羊峡水电站大坝仅3.8 km，边坡高约275～290 m，坡度40°～45°，该滑坡体上部主要为砂性土，中、下部主要由密实度很高、超固结呈半成岩状的粘性土夹薄层砂土类地层组成，坡后有冲沟切割，裂隙发育，龙西滑坡体边坡特征见表1。经勘察研究，针对龙西滑坡体布置了地质巡视、监测硐内地下水位、裂缝、水准、引张线观测，硐外GPS观测等项目。

表1 龙西滑坡体边坡特征表Table 1 Slope characteristics of Longxi landslide

1987～2004年18年间，水库长期在低水位2575m以下运行，因此与设计预测的滑塌形态有较大差别。2005年11月19日库水位达到2 597.62 m（历史最高水位）之后，水库进入高水位运行阶段，见图1。在这一时段，库水对龙西滑坡体的作用使滑坡体前沿发生数次小方量坍岸崩解，散落入库，单次最大坍塌方量约1.5万m3左右，造成滑坡体三面环水，观测硐口不断向硐内后移约40余m（目前硐口在桩号0+43 m～0+51 m），边坡前沿形成百余米的直立陡坎，滑坡体及监测硐内也相继出现了一些纵、横向裂缝。

2005年9月9日库水位上升较快，在加密巡视检查时发现监测硐内J8裂缝（桩号0+98.40 m上游侧）有张拉变形，并有掉块现象；2006年4月23日发现监测硐内J4X横缝（桩号0+123 m下游侧）埋设的玻璃条被拉断，缝开度约0.1 mm。之后的历次观测和巡视检查均未发现监测硐内各裂缝有明显变化。

目前，龙西滑坡监测硐迎水面岸坡高陡，已形成百米高的直立峭壁。由于库水位上升和风浪的作用，产生不同程度的淘蚀、搬运岸坡再造，库岸逐渐后退，与初期蓄水时滑坡体形态也产生了较大的变化，见图2。

2 高水位运行期龙西滑坡体变形特征分析

根据滑坡监测的需要，在滑坡体上布置有12个GPS变形观测点，分布于整个岸坡；在预测的可能不稳定地段，布设有水准控制网（称硐外水准）；在滑坡体山腰的观测平硐内布置有铟钢丝引张线变形观测、水准观测（称硐内水准）、地下水位观测和裂缝简易观测项目，以及巡视检查项目等。

图1 坝址区降雨量、库水位过程Fig.1 Rainfall at dam site and reservoir water level

图2 龙西滑坡体监测剖面简图Fig.2 Monitoring layout of Longxi landslide

2.1 硐外水准控制网观测变形特征

龙西滑坡体水准控制网原设计为711、712、713和LRD-2，共4个水准点，采用奇偶数站观测。在高水位运行期，713和LRD-2测点开始呈抬升趋势，其中LRD-2测点抬升量最大，截至2015年12月该测点累计抬升量值为19.50 mm，仍在继续抬升。硐外水准控制网呈现出的变形特征：（1）愈靠近水库的测点抬升量值愈大；（2）711、712两测点的位置在滑坡体的后缘，变化量值较平稳；（3）2005～2015年底平均库水位为2 588.03 m，这十年中历年的库水位均高于蓄水初期的运行水位（2 575.04 m），因此不能排除高水位运行对713和LRD-2测点抬升趋势的影响。硐外水准控制网测点抬升过程见图3。

2.2 硐内附合水准观测变形特征

龙西滑坡体监测硐内共布设了6个水准观测点（小方量滑塌时曾经有2个测点掉落库中），采用附合水准路线观测。目前观测点为LRD-1、LRD13-2、LRD13-1和LRD12-1，布置情况见图4。2006年4月，硐内各水准测点均有约5 mm的抬升突变，形成台阶。经分析，各水准测点抬升突变的原因是库水位抬升较快，即库水位上升使龙西滑坡体地下水位也相应升高，由于滑坡体世湖相地层结构的滞后效应，使5 mm的抬升突变滞后。

从监测资料可以看出，高水位运行期滑坡体硐内水准变形特征：（1）硐内水准各测点均呈小幅抬升趋势，愈靠近水库的测点抬升愈加明显，最大抬升量值32.1 mm；（2）2005～2015年底高水位运行期，这一抬升趋势没有加剧迹象，见图5；（3）硐内、外水准均为愈靠近水库位置的测点抬升量值愈大。

2.3 硐内引张线观测变形特征

图3 龙西滑坡体硐外水准控制网测点累计变形过程Fig.3 Cumulative deformation of measuring points of outside leveling control network of Longxi landslide

为了满足高水位运行期滑坡体变形趋势的进一步监测和分析，在滑坡体观测硐内增加了引张线观测项目，测线长度为115 m，沿硐口至硐内共布设5个观测点，依次为 CD66、CD93.5、CD104、CD134和CD165，见图4。2006年6月取得首次观测数据；2014年7月硐内顶部掉块砸到引张线线体，导致测值突跳形成台阶，引张线观测数据未做衔接处理；2015年8月21日，龙西滑坡体发生小方量崩塌，硐口塌滑了约8 m，硐口后退至桩号0+43～0+51 m，硐内引张线靠库区方向固定端坍塌掉入库区，导致引张线线体被拉断，引张线变形过程见图6。在高水位运行期，各测点均表现为沿硐轴线向水库小幅变形的特征，人工观测与半自动化观测测值变化规律一致（2013年9月增补半自动化观测项目）。

图4 龙西滑坡体硐内水准测点布置图Fig.4 Layout of leveling point in cavern of Longxi landslide

2.4 滑坡体变形速率特征

通过计算滑坡体具有代表性测点的变形速率（如图7所示），分析得出龙西滑坡体在高水位运行期的变形有如下特征：（1）库水位变化对硐外水准测点的变形速率有一定影响，库水位抬升，变形速率加快，库水位下降，变形速率减小；（2）库水位的变幅对硐内水准测点的变化速率也有影响，库水位抬升，变形速率加快，库水位下降，变形速率减小；（3）库水位抬升对水平向变形速率影响不大，变形速率基本平稳；（4）高水位运行期，硐内、外水准观测和硐内引张线观测没有加速变形的趋势。

2.5 裂缝变形特征

龙西滑坡体在2005年高水位运行之前，就设有地表裂缝观测点、硐内横缝观测点、硐内纵缝观测点，共计69个测点，始测于1994年2月21日，采用钢卷尺桩距量距法进行观测。2005年高水位期间，又增补了31个观测点。为提高观测精度，有效观察裂缝变化情况，在部分裂缝两侧浇筑了观测桩，垂直裂缝加装了玻璃条。在10余年高水位运行期间，裂缝变形特征为：（1）地表裂缝38个测点裂缝缝面密实，无明显张开迹象，未产生相对错动的迹象，除TL17测点变化量值较大为+6 mm（裂缝张开）外，其余测点变化量在±3 mm之间，均无异常变化；（2）硐内纵向裂缝有17个观测点，除了JLZ4测点变化量值较大为-7 mm外（2005年变化量值为+2 mm），其余测点变化量均在±2 mm之间；（3）横缝有45个观测点，除JL6测点变化量值较大为+9 mm外（2005年变化量值为+2 mm），其余测点变化量均在±2 mm之间；（4）硐内有5个裂缝简易观测的玻璃条被拉断，部分裂缝有微张现象，但均无明显错动位移；（5）近期的巡视和观测中，各裂缝未见明显延展、错动迹象。

图5 龙西滑坡体硐内水准测点累计变形过程Fig.5 Cumulative deformation of leveling point in cavern of Longxi landslide

图6 龙西滑坡体硐内引张线（人工观测）变形过程Fig.6 Deformation of tension wire in cavern of Longxi landslide

图7 龙西滑坡体变形速率Fig.7 Deformation rate of Longxi landslide

3 结语

龙羊峡水库蓄水运行已经30余年，在库水位上升阶段，近坝库岸的破坏形式是以崩塌、错落和小滑坡为主，岸坡后退，形成新的水下堆积坡。龙西滑坡体虽然前缘也已经产生了数十米宽的塌岸，但滑坡整体性较强。

2005年至今，水库一直在高水位运行，期间历年的库水位也均高于初期运行水位2 575 m。在高水位运行时段，龙西滑坡体观测平硐内有5个裂缝简易观测的玻璃条被拉断，部分裂缝有微张现象，但均无明显错动位移，无明显增宽或延展；滑坡体地表裂缝和监测硐内纵、横向裂缝未见明显的延展迹象，硐内、外水准观测和引张线观测没有加速变形的趋势；滑坡体的变形速率基本平稳，没有加快变形迹象；滑坡体小方量塌滑次数没有增加频次。

根据对龙西滑坡体库岸变形破坏的地质调查、巡视、监测分析可以得出，目前龙西滑坡体整体呈稳定状态，滑坡体无明显的大体积滑移迹象。虽然临水岸坡时常有小方量坍塌，但不足以引起危害性涌浪，威胁龙羊峡水电站大坝的安全。水准观测各测点的抬升，对龙西滑体坡稳定的影响也不明显。

但由于龙羊峡水电站龙西滑坡体地质环境特殊、变形破坏机理复杂及部分测点变形呈现趋势性，滑坡体后缘裂缝也曾有变形迹象，对滑坡体进行安全监测和研究仍十分必要。特别是龙羊峡水库在高水位运行阶段，更应严密监视滑坡体的变形和裂缝变化情况，及时分析观测资料，做好预警工作。

由于龙西滑坡体陡峭、观测便道常被冲毁、落水硐较多，观测人员巡视检查和观测作业时的安全问题一直没有良好的解决方法。为此，目前对于龙西滑坡体的监测尚面临着监测技术改进和监测方法改进两大挑战。鉴于此，尚需加强如下工作：

（1）滑坡体的硐外水准观测，可采用低轨卫星或近景摄影测量法，以此获取变形数据。硐内的变形观测，可采用自动化监测的手段，尽量减少观测人员现场作业的时间；

（2）组织无人机定期对龙西滑坡体库岸进行巡视，直接观察库岸的变形过程；

（3）在以上监测设备布设的基础上，接入大坝安全监测信息平台，完成数据集成。对获取的观测资料和信息，定期进行分析做出综合判断，全面掌控滑坡的变形规律，提高滑坡预警的准确性。

[1]青海省水文地质工程地质勘察院,中国水电顾问集团西北勘测设计研究院.黄河龙羊峡水库库岸地质灾害危险性评估报告[R].

[2]中国水电顾问集团西北勘测设计研究院.黄河龙羊峡水电站汛限水位库岸稳定分析报告[R].