水庫(kù)滑坡災(zāi)害致災(zāi)機(jī)理及防控技術(shù)研究與展望

周家文，陳明亮，瞿靖昆，胡宇翔，夏茂圃，蔣 楠，李海波，范 剛

(1.四川大學(xué) 水力學(xué)與山區(qū)河流開(kāi)發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065；2.四川大學(xué) 水利水電學(xué)院，四川 成都 610065)

截至2021年，中國(guó)已建成各類(lèi)水庫(kù)約9.8萬(wàn)座，總庫(kù)容達(dá)8 983×108m3。這些水庫(kù)在創(chuàng)造巨大經(jīng)濟(jì)和防洪效益的同時(shí)，也帶來(lái)了一些新風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)，水庫(kù)滑坡是其引發(fā)的最典型災(zāi)害之一[1–2]。例如：雅礱江錦屏一級(jí)水電站下閘蓄水后運(yùn)行至今，由于較大的水位變幅和復(fù)雜的地質(zhì)條件，導(dǎo)致水庫(kù)庫(kù)區(qū)發(fā)生了多起規(guī)模不等的滑坡災(zāi)害（圖1），同時(shí)陸續(xù)出現(xiàn)了庫(kù)岸斜坡大變形等問(wèn)題，對(duì)水庫(kù)的安全運(yùn)行構(gòu)成了較大威脅，水庫(kù)滑坡防控減災(zāi)技術(shù)需求極為迫切。

圖1 雅礱江錦屏 Ⅰ 級(jí)庫(kù)區(qū)主要滑坡災(zāi)害分布Fig. 1 Distribution of main landslide disasters in the Jinping Ⅰ reservoir area of the Yalong River

水庫(kù)滑坡災(zāi)害的孕育演化主要分為蓄水初期和運(yùn)行期兩個(gè)階段。在水庫(kù)蓄水初期，庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定性主要受庫(kù)水位大幅度抬升的影響。水庫(kù)進(jìn)入運(yùn)行期后，除庫(kù)水位的周期性漲落之外，突發(fā)性暴雨的激勵(lì)在滑坡災(zāi)害的誘發(fā)中也發(fā)揮了重要作用。2008年9月28日，三峽水電站首次啟動(dòng)了175 m試驗(yàn)性蓄水，在上升到最高水位的過(guò)程中發(fā)生了137處滑坡。2009年6月19日，三峽水電站完成了第1次庫(kù)水位“上升–下降”循環(huán)，除水位上升過(guò)程中誘發(fā)的災(zāi)害外，水位下降過(guò)程中又新增了136處滑坡。在接下來(lái)5次庫(kù)水位“上升–下降”循環(huán)中，分別產(chǎn)生了20、8、11、6和10處滑坡[2]。其中，2015年6月24日18時(shí)40分，重慶市巫山縣三峽庫(kù)區(qū)大寧河左岸發(fā)生紅巖子滑坡（圖2），體積為2.3×105m3的巖土體突然沖入大寧河，引起高度約為5.0～6.0 m的涌浪，打翻了20余艘附近?？康拇弧?/p>

圖2 紅巖子滑坡現(xiàn)場(chǎng)照片F(xiàn)ig. 2 Site photos of Hongyanzi landslide

水庫(kù)滑坡不僅具有山體滑坡的一般特點(diǎn)，還表現(xiàn)出一定的獨(dú)特性，例如：水庫(kù)蓄水及庫(kù)水位周期性變化改變了庫(kù)區(qū)的水文地質(zhì)環(huán)境，進(jìn)而導(dǎo)致庫(kù)岸邊坡的初始平衡狀態(tài)被打破。庫(kù)水的浸泡會(huì)改變邊坡涉水前緣的飽和狀態(tài)，進(jìn)而軟化或泥化其內(nèi)部巖土體并降低其力學(xué)強(qiáng)度[3]。庫(kù)水位周期性波動(dòng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致邊坡內(nèi)出現(xiàn)不穩(wěn)定的瞬態(tài)滲流，這種快速的瞬態(tài)滲流一方面改變坡體應(yīng)力場(chǎng)而產(chǎn)生額外的下滑力；另一方面，會(huì)帶走邊坡內(nèi)部的細(xì)顆粒，使得邊坡結(jié)構(gòu)變得松散易滑[4]。此外，庫(kù)水位的周期波動(dòng)還會(huì)導(dǎo)致邊坡涉水前緣生態(tài)環(huán)境發(fā)生改變，進(jìn)而對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成不可忽略的弱化。涉水邊坡前緣由于浸泡導(dǎo)致植被死亡，岸坡失去植被根系的保護(hù)不僅會(huì)導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度降低，同時(shí)受侵蝕掏刷的作用也會(huì)明顯加劇[5]。值得注意的是，降雨–庫(kù)水聯(lián)合作用下庫(kù)岸邊坡的變形破壞機(jī)制更加復(fù)雜，不僅包含降雨入滲與庫(kù)水影響的時(shí)間空間疊加作用，更涉及到多因素耦合作用下庫(kù)岸邊坡強(qiáng)度劣化的漸進(jìn)累積效應(yīng)。其中，降雨主要從后緣裂縫與滑坡體淺表層入滲到更深處，水位波動(dòng)主要影響消落帶附近的滑坡體。當(dāng)降雨的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間足夠時(shí)，降雨的不利影響會(huì)與水位波動(dòng)的影響在邊坡內(nèi)部某處空間發(fā)生疊加[4]。這個(gè)過(guò)程不僅取決于降雨強(qiáng)度與水位變化速率，還受到巖土體滲透性、土水特征曲線模型等眾多因素的影響，是一個(gè)極其復(fù)雜的科學(xué)問(wèn)題。

隨著西部大開(kāi)發(fā)、“西電東輸”等國(guó)家戰(zhàn)略工程的持續(xù)推進(jìn)，眾多大型水利水電工程在中國(guó)西南水資源豐富的流域逐步開(kāi)工建設(shè)，高壩大庫(kù)工程陸續(xù)蓄水運(yùn)行。西南山區(qū)地勢(shì)起伏大，高陡邊坡多，庫(kù)區(qū)分布著豐富的第四系堆積層及高破碎高風(fēng)化巖體，具有較大的滑坡潛能，嚴(yán)重威脅著水利水電工程運(yùn)行與庫(kù)區(qū)人民生產(chǎn)生活的安全。此外，受全球氣候變化的影響，極端氣候事件發(fā)生的頻率呈增長(zhǎng)之勢(shì)，突發(fā)性暴雨的發(fā)生概率也相應(yīng)增加，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，隨著降雨強(qiáng)度與頻率的增加，水庫(kù)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的活動(dòng)強(qiáng)度、發(fā)生頻率及規(guī)模都將大幅度上升。與此同時(shí)，庫(kù)區(qū)水位周期性漲落引起的消落帶、水庫(kù)滑坡物理演進(jìn)與工程高切坡等造成的生態(tài)環(huán)境改變和地質(zhì)創(chuàng)面問(wèn)題突出。開(kāi)展降雨–水位變動(dòng)疊加作用下水庫(kù)滑坡災(zāi)害的災(zāi)變演化機(jī)制、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及綠色防治對(duì)策等方面的研究需求迫切。

1 水庫(kù)滑坡控制因素與空間分布規(guī)律

弄清水庫(kù)滑坡孕育演化特征并揭示失穩(wěn)機(jī)理是對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和提前防控的重要基礎(chǔ)。首先，研究水庫(kù)滑坡孕育與災(zāi)變過(guò)程的控制因素可為解釋其重力變形特征與觸發(fā)機(jī)制提供前提。其次，分析滑坡的空間分布規(guī)律有利于準(zhǔn)確、快速識(shí)別滑坡隱患點(diǎn)并劃定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和范圍，以便制定詳細(xì)的防控方案。

1.1 水庫(kù)滑坡控制因素

水庫(kù)滑坡是一個(gè)復(fù)雜的地質(zhì)力學(xué)過(guò)程，控制其從變形累積到破壞、從孕育到整體失穩(wěn)的影響因素繁雜多樣。這些因素大致可以分為兩類(lèi)：1）內(nèi)在因素（即地質(zhì)地形條件），包括邊坡地形地貌、巖土體力學(xué)性質(zhì)及水文地質(zhì)條件等，主要影響邊坡的重力變形過(guò)程與力學(xué)平衡狀態(tài)。2）外部因素，包括地震、降雨、庫(kù)水位變動(dòng)等，主要通過(guò)影響邊坡的變形累積過(guò)程與平衡狀態(tài)演變過(guò)程控制滑坡災(zāi)害的發(fā)展趨勢(shì)。

在水庫(kù)滑坡災(zāi)害的形成過(guò)程中，地質(zhì)條件起著至關(guān)重要的控制作用。地形地貌直接決定了邊坡變形破壞的趨勢(shì)與可能性，坡度越陡的邊坡往往存在著更高的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，地質(zhì)構(gòu)造對(duì)庫(kù)岸巖土體的穩(wěn)定狀態(tài)有重要影響，廣泛發(fā)育的斷層與軟弱結(jié)構(gòu)面會(huì)導(dǎo)致邊坡巖土體局部破碎，利于地下水的入滲流通，進(jìn)而影響邊坡的穩(wěn)定性。另外，在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的內(nèi)動(dòng)力作用下，地質(zhì)構(gòu)造與地形地貌的不同空間位置組合關(guān)系也會(huì)影響邊坡的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，從而影響滑坡的空間分布[3]。地層巖性反映了水庫(kù)滑坡災(zāi)害的易發(fā)程度，滑坡的發(fā)育情況與所屬地層巖性的物理力學(xué)性質(zhì)、水理特性和結(jié)構(gòu)松散情況等工程地質(zhì)特征緊密相關(guān)[4–6]?？傮w來(lái)說(shuō)，水庫(kù)滑坡更容易發(fā)生在抗剪強(qiáng)度低、遇水敏感性高的地層中，例如孔隙多且結(jié)構(gòu)松散的堆積層、裂隙發(fā)育程度高的破碎巖體等[7]。

庫(kù)水位“上升–下降”的周期性變化是水庫(kù)滑坡的主要誘發(fā)因素。庫(kù)水一般通過(guò)作用于岸坡涉水前緣，使其發(fā)生變形或局部破壞，進(jìn)而影響到整個(gè)邊坡的穩(wěn)定安全，如圖3（a）所示。

圖3 水庫(kù)滑坡變形失穩(wěn)機(jī)制示意圖Fig. 3 Schematic diagram of the landslide deformation and failure process in the reservoir area

從作用途徑上來(lái)看，庫(kù)水對(duì)滑坡的影響是多方面的。首先，水庫(kù)蓄水會(huì)導(dǎo)致大量水體滲入斜坡內(nèi)部，改變坡體內(nèi)巖土體的含水狀態(tài)，使其軟化或泥化，從而降低力學(xué)強(qiáng)度。其次，庫(kù)水入滲將抬升斜坡內(nèi)部的地下水位，擴(kuò)大地下潛水層的范圍，進(jìn)而降低斜坡的抗滑力[8]。再次，水庫(kù)運(yùn)行中蓄放水引起的庫(kù)水位波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致斜坡內(nèi)部的滲流場(chǎng)顯著改變，從而產(chǎn)生瞬態(tài)滲流，一方面，會(huì)改變斜坡體內(nèi)部的應(yīng)力場(chǎng)分布；另一方面，滲流力的遷移作用會(huì)導(dǎo)致邊坡內(nèi)部軟弱結(jié)構(gòu)面內(nèi)填充物中的細(xì)顆粒被帶走，使其結(jié)構(gòu)更加松散，從而加速斜坡下滑變形破壞[6]。此外，庫(kù)水位的周期性變化還會(huì)導(dǎo)致庫(kù)岸巖土體長(zhǎng)期處于干濕循環(huán)，引起巖土體顆粒材料的物質(zhì)組成、物理力學(xué)性質(zhì)及礦物組成等發(fā)生顯著變化[9]。研究表明，庫(kù)岸邊坡巖土體的物理力學(xué)特性（特別是抗剪強(qiáng)度）在庫(kù)水位出現(xiàn)波動(dòng)的情況下，經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間干濕循環(huán)而發(fā)生不可逆的劣化是岸坡在極端條件下發(fā)生失穩(wěn)的重要誘因[10–11]。

降雨也會(huì)直接影響到庫(kù)岸邊坡的穩(wěn)定性。降雨入滲會(huì)通過(guò)淺表層和后緣裂縫對(duì)滑坡整體穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響，如圖3（b）所示。持續(xù)強(qiáng)降雨作用下，滑坡體淺表層受雨水影響而快速飽和，抗剪強(qiáng)度劣化，穩(wěn)定性顯著降低；后緣裂縫處在持續(xù)的降雨入滲作用下逐漸飽和，導(dǎo)致下滑力增加。此外，降雨形成的坡面徑流還會(huì)沖刷侵蝕地表土體，改變邊坡滲流環(huán)境與應(yīng)力狀態(tài)，最終導(dǎo)致邊坡發(fā)生局部破壞。

降雨–庫(kù)水聯(lián)合作用下的庫(kù)岸邊坡失穩(wěn)機(jī)理更加復(fù)雜，是巖土體力學(xué)性質(zhì)的長(zhǎng)期劣化與應(yīng)力平衡狀態(tài)的長(zhǎng)歷時(shí)演變的共同作用結(jié)果，宏觀上一般表現(xiàn)為斜坡變形破壞從前緣逐漸向后部發(fā)展，直至發(fā)生整體失穩(wěn)破壞[4,8,12]。

綜上，水庫(kù)滑坡從孕育到最終失穩(wěn)破壞一般需經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)間歷程，是一個(gè)大變形不斷累積發(fā)展的過(guò)程[13]。水庫(kù)滑坡不僅涉及多因素耦合作用下庫(kù)岸邊坡強(qiáng)度劣化的漸進(jìn)性累積效應(yīng)，更涉及降雨–庫(kù)水位聯(lián)合作用下的空間疊加效應(yīng)，防控減災(zāi)工作的開(kāi)展推進(jìn)需要對(duì)這些影響因素進(jìn)行綜合考慮。

1.2 水庫(kù)滑坡空間分布規(guī)律

在對(duì)三峽、大崗山、錦屏一級(jí)和毛爾蓋4個(gè)典型水電庫(kù)區(qū)滑坡災(zāi)害調(diào)查和統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)上，總結(jié)了水庫(kù)滑坡空間分布的一般規(guī)律。受地形地貌、地層巖性和庫(kù)區(qū)水位變化的影響，水庫(kù)滑坡在宏觀上表現(xiàn)出顯著的區(qū)域差異性和分段性。從空間分布上來(lái)看，由于庫(kù)水位波動(dòng)對(duì)周?chē)鷰?kù)岸水文地質(zhì)條件的影響程度隨著水深下降而逐漸降低，水庫(kù)滑坡發(fā)育的密度隨著距壩址距離的增大而逐漸減小。壩址區(qū)域由于邊坡開(kāi)挖與支護(hù)等安全措施的開(kāi)展，邊坡穩(wěn)定性較高，滑坡發(fā)生的概率較低。因此，水庫(kù)滑坡一般集中在庫(kù)區(qū)中段，沿壩址區(qū)與庫(kù)區(qū)后段方向密度逐漸降低[14]；此外，水庫(kù)滑坡最易形成于覆蓋層、古滑坡堆積物等第四系堆積地層中，而不同地層巖性也會(huì)導(dǎo)致水庫(kù)滑坡的空間分布區(qū)域差異巨大[15]，如圖4所示。

圖4 不同巖性上的滑坡分布特征[14]Fig. 4 Distribution characteristics of landslides on different lithologies[14]

由圖4可知：大崗山庫(kù)區(qū)中，除大理巖外，閃長(zhǎng)巖、花崗巖和砂/頁(yè)巖3種主要巖性發(fā)育滑坡的比例分別為16.67%、33.33%與50.00%；但發(fā)育大變形或已滑的潛在滑坡體均存在于砂/頁(yè)巖中。錦屏庫(kù)區(qū)中，除大理巖外，千枚巖、石英片巖、砂巖/砂板巖3種主要巖性發(fā)育滑坡的比例分別為5.36%、14.29%和80.36%；但發(fā)育大變形或已滑的潛在滑坡體主要集中于砂巖/砂板巖地層。毛爾蓋庫(kù)區(qū)出露的主要巖層是砂巖、板巖與千枚巖互層，巖層遇水敏感性強(qiáng)，雖然庫(kù)區(qū)長(zhǎng)度不大，但也出現(xiàn)了一定數(shù)量的滑坡災(zāi)害和岸坡大變形。三峽庫(kù)區(qū)中發(fā)育滑坡比例最高的巖層主要是砂巖與泥巖夾頁(yè)巖和煤層。對(duì)滑坡空間分布與巖性的相關(guān)性分析表明，滑坡發(fā)育數(shù)量最多、變形最嚴(yán)重的巖層一般強(qiáng)度較低且遇水敏感性更高，例如：滑坡更容易發(fā)生在砂巖、泥巖、千枚巖等巖層中，而發(fā)生在花崗巖、大理巖等巖層中的概率相對(duì)較低。

雖然不同的地質(zhì)地形條件會(huì)導(dǎo)致水庫(kù)滑坡空間分布上出現(xiàn)明顯差異，但是通過(guò)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析可發(fā)現(xiàn)其也存在比較一致的規(guī)律：大多數(shù)水庫(kù)滑坡主要發(fā)育于8°～30°的斜坡中，并且滑坡后緣高程一般高于水庫(kù)正常蓄水位100～500 m；滑坡方量跨度很大，小規(guī)?；⑺兜臄?shù)量通常占比很大，百萬(wàn)甚至千萬(wàn)方量的大型滑坡雖然數(shù)量不多，但所構(gòu)成的威脅巨大，也是防災(zāi)減災(zāi)的重點(diǎn)[14,16]。由于庫(kù)水位波動(dòng)及降雨入滲對(duì)庫(kù)岸的影響，滑坡的前緣多處于洪枯水位之間。絕大部分滑坡在庫(kù)水淹沒(méi)其前、中部分時(shí)便開(kāi)始出現(xiàn)變形，在降雨–庫(kù)水位變動(dòng)等多因素耦合疊加的作用下變形逐漸累積，最終失穩(wěn)破壞。

2 水庫(kù)滑坡災(zāi)變累積與失穩(wěn)機(jī)制

模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬是研究水庫(kù)滑坡失穩(wěn)機(jī)制和評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性的主要方法。現(xiàn)有研究大多針對(duì)降雨或水位單一因素誘發(fā)的邊坡災(zāi)害進(jìn)行探究，故在僅有降雨或僅有庫(kù)水位變動(dòng)的情況下，庫(kù)岸斜坡形成災(zāi)變累積直至破壞失穩(wěn)的機(jī)制已經(jīng)有大量研究成果。但是，降雨與水位變動(dòng)對(duì)于庫(kù)區(qū)邊坡的不利影響既有一定的共同之處，也有明顯差異，并且降雨–庫(kù)水位變動(dòng)疊加作用下邊坡失穩(wěn)機(jī)制更加復(fù)雜。

2.1 水庫(kù)滑坡物理模型試驗(yàn)

物理模型試驗(yàn)通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室按一定比例塑造縮小的庫(kù)岸斜坡模型，并通過(guò)人工降雨、蓄放水模擬水庫(kù)滑坡孕育演化過(guò)程；同時(shí)，采用傳感器與變形記錄儀器等設(shè)備再演模型邊坡在水文環(huán)境突變時(shí)的變形過(guò)程與水力響應(yīng)，是研究水庫(kù)滑坡災(zāi)變累積與失穩(wěn)機(jī)制的重要手段。

對(duì)于降雨誘發(fā)的邊坡失穩(wěn)，大部分研究對(duì)象聚焦于土質(zhì)邊坡或堆積層邊坡。Okura等[17]研究了暴雨（降雨強(qiáng)度為100 mm/h）誘發(fā)滑坡的破壞過(guò)程，認(rèn)為其失穩(wěn)機(jī)制為在不排水情況下，孔隙水壓突然加載導(dǎo)致的剪切破壞和滑坡流態(tài)化。Moriwaki等[18]則認(rèn)為該現(xiàn)象是濕潤(rùn)引起的土體結(jié)構(gòu)坍塌，如果邊坡材料的結(jié)構(gòu)較為松散，當(dāng)含水量上升時(shí)，孔隙水壓力會(huì)顯著增加，同時(shí)會(huì)降低土體抗剪強(qiáng)度。與此同時(shí)，Schnellmann等[19]發(fā)現(xiàn)中等強(qiáng)度（降雨強(qiáng)度為40 mm/h）的降雨也會(huì)誘發(fā)滑坡，但邊坡的變形失穩(wěn)過(guò)程受到了降雨強(qiáng)度的顯著影響，降雨強(qiáng)度的增加會(huì)導(dǎo)致邊坡發(fā)生失穩(wěn)所需的降雨持續(xù)時(shí)間明顯縮短。除此之外，降雨誘發(fā)邊坡失穩(wěn)還受到滑坡體剖面深度、坡度、初始含水條件及顆粒級(jí)配的影響。剖面深度則通過(guò)影響土砂流量影響著滑坡破壞、啟動(dòng)、演化和退化[20]；邊坡的坡度越大，降雨型滑坡發(fā)生的可能性越大[21–22]；但是對(duì)于初始含水率的影響，結(jié)論不盡相同。Cogan和Gratchev[21]認(rèn)為在低坡度條件下，初始含水條件的增加會(huì)導(dǎo)致堆積層發(fā)生破壞所需降雨持續(xù)時(shí)間縮短；在高坡度條件下，規(guī)律則反之。Wang等[22]認(rèn)為滑坡發(fā)生所需的降雨持續(xù)時(shí)間隨著初始含水條件的增加而減小。顆粒級(jí)配的影響在于降雨作用下邊坡材料受入滲和沖蝕的影響程度不同，粗顆粒含量越大，細(xì)顆粒流失幅度越明顯[23]。

圖5為Yang等[24]根據(jù)毛爾蓋漁壩渡邊坡的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)的比例尺為1∶100的簡(jiǎn)化邊坡模型，以研究含有軟弱夾層的順層巖質(zhì)邊坡在強(qiáng)降雨條件下的破壞特征。試驗(yàn)系統(tǒng)布置有水壓力傳感器與高清數(shù)碼相機(jī)，以獲得邊坡破壞過(guò)程中孔隙水壓力與變形演化過(guò)程。該試驗(yàn)旨在對(duì)強(qiáng)降雨條件下含軟弱夾層順層巖質(zhì)邊坡的水動(dòng)力響應(yīng)和潛在破壞機(jī)制進(jìn)行探究。

圖5 降雨誘發(fā)含軟弱夾層邊坡災(zāi)害的水槽試驗(yàn)[24]Fig. 5 Flume tests for rainfall-induced hazards on slopes containing soft inclusions[24]

對(duì)于巖質(zhì)邊坡而言，基巖層的不透水性導(dǎo)致大量入滲雨水集中在軟弱夾層并使其飽和。Yang等[24]試驗(yàn)表明，降雨入滲對(duì)巖質(zhì)邊坡軟弱夾層的主要影響包括邊坡正面侵蝕、庫(kù)水軟化、側(cè)向侵蝕和粗細(xì)顆粒分離。如圖6所示，試驗(yàn)結(jié)果表明軟弱夾層抗剪強(qiáng)度逐漸下降的兩個(gè)主要?jiǎng)恿σ蛩匕ǎ?）庫(kù)水浸泡時(shí)的軟化作用；2）孔隙水壓力的變化和降雨侵蝕導(dǎo)致的細(xì)顆粒流失。為了更好地理解降雨在邊坡災(zāi)變累積與失穩(wěn)機(jī)制中的作用，需要探究非均勻介質(zhì)中的降雨入滲規(guī)律及裂縫效應(yīng)，以便使研究結(jié)果更適合于工程實(shí)際。

圖6 降雨誘發(fā)含軟弱夾層邊坡災(zāi)害的演化過(guò)程[24]Fig. 6 Evolution of rainfall-induced hazards on slopes with weak inclusions[24]

對(duì)于水位變化誘發(fā)的滑坡災(zāi)害，許多學(xué)者針對(duì)一次或多次庫(kù)水位“上升–下降”循環(huán)作用下庫(kù)岸邊坡的失穩(wěn)機(jī)制進(jìn)行了探究，但得出的結(jié)論不盡相同。Miao[25]、Jiang[26]和Luo[27]等認(rèn)為庫(kù)岸邊坡變形破壞主要發(fā)生在水位下降階段；其失穩(wěn)機(jī)制為庫(kù)水迅速下降后，邊坡內(nèi)部滲透壓力無(wú)法迅速釋放，從而形成朝向坡外的滲透壓力。He[28]和Hu[29]等認(rèn)為庫(kù)岸邊坡發(fā)生變形破壞主要發(fā)生在蓄水階段，其失穩(wěn)機(jī)制為庫(kù)水通過(guò)入滲導(dǎo)致土體基質(zhì)吸力下降和孔隙水壓力增大，進(jìn)而使邊坡材料的剪切強(qiáng)度產(chǎn)生劣化作用。Jia等[30]認(rèn)為水位上升和下降兩個(gè)階段都會(huì)發(fā)生變形，庫(kù)區(qū)水位上升時(shí)頂部會(huì)發(fā)生沉降，且引發(fā)此現(xiàn)象與濕潤(rùn)引起土壤結(jié)構(gòu)變化有關(guān)；而水位下降引起邊坡變形的主要原因?yàn)榭紫端畨毫Φ难舆t產(chǎn)生的滲透力。然而，上述研究有許多疑問(wèn)仍需解決：1）缺乏水位不變對(duì)照組；2）水位變化速率的影響尚不清楚；3）缺乏與真實(shí)案例監(jiān)測(cè)結(jié)果的對(duì)比。

針對(duì)上述問(wèn)題，陳明亮[31]設(shè)計(jì)并制造了一個(gè)可蓄水且可實(shí)現(xiàn)不同水位變化速率的水槽裝置，通過(guò)配套孔壓傳感器、含水率傳感器、3維激光掃描儀等測(cè)量裝備，開(kāi)展圖7所示的水槽試驗(yàn)研究水庫(kù)蓄水及水位變化速率對(duì)庫(kù)岸堆積層邊坡變形響應(yīng)過(guò)程的影響，并將試驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)案例監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較分析，對(duì)庫(kù)岸堆積層邊坡變形破壞機(jī)理進(jìn)行了歸納總結(jié)。

圖7 水位波動(dòng)誘發(fā)水庫(kù)滑坡試驗(yàn)裝置示意圖Fig. 7 Schematic diagram of flume experiment of the water level fluctuation induced reservoir landslide

水位波動(dòng)誘發(fā)水庫(kù)滑坡試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示，可知庫(kù)岸堆積層邊坡發(fā)生破壞并非僅一次大變形所導(dǎo)致的，一般是由于多次大變形的累積而形成的。庫(kù)岸堆積層邊坡在發(fā)生破壞之前的變形形式主要表現(xiàn)為在庫(kù)水的浸泡與沖刷作用下的前緣侵蝕–崩塌，以及被加強(qiáng)的重力牽引作用下的后緣裂縫。對(duì)于大體積規(guī)模堆積層分布的邊坡，可能會(huì)出現(xiàn)分級(jí)滑動(dòng)；而且，距離庫(kù)岸越近，滑動(dòng)的變形程度越嚴(yán)重。在庫(kù)岸堆積層邊坡的變形破壞過(guò)程中，細(xì)顆粒的流失、滲透壓力及孔隙水壓的增大都發(fā)揮了重要的作用。

圖8 水位波動(dòng)誘發(fā)水庫(kù)滑坡試驗(yàn)結(jié)果Fig. 8 Experimental results of reservoir landslides induced by water level fluctuation

2.2 庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)

庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)不僅是研究邊坡災(zāi)變累積與失穩(wěn)機(jī)制的手段，還是邊坡治理和防控的重要工作之一。庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性關(guān)系到邊坡工程安全和后續(xù)防控治理所花費(fèi)的人力與財(cái)力資源。

2.2.1 評(píng)價(jià)方法

1）定性評(píng)價(jià)法

早期工程實(shí)踐中評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性主要采用定性評(píng)價(jià)方法，主要基于地質(zhì)水文條件與外部控制因素，分析和推斷邊坡可能的失穩(wěn)機(jī)制與災(zāi)變模式。常見(jiàn)方法有：自然歷史分析法、工程類(lèi)比法、圖解法與專(zhuān)家系統(tǒng)。這種定性評(píng)價(jià)方法因人而異，其結(jié)果受到地勘資料準(zhǔn)確性與操作人員主觀能動(dòng)性影響，存在著極大的不確定性。

2）定量評(píng)價(jià)法

定量評(píng)價(jià)法包括極限平衡法和水力耦合數(shù)值分析方法。

極限平衡法擁有悠久歷史和豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，是現(xiàn)階段邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)最常用的方法，其主要特點(diǎn)是計(jì)算速度快、成本低。這種方法是根據(jù)靜力平衡原理分析邊坡各種破壞模式下的受力狀態(tài)，以沿滑動(dòng)面上力的關(guān)系評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性。采用極限平衡法時(shí)，不同材料條件的邊坡所采用的計(jì)算方法不同：當(dāng)計(jì)算堆積層或土質(zhì)邊坡時(shí)，可采用瑞典圓弧法、簡(jiǎn)化Bishop法和Janbu法等[32–33]；具有塊狀體的巖質(zhì)邊坡可采用Sarma法[34]；對(duì)于平順滑動(dòng)面，可采用不平衡推力法[35]。根據(jù)計(jì)算中采用的邊坡幾何形態(tài)，極限平衡法可分為2維和3維。一般來(lái)說(shuō)，2維極限平衡法的計(jì)算結(jié)果更加保守[36]；3維極限平衡法計(jì)算結(jié)果可能更接近真實(shí)情況[37]，但3維分析方法及其計(jì)算程序與滿足工程實(shí)際的需要還存在一定距離。

應(yīng)用極限平衡法時(shí)常采用非耦合分析方法，將滲流分析獲得的應(yīng)力結(jié)果導(dǎo)入計(jì)算框架對(duì)庫(kù)岸邊坡進(jìn)行穩(wěn)定分析。此外，極限平衡法還存在諸多缺陷，例如：理論基礎(chǔ)不夠完備，假定滑坡為剛體，以及計(jì)算過(guò)程不考慮邊坡的變形等。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用新的數(shù)值方法以尋求更優(yōu)的解決方式，例如基于有限元法的強(qiáng)度折減法[38–39]、物質(zhì)點(diǎn)法[40–43]及光滑粒子動(dòng)力學(xué)法[44]等水力耦合數(shù)值分析方法。

基于有限元法的強(qiáng)度折減法是通過(guò)不斷增加折減參數(shù)，直至達(dá)到邊坡的臨界破壞點(diǎn)[39]。強(qiáng)度折減法相較于極限平衡法，可以考慮邊坡材料的非線性本構(gòu)模型及復(fù)雜的邊界條件，可以對(duì)邊坡進(jìn)行滲流–應(yīng)力應(yīng)變耦合分析。由前述研究可知，水庫(kù)滑坡的破壞失穩(wěn)實(shí)際上是一個(gè)大變形累積的過(guò)程，然而在處理邊坡的大變形問(wèn)題時(shí)，有限元法劃分的網(wǎng)格會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的扭曲變形甚至失效。因此，有限元法通常適用于分析邊坡的臨界破壞過(guò)程，而無(wú)法對(duì)破壞前變形的累積過(guò)程及破壞后的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行評(píng)估。為此，物質(zhì)點(diǎn)法與光滑粒子動(dòng)力學(xué)成為當(dāng)下研究邊坡變形失穩(wěn)問(wèn)題的熱點(diǎn)。

物質(zhì)點(diǎn)法通過(guò)將連續(xù)體進(jìn)行離散，然后將每一個(gè)子體的質(zhì)量、速度與應(yīng)力等特性集中在拉格朗日點(diǎn)上[40–43]。光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)法是一種無(wú)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用拉格朗日法將相互作用的質(zhì)點(diǎn)代替連續(xù)的流動(dòng)體[43]，但是計(jì)算前需要對(duì)邊界進(jìn)行特殊處理，計(jì)算成本較高。

目前，許多學(xué)者利用將數(shù)值方法與飽和–非飽和理論相結(jié)合，應(yīng)用于僅降雨或僅水位變動(dòng)條件下的邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)，可有效地分析邊坡的大變形問(wèn)題及滲流場(chǎng)與變形場(chǎng)之間的耦合作用。

3）不確定分析法

在確定邊坡的地質(zhì)模型與力學(xué)參數(shù)時(shí)，所獲取的關(guān)于邊坡材料組成、強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)等信息總是具有不確定性。另外，降雨與庫(kù)水位變化等外部環(huán)境因素的隨機(jī)性進(jìn)一步提高了研究分析的復(fù)雜性和不確定性。一些學(xué)者認(rèn)為可以將這些不確定因素引入后續(xù)的邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)中，例如：考慮土壤特性空間變異性[45–47]，或是結(jié)合可靠度分析方法[48–49]，以量化這些不確定因素對(duì)邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)的影響。

2.2.2 案例分析

以大崗山庫(kù)區(qū)新華斜坡為例，結(jié)合野外調(diào)查與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析降雨和水位波動(dòng)疊加作用下水庫(kù)滑坡的潛力。該斜坡在2015年5月23日至2017年2月23日期間總共觀察到了3次大變形?；诶鄯e位移與水位的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，第1次是由蓄水引起的，第2次是降雨與水位下降耦合作用的結(jié)果。調(diào)查表明，庫(kù)區(qū)邊坡的變形不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為是整體的滑動(dòng)（地質(zhì)調(diào)查顯示深度為50～70 m的深部滑動(dòng)面），但根據(jù)變形記錄的支持證據(jù)，也很可能發(fā)生淺層滑動(dòng)（小于5 m）。如圖9所示，2016年7月初暴雨后，山路周邊發(fā)生了小規(guī)模的淺層滑坡。

圖9 新華斜坡淺層小規(guī)模滑坡Fig. 9 Small-scale landslide on shallow Xinhua slope

鑒于降雨與水位波動(dòng)疊加作用的復(fù)雜性，Chen等[8]將有限元法、極限平衡法和無(wú)限邊坡理論相結(jié)合，對(duì)水庫(kù)滑坡的變形模式和響應(yīng)機(jī)制開(kāi)展分析，結(jié)果如圖10所示。數(shù)值模擬結(jié)果表明：在靜水壓力和瞬態(tài)滲透力有利于抗剪的情況下，軟化可能在蓄水過(guò)程中起主要作用，進(jìn)而導(dǎo)致大變形。進(jìn)入運(yùn)行期后，其變形模式發(fā)生了變化。當(dāng)水位下降與持續(xù)強(qiáng)降雨同時(shí)發(fā)生時(shí)，雨水的持續(xù)入滲導(dǎo)致地下水位附近局部飽和；吸力的增大又使雨水入滲能力增強(qiáng)，從而導(dǎo)致局部飽和范圍增大。此外，當(dāng)水位降低時(shí)，靜水壓力也隨之降低，所有這些不利因素都有可能增加新華斜坡淺層邊坡失穩(wěn)的可能性，未來(lái)需要更廣泛的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和更深入的分析進(jìn)行驗(yàn)證。

圖10 降雨與水位波動(dòng)疊加作用的計(jì)算結(jié)果[8]Fig. 10 Calculated results of superimposed effects of rainfall and water level fluctuations[8]

3 滑坡涌浪動(dòng)力致災(zāi)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

涌浪是滑坡體滑入水庫(kù)后擠壓水體造成的次生災(zāi)害。當(dāng)庫(kù)岸邊坡失穩(wěn)后，滑坡涌浪會(huì)對(duì)附近建筑物、居民、河道及過(guò)往船只形成巨大威脅。在高山峽谷地區(qū)，陡峭岸坡和狹隘河道等獨(dú)特的地形地貌特征與高速滑坡巨大的動(dòng)能相耦合，極大提升了滑坡進(jìn)入水體后的能量交換效率。一旦邊坡失穩(wěn)入庫(kù)則會(huì)伴隨著猛烈的入水沖擊和涌浪激發(fā)，可能使次生涌浪的嚴(yán)重程度超過(guò)滑坡本身。因此，對(duì)水庫(kù)滑坡涌浪動(dòng)力演化機(jī)制的研究顯得尤為重要。

3.1 物理模型試驗(yàn)

1）涌浪產(chǎn)生機(jī)理試驗(yàn)

滑坡涌浪在初始產(chǎn)生階段的研究?jī)?nèi)容主要包括涌浪波形分類(lèi)與波峰衰減規(guī)律?；掠坷税凑詹ɡ诵螒B(tài)可分為沖擊波、孤立波和稀疏波。沖擊波以振蕩波的形式傳播，其特征為后緣存在小幅波谷與前緣顯著的波峰；孤立波以對(duì)稱(chēng)性單一波峰為主，無(wú)明顯的波谷特征；稀疏波以單一非對(duì)稱(chēng)前凸波峰為典型特征。Noda[50]根據(jù)重力表面波線性理論推導(dǎo)出完全水上滑坡進(jìn)入半無(wú)限的水體中引起的涌浪高度計(jì)算公式，并歸納出距滑體落水點(diǎn)不同距離處的最大涌浪高度。Huang等[51]推導(dǎo)出側(cè)限條件下滑坡涌浪初始波幅和波長(zhǎng)的無(wú)量綱表達(dá)式。

滑坡涌浪在初始進(jìn)入河道的過(guò)程涉及復(fù)雜的入水沖擊過(guò)程和強(qiáng)非線性波浪產(chǎn)生過(guò)程，因此，Hu等[52]開(kāi)展了考慮顆粒尺寸、入水角度及水深等組合條件下的高速高位滑坡沖擊涌浪物理模型試驗(yàn)（圖11），以研究滑坡碎屑流在高速入水過(guò)程中產(chǎn)生涌浪的動(dòng)力機(jī)制。該試驗(yàn)揭示了滑坡碎屑流高速入水沖擊模式，并闡述了不同因素對(duì)滑坡涌浪最大浪高的影響規(guī)律，最后提出基于滑坡弗勞德系數(shù)的滑坡沖擊涌浪的分類(lèi)模式與滑坡沖擊涌浪最大浪高的計(jì)算方法。

圖11 滑坡涌浪入水沖擊試驗(yàn)[52]Fig. 11 Landslide surge into the water impact experiments[52]

2）涌浪傳播機(jī)制試驗(yàn)

水庫(kù)滑坡涌浪動(dòng)力過(guò)程的研究以滑坡涌浪的首浪高度作為最主要的研究對(duì)象。眾多學(xué)者基于不同類(lèi)型滑坡涌浪的形態(tài)展開(kāi)了對(duì)涌浪波高傳播規(guī)律的研究。Ataie–Ashtiani等[53]推導(dǎo)了沖擊涌浪的單波周期和波高經(jīng)驗(yàn)公式。Enet等[54]發(fā)現(xiàn)水下滑坡產(chǎn)生的稀疏波在傳播過(guò)程中的特征波幅與初始滑坡淹沒(méi)深度有很好的相關(guān)性。除了設(shè)計(jì)邊界理想化的概化模型試驗(yàn)研究滑坡涌浪基本特性，針對(duì)特定的復(fù)雜災(zāi)害區(qū)域進(jìn)行原型模型試驗(yàn)也推導(dǎo)出了一系列涌浪預(yù)測(cè)公式和相關(guān)規(guī)律。Slingerland和Voight[55]根據(jù)1958年阿拉斯加Lituya灣Gilbert Inlet滑坡和1905年阿拉斯加Disenchantment灣的水庫(kù)滑坡災(zāi)害建立模型，得到了無(wú)量綱動(dòng)能與最大波幅的相關(guān)關(guān)系，并設(shè)計(jì)線性回歸方程得到相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。Wang等[56]為考慮地形效應(yīng)進(jìn)行原型比例試驗(yàn)，提出最大波幅預(yù)測(cè)公式和徑向衰減經(jīng)驗(yàn)方程。

以往的滑坡涌浪試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵?維模型居多，具有橫向約束，無(wú)法考慮邊界條件對(duì)于涌浪的反射、折射、衍射作用及沿岸變化。針對(duì)該問(wèn)題，設(shè)計(jì)以高山峽谷為背景的滑坡涌浪3維物理模型試驗(yàn)（圖12），分析不同類(lèi)型可變形滑坡涌浪形成過(guò)程，探討各因素對(duì)初始涌浪及其傳播的基本影響規(guī)律，進(jìn)一步計(jì)算其對(duì)涌浪高度影響的敏感性及敏感程度，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得到了考慮試驗(yàn)水深、下滑高度、質(zhì)量、顆粒粒徑、堆積長(zhǎng)度等因素的初始浪高的預(yù)測(cè)公式。

3.2 數(shù)值模擬技術(shù)

數(shù)值模擬方法的應(yīng)用為研究人員對(duì)滑坡涌浪產(chǎn)生與傳播階段協(xié)同化的研究提供了思路。涌浪的模擬一般是對(duì)Navier–Stokes方程或簡(jiǎn)化的Navier–Stokes方程，如淺水方程、Boussinesq方程等進(jìn)行求解。滑坡涌浪過(guò)程涉及多重時(shí)間和空間尺度，需要結(jié)合多種數(shù)值方法共同求解。

1）連續(xù)介質(zhì)模型

針對(duì)滑坡的數(shù)值模擬方法主要分為連續(xù)介質(zhì)力學(xué)法和離散單元法，連續(xù)介質(zhì)模型通常將可變形滑坡假定為牛頓流體剪應(yīng)力隨剪應(yīng)變率線性增加或非牛頓流體。Li等[57]采用雙層水沙床耦合2維連續(xù)介質(zhì)數(shù)學(xué)模型研究了滑坡涌浪和滑坡物質(zhì)運(yùn)移的耦合動(dòng)力學(xué)過(guò)程。Biscarini[58]基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)剛體滑坡體與水體沖擊產(chǎn)生涌浪并傳播的過(guò)程的模擬。單一的連續(xù)介質(zhì)模型能較好地模擬滑坡–涌浪的交互過(guò)程，然而針對(duì)滑坡物質(zhì)內(nèi)部的碰撞問(wèn)題與滑坡–水體間的拖曳力等物理過(guò)程的描述問(wèn)題存在一定的不準(zhǔn)確性。

2）流固耦合模型

滑坡體入水后產(chǎn)生涌浪的過(guò)程涉及多相耦合，對(duì)模型的要求較高。離散模型不受網(wǎng)格的限制，在大位移和大變形問(wèn)題上具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，可廣泛用于可變形滑坡的模擬中。徐文杰[59]針對(duì)單個(gè)塊體滑坡運(yùn)用耦合的歐拉與拉格朗日算法探討了不同條件下對(duì)滑坡涌浪的影響。Wang等[60]基于非連續(xù)變形法與光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)法相耦合的數(shù)值框架研究了楔形滑坡體的初始位置及滑體密度對(duì)最大涌浪高度的影響。Shi等[61]基于光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值方法研究了對(duì)稱(chēng)深“V”型河道下沖擊涌浪的產(chǎn)生和傳播，分析了不同的弗勞德數(shù)條件下滑坡涌浪高度的衰減規(guī)律。

考慮到滑坡涌浪致災(zāi)過(guò)程為典型固液兩相介質(zhì)的相互力學(xué)作用過(guò)程，Hu等[62]提出針對(duì)滑坡–涌浪動(dòng)力災(zāi)害鏈過(guò)程的基于離散單元法與光滑粒子流體力學(xué)法耦合算法，實(shí)現(xiàn)滑坡物質(zhì)間的沖擊碰撞作用，以準(zhǔn)確模擬水體自由液面大變形等過(guò)程。該方法較為準(zhǔn)確地模擬了大渡河猴子巖庫(kù)區(qū)變形體失穩(wěn)后的滑坡運(yùn)動(dòng)與涌浪成生過(guò)程（圖13）。

圖13 流固耦合數(shù)值模型框架及應(yīng)用案例[62]Fig. 13 Numerical modeling framework for fluid-solid coupling and application examples[62]

3.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

水庫(kù)滑坡一旦發(fā)生，滑坡涌浪將會(huì)對(duì)站點(diǎn)及其周?chē)ㄖ?、居民及生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。對(duì)此，運(yùn)用科學(xué)方法確定可能的受災(zāi)范圍與承災(zāi)對(duì)象，定量評(píng)價(jià)滑坡涌浪發(fā)生的時(shí)空概率及預(yù)測(cè)財(cái)產(chǎn)生命損失顯得尤其重要。Saha等[63]基于滑坡敏感性指數(shù)的定量化指標(biāo)進(jìn)行滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性區(qū)劃，可為水庫(kù)滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系建立理論框架。Chase等[64]提出基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣?yán)碚摰娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)新方法，綜合滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的危險(xiǎn)性、易損性和風(fēng)險(xiǎn)性，建立基于給定庫(kù)區(qū)面積、滑坡方量、滑坡數(shù)量和致災(zāi)范圍之間的關(guān)系定量模型。

4 水庫(kù)滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警與防治減災(zāi)

目前，滑坡變形監(jiān)測(cè)是庫(kù)區(qū)等流域防災(zāi)減災(zāi)的重要手段，能為分析滑坡災(zāi)變演化機(jī)制及評(píng)估滑坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)提供重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。水庫(kù)滑坡的分布廣泛且隨機(jī)，部分滑坡的早期孕育過(guò)程不易發(fā)現(xiàn)，或是地處高位導(dǎo)致監(jiān)測(cè)治理手段無(wú)法實(shí)施。尤其是受庫(kù)區(qū)等流域復(fù)雜的地形地貌影響，現(xiàn)階段滑坡監(jiān)測(cè)手段通常會(huì)面臨監(jiān)測(cè)范圍不足、數(shù)據(jù)完整性差、數(shù)據(jù)精度低等難題；邊坡加固措施則面臨數(shù)量多、難度大、成本高等一系列難題。因此，對(duì)水庫(kù)滑坡的監(jiān)測(cè)預(yù)警方法和防治減災(zāi)措施進(jìn)行深入探索，對(duì)于水庫(kù)滑坡災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)有重要意義。

4.1 水庫(kù)滑坡早期識(shí)別

水庫(kù)滑坡的早期識(shí)別是個(gè)復(fù)雜而艱巨的任務(wù)，不僅需要辨認(rèn)出滑坡的潛在站點(diǎn)，還需要對(duì)于滑坡危險(xiǎn)性進(jìn)行判識(shí)?；掳l(fā)生前一般都具有典型前兆，如大變形、沉降、開(kāi)裂破壞、小規(guī)模崩塌、樹(shù)木傾倒、坡腳出溢點(diǎn)水渾濁等。傳統(tǒng)識(shí)別方法是基于區(qū)域的地質(zhì)水文背景及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，根據(jù)專(zhuān)家的工程經(jīng)驗(yàn)判斷滑坡發(fā)生的可能性與危險(xiǎn)性，但是其效率、準(zhǔn)確性及排查范圍等都受到地形、交通和視野等限制，在實(shí)際操作過(guò)程中需要消耗大量的人力和財(cái)力。

隨著遙感、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等技術(shù)的發(fā)展，遙感圖像解譯與智能識(shí)別的方法已被大量應(yīng)用到水庫(kù)滑坡的早期識(shí)別中，不僅提升了效率、準(zhǔn)確程度及監(jiān)測(cè)范圍，還能夠?qū)崿F(xiàn)全天候自動(dòng)化操作，極大降低了滑坡早期識(shí)別的難度和風(fēng)險(xiǎn)。其中，遙感技術(shù)是通過(guò)高清衛(wèi)星攝像頭、3維激光掃描（terrestrial laser scanning，TLS）、合成孔徑雷達(dá)（synthetic aperture radar，SAR）、無(wú)人機(jī)（unmanned aerial vehicle，UAV）航空攝影等空天設(shè)備獲取研究區(qū)域的高精度光學(xué)影像或者干涉圖像[65–68]。其中，利用衛(wèi)星光學(xué)影像實(shí)現(xiàn)滑坡的早期識(shí)別，主要基于人工目視或計(jì)算機(jī)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的植被覆蓋、土地類(lèi)型變化進(jìn)行檢測(cè)。這種方法主要受限于氣候、云層等大氣干擾，在滑坡高發(fā)的雨季往往會(huì)受云層遮擋而無(wú)法使用。近年來(lái)，快速發(fā)展的合成孔徑雷達(dá)技術(shù)（interferometric synthetic aperture radar，In-SAR）是一種將信號(hào)學(xué)和干涉測(cè)量學(xué)相結(jié)合的主動(dòng)式遙感技術(shù)，通過(guò)衛(wèi)星向地面發(fā)射微波，接收不同地物的散射信號(hào)，基于差分干涉測(cè)量技術(shù)對(duì)干涉相位的變形信息進(jìn)行解纏，獲取地表變形信息。這種技術(shù)主動(dòng)發(fā)射電磁波，不受天氣情況和太陽(yáng)光照條件的約束，使其具有全天時(shí)、全天候、覆蓋面廣的優(yōu)點(diǎn)。在理想狀態(tài)下，當(dāng)完全消除地形、大氣延遲等相位后，差分干涉相位只包含地表形變信息，而微波波長(zhǎng)為毫米級(jí)～厘米級(jí)，因此理論上的差分相位可以捕捉到毫米級(jí)～厘米級(jí)的地表形變信息 （圖14）。目前，衛(wèi)星的重訪周期均在數(shù)天或數(shù)十天以上，因此上述兩種滑坡早期識(shí)別方法多應(yīng)用于長(zhǎng)周期、大范圍的滑坡早期排查。

圖14 基于InSAR技術(shù)的滑坡早期識(shí)別Fig. 14 Landslide detection based on InSAR technology

此外，隨著激光測(cè)距技術(shù)的快速發(fā)展，以3維激光掃描為代表的非接觸式滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。3維激光掃描又稱(chēng)為“實(shí)景復(fù)制”技術(shù)，利用激光測(cè)距的原理，通過(guò)高速激光掃描測(cè)量的方法，大面積、高分辨率、快速地獲取物體表面各個(gè)點(diǎn)的3維坐標(biāo)值（x、y、z）、反射率（i）、顏色（R、G、B）等信息。經(jīng)過(guò)對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行3維重構(gòu)，可在室內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡表面的地質(zhì)地形、幾何形體變化、3維變形等信息進(jìn)行詳盡調(diào)查、提取和量測(cè)，在地質(zhì)3維建模、巖體結(jié)構(gòu)面識(shí)別、邊坡3維變形監(jiān)等測(cè)領(lǐng)域已有大量應(yīng)用。3維激光掃描由于需要圍繞目標(biāo)物多站掃描才能獲取完整的空間數(shù)據(jù)，因此需要對(duì)初始點(diǎn)云進(jìn)行多站點(diǎn)平差拼接。此外，初始點(diǎn)云還需要進(jìn)行降噪、去除植被等前期處理流程。總體來(lái)說(shuō)，與衛(wèi)星影像和無(wú)人機(jī)航空攝影相比，3維激光掃描精度較高，但在復(fù)雜地形條件時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)操作和實(shí)施難度較大，且數(shù)據(jù)量大，在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中需消耗大量時(shí)間。

4.2 水庫(kù)滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)及小型光學(xué)傳感器的快速發(fā)展和應(yīng)用，以?xún)A斜攝影測(cè)量為代表的無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)由于兼?zhèn)鋵?shí)時(shí)、經(jīng)濟(jì)、便捷的特點(diǎn)，迅速在滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到了廣范的應(yīng)用。這種技術(shù)基于運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)算法（structural from motion，SfM）由2維航空影像構(gòu)建3維實(shí)景模型、正射影像和地面數(shù)字高程等關(guān)鍵地表信息，能夠提高復(fù)雜環(huán)境下滑坡變形監(jiān)測(cè)的精度。隨著飛機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和電池容量的進(jìn)一步提升，目前專(zhuān)業(yè)測(cè)繪級(jí)別的小型無(wú)人機(jī)續(xù)航已達(dá)到40～60 min/架次，單次作業(yè)面積達(dá)到數(shù)平方公里。但是，由于SfM算法在計(jì)算過(guò)程中會(huì)針對(duì)每張航空影像中的每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行分析，在保證精度的同時(shí)造成了巨大的計(jì)算負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)建模過(guò)程較為緩慢；此外，地面控制點(diǎn)的數(shù)量和分布對(duì)無(wú)人機(jī)模型精度有重要影響，而復(fù)雜地形環(huán)境下的高山峽谷和大型水庫(kù)通常難以布置充分的地面控制點(diǎn)。因此，基于無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量的滑坡早期識(shí)別技術(shù)任重而道遠(yuǎn)。

當(dāng)確定水庫(kù)滑坡隱患點(diǎn)后，通過(guò)持續(xù)監(jiān)測(cè)可以深入了解其災(zāi)變過(guò)程，以便為后續(xù)的滑坡機(jī)理分析及防治工作提供科學(xué)依據(jù)。對(duì)于水庫(kù)滑坡，降雨和庫(kù)水位波動(dòng)及其二者疊加作用是主要致災(zāi)因素，因此水庫(kù)滑坡監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括滑坡位移監(jiān)測(cè)和水文信息監(jiān)測(cè)。位移是坡體滑移變形與穩(wěn)定性劣化的直觀表征，也是滑坡失穩(wěn)前的重要預(yù)警指標(biāo)。位移變形監(jiān)測(cè)內(nèi)容分為地表位移監(jiān)測(cè)和深部位移監(jiān)測(cè)，其中：地表變形監(jiān)測(cè)常采用GNSS（全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）[69]、3維激光掃描[70]、InSAR[71]、無(wú)人機(jī)航空攝影[72]等技術(shù)，這些技術(shù)在數(shù)據(jù)獲取周期、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境、數(shù)據(jù)精度、監(jiān)測(cè)點(diǎn)密度等方面具有不同的特點(diǎn)[73]；深部位移常采用測(cè)斜孔，能精準(zhǔn)確定滑動(dòng)面深度[74]。水文監(jiān)測(cè)主要針對(duì)降雨、庫(kù)水位變動(dòng)等致災(zāi)因素，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括降雨量、庫(kù)水位、孔隙水壓力與含水率等[75]。

在地勢(shì)起伏大的地區(qū)，采用傳統(tǒng)的單點(diǎn)接觸式監(jiān)測(cè)手段如裂縫計(jì)、GNSS、GPS（全球定位系統(tǒng)）等對(duì)滑坡體進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)的安裝維護(hù)成本較高，設(shè)備施工難度和危險(xiǎn)性較大。由于監(jiān)測(cè)設(shè)備為單點(diǎn)式，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)僅能反映其周?chē)植糠秶牡乇碜冃翁卣?，因此這種監(jiān)測(cè)方式的有效性取決于監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)量和分布。對(duì)于水庫(kù)滑坡的監(jiān)測(cè)而言，基于單點(diǎn)式監(jiān)測(cè)手段對(duì)所有滑坡隱患點(diǎn)進(jìn)行高密度的覆蓋，無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)層面還是從技術(shù)層面都是難以實(shí)現(xiàn)的。因此，近年來(lái)發(fā)展迅速的非接觸式監(jiān)測(cè)手段，如3維激光掃描、無(wú)人機(jī)航空攝影等，可以從全局視野獲取滑坡體的3維空間信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)滑坡3維變形分析。此類(lèi)技術(shù)雖然精度較單點(diǎn)式監(jiān)測(cè)設(shè)備略低，但是在數(shù)據(jù)獲取的速度、廣度和容易程度上有巨大進(jìn)步，并且3維變形分析結(jié)果往往可以發(fā)現(xiàn)單點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果所忽略的局部特殊變形區(qū)域（圖15），因此已被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)領(lǐng)域[76–77]。

圖15 滑坡3維整體變形監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig. 15 Three dimensional deformation monitoring of landslide

但值得注意的是，3維激光掃描在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中經(jīng)常面臨視野受限的問(wèn)題。庫(kù)區(qū)地形地貌復(fù)雜、交通條件不便，因此在采用3維激光掃描時(shí)，掃描區(qū)域經(jīng)常位于可視范圍以外，很難獲取全面的地形信息，導(dǎo)致點(diǎn)云數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大范圍的盲區(qū)或局部空區(qū)。針對(duì)該問(wèn)題，無(wú)人機(jī)航空攝影技術(shù)因其高機(jī)動(dòng)性、靈活性及俯瞰–傾斜視角，能以犧牲部分?jǐn)?shù)據(jù)精度來(lái)提高數(shù)據(jù)的完整性。但是，該技術(shù)在應(yīng)用時(shí)必須提前布設(shè)大量地面控制點(diǎn)，否則基于SfM構(gòu)建3維模型時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量累計(jì)誤差。針對(duì)該問(wèn)題，提出3維激光掃描–無(wú)人機(jī)航空攝影聯(lián)合監(jiān)測(cè)新技術(shù)，以適應(yīng)復(fù)雜地形環(huán)境下的通行限制和視野限制[78–79]。

該技術(shù)基于3維激光掃描儀在可視范圍內(nèi)增加無(wú)人機(jī)地面控制點(diǎn)的數(shù)量和范圍，將水平方向高精度的3維激光點(diǎn)云和垂直方向高完整性的無(wú)人機(jī)點(diǎn)云進(jìn)行融合，以構(gòu)建大范圍、高精度的地表3維模型（圖16）。該方法可極大提高在復(fù)雜環(huán)境下獲取地形信息的速度和精度，并成功應(yīng)用于2020年四川丹巴縣半扇門(mén)鎮(zhèn)阿娘寨古滑坡、2020年理縣清流村高位滑坡和2022年“6·1”寶興地震誘發(fā)的新華滑坡堰塞湖等滑坡災(zāi)害的監(jiān)測(cè)工作。

水庫(kù)滑坡災(zāi)害的預(yù)警也是非常復(fù)雜的問(wèn)題，基于監(jiān)測(cè)成果的預(yù)警機(jī)制研究和及時(shí)的滑坡預(yù)警可為潛在受災(zāi)區(qū)域人民生命財(cái)產(chǎn)安全提供強(qiáng)有力的保障?；聻?zāi)害預(yù)警通常采用閾值預(yù)警法，該方法一方面可通過(guò)致災(zāi)因素的作用強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)警，例如降雨型滑坡通過(guò)雨量閾值進(jìn)行預(yù)警[80]；另一方面，可采用變形閾值（位移、變形速率、切向角等）進(jìn)行預(yù)警[81–82]。然而，不同物質(zhì)成分、不同規(guī)模、不同成因類(lèi)型的滑坡，其變形閾值差異很大。數(shù)據(jù)顯示，滑坡發(fā)生的臨近累計(jì)位移從幾厘米到十幾米不等，采用統(tǒng)一的變形臨界值作為預(yù)警指標(biāo)極有可能會(huì)引起誤判或漏判。其次，水庫(kù)滑坡的水動(dòng)力型致災(zāi)因素比較復(fù)雜，從作用強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)警比較難以設(shè)定指標(biāo)。因此，綜合考慮各控制因素之間的內(nèi)在聯(lián)系，建立具有一定適用性的水庫(kù)滑坡破壞綜合判據(jù)是實(shí)現(xiàn)滑坡災(zāi)害精準(zhǔn)預(yù)警的基礎(chǔ)。

4.3 水庫(kù)滑坡綜合治理

水庫(kù)滑坡的威脅不僅在于對(duì)影響范圍內(nèi)人員、道路、建筑等造成危害，同時(shí)增加了水土流失、土壤退化、河道淤積、水質(zhì)變差的風(fēng)險(xiǎn)。因此，為減輕或消除水庫(kù)滑坡危害，保護(hù)人民生命、財(cái)產(chǎn)安全及生態(tài)環(huán)境，制定合理的滑坡治理措施至關(guān)重要。水庫(kù)滑坡的防治非常復(fù)雜，涉及工程、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等多方面因素，要通過(guò)非工程措施和工程措施的綜合運(yùn)用，方能達(dá)到滑坡防災(zāi)減災(zāi)的目的。

4.3.1 治理措施

1）工程措施

工程措施主要通過(guò)改變、削弱或消除可能降低邊坡穩(wěn)定性的各種因素從而達(dá)到防治滑坡的效果[83]。常見(jiàn)的工程措施有削坡減載、壓腳、阻排水工程、支擋工程、生態(tài)護(hù)坡等[84–85]。新西蘭克萊德水庫(kù)庫(kù)區(qū)的Brewery Creek滑坡采用地下排水和壓腳相結(jié)合的加固工程進(jìn)行防治，但滑坡在某些條件下仍會(huì)被觸發(fā)，因此需要考慮更全面的綜合治理方案[86]。Yu等[87]將三峽庫(kù)區(qū)某滑坡致災(zāi)歸因于脆弱的地質(zhì)構(gòu)造、集中降雨、河流水位上升和不理想的植被構(gòu)造，基于致災(zāi)原因和實(shí)地情況提出夯實(shí)塌方裂縫、建設(shè)排水工程和擋土系統(tǒng)，以及植被恢復(fù)的綜合治理方案并得以實(shí)施。

2）非工程措施

非工程措施主要通過(guò)調(diào)查、宣傳、管理、預(yù)警等方式規(guī)避滑坡災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。首先，應(yīng)對(duì)可能發(fā)生滑坡區(qū)域進(jìn)行全面調(diào)查，劃定滑坡潛在影響區(qū)域，盡可能地開(kāi)展受滑坡影響區(qū)域移民工作并在滑坡易發(fā)區(qū)域豎立安全警示牌。對(duì)于易受災(zāi)人群，加強(qiáng)滑坡知識(shí)普及和防災(zāi)自救知識(shí)宣傳[88]，提升公眾風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)。對(duì)管理而言，邊坡管理政策和規(guī)范的制定將有助于降低滑坡風(fēng)險(xiǎn)[89]，嚴(yán)格控制滑坡附近開(kāi)展的工程活動(dòng)與滑坡防治工程質(zhì)量將有助于滑坡發(fā)生的概率，建立完善的滑坡應(yīng)急管理措施將盡可能降低滑坡災(zāi)害造成的損失。此外，由于庫(kù)水位的變化對(duì)滑坡穩(wěn)定性的不利影響[90]，因此需嚴(yán)格控制水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行過(guò)程以減少庫(kù)水位變化對(duì)水庫(kù)滑坡的擾動(dòng)。

3）生態(tài)治理措施

隨著環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)話題性日趨增長(zhǎng)，公眾、社會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視程度和需求不斷加強(qiáng)，生態(tài)護(hù)坡技術(shù)在水庫(kù)滑坡治理中的應(yīng)用越發(fā)重要。生態(tài)護(hù)坡主要通過(guò)巖土體中草、木本植物根系的加筋作用和錨固作用實(shí)現(xiàn)坡體的加固，在改善邊坡應(yīng)力、變形及降雨入滲、坡面侵蝕等滑坡力學(xué)及水文驅(qū)動(dòng)因素的同時(shí)，還能美化并修復(fù)被破壞的生態(tài)環(huán)境，是一舉多得的滑坡治理措施。目前，國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者通過(guò)室內(nèi)外試驗(yàn)和數(shù)值模擬對(duì)生態(tài)護(hù)坡機(jī)制進(jìn)行研究，研究?jī)?nèi)容主要集中于根–土復(fù)合體的強(qiáng)度特性和單一因素影響下的生態(tài)邊坡穩(wěn)定性。然而，由于根–土復(fù)合體強(qiáng)度特性的影響因素過(guò)多，影響機(jī)制尚未厘清，且大面積植被的根系網(wǎng)絡(luò)在地下不同深度的分布數(shù)據(jù)難以統(tǒng)計(jì)，運(yùn)用現(xiàn)有各根系模型進(jìn)行數(shù)值模擬所產(chǎn)生的誤差不容忽視。

4.3.2 治理實(shí)例

為減少財(cái)產(chǎn)人員損失，作者團(tuán)隊(duì)向大渡河大崗山庫(kù)區(qū)鄭家坪變形體的防控治理工作提供技術(shù)參考意見(jiàn)（圖17）。鄭家坪變形體位于大渡河右岸，距離壩址約11.8～15.0 km，發(fā)育于大渡河斷裂帶夾持的三疊系白果灣組（T3bg）薄層狀砂頁(yè)巖地層中，為層狀反向結(jié)構(gòu)邊坡，隨大渡河下切，巖體傾倒變形強(qiáng)烈。傾倒體前緣高程為1 115～1 130 m，后緣高程為1 350～1 440 m，順河長(zhǎng)3 200 m，橫河寬250～500 m，總體積約為5 500萬(wàn)m3。

圖17 鄭家坪變形體現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比Fig. 17 Site comparison of the Zhengjiaping landslide

為有效防止鄭家坪變形體失穩(wěn)，采取了如圖18所示的治理措施進(jìn)行處理，具體如下：1）開(kāi)挖淺層強(qiáng)傾倒變形巖體并錨噴支護(hù)，剩余的廢料埋壓坡腳。2）在邊坡后緣外側(cè)布置截水溝，同時(shí)對(duì)裂縫進(jìn)行封閉處理；沿公路內(nèi)側(cè)路塹墻布置被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，沖溝部位上邊坡采取混凝土噴護(hù)措施。3）對(duì)變形體區(qū)域內(nèi)道路進(jìn)行交通管制，在上、下游分別設(shè)置地質(zhì)災(zāi)害警示牌、安全警戒標(biāo)牌。由于迅速反應(yīng)、科學(xué)應(yīng)對(duì)和妥當(dāng)處置，避免了水庫(kù)滑坡發(fā)生帶來(lái)的嚴(yán)重?fù)p失，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。

圖18 鄭家坪滑坡體的治理Fig. 18 Management of Zhengjiaping landsliden

5 研究展望

5.1 水庫(kù)滑坡復(fù)雜災(zāi)變機(jī)制與穩(wěn)定評(píng)價(jià)

水庫(kù)滑坡是一個(gè)復(fù)雜的地質(zhì)綜合體，其變形破壞過(guò)程不僅與滑坡所在區(qū)域的地質(zhì)條件特性相關(guān)，更取決于誘發(fā)因素，如降雨、庫(kù)水位波動(dòng)等動(dòng)態(tài)作用影響，尤其是降雨–庫(kù)水聯(lián)合作用下庫(kù)岸邊坡的復(fù)雜變形破壞機(jī)制，不僅要考慮降雨入滲與庫(kù)水影響的空間疊加作用，更需要考慮多因素耦合作用下庫(kù)岸邊坡強(qiáng)度劣化的漸進(jìn)累積效應(yīng)。目前，無(wú)論是有限元法還是極限平衡法都難以實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)滑坡的災(zāi)變累積演化過(guò)程進(jìn)行分析計(jì)算。因此，亟需發(fā)展能夠考慮多因素疊加作用下水庫(kù)滑坡災(zāi)變累積劣化與漸進(jìn)失穩(wěn)的綜合評(píng)價(jià)方法。

5.2 水庫(kù)滑坡多源融合監(jiān)測(cè)與智能預(yù)警

大型水庫(kù)滑坡變形累積過(guò)程、破壞與失穩(wěn)規(guī)模等時(shí)空差異明顯，傳統(tǒng)單點(diǎn)式監(jiān)測(cè)往往因滑坡局部變形與全局變形不一致而造成誤報(bào)漏報(bào)；尤其是常用的滑坡預(yù)警方法大多采用累積變形或變形速率等單一指標(biāo)，而水庫(kù)滑坡災(zāi)害并非單一因素誘發(fā)所致，而是多種不利因素耦合作用導(dǎo)致大變形累積的結(jié)果，不同滑坡間的差異性巨大，單一指標(biāo)的破壞依據(jù)很難做到普遍適用性。因此，亟需研發(fā)能夠獲取水庫(kù)滑坡整體3維變形場(chǎng)、滲流場(chǎng)演化特性的高精度監(jiān)測(cè)技術(shù)，并綜合考慮各影響因素之間的內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)建更合理、普適性更好的智能預(yù)警模型，突破單一指標(biāo)預(yù)警法的局限性。

5.3 滑坡–涌浪流固耦合模擬與致災(zāi)影響評(píng)估

滑坡涌浪是水庫(kù)滑坡引發(fā)的最主要次生災(zāi)害，其造成的致災(zāi)影響甚至超過(guò)滑坡災(zāi)害本身。在滑坡涌浪評(píng)估預(yù)測(cè)方面，雖然已經(jīng)建立了近場(chǎng)波幅的高階理論模型，但解析模型在描述滑坡涌浪的非線性動(dòng)力傳播過(guò)程存在較大局限性，且難以形成統(tǒng)一形式的理論化通用公式，因此需要從水庫(kù)滑坡的共性傳播機(jī)制出發(fā)研究其涌浪產(chǎn)生機(jī)理；此外，大多數(shù)水庫(kù)滑坡涌浪物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬都是基于2維條件進(jìn)行的，河道的地形邊界、河床特性等對(duì)涌浪的動(dòng)力反射疊加作用機(jī)制難以明確。因此，亟需建立能夠考慮滑坡固體顆粒與水流液體強(qiáng)耦合作用及涌浪復(fù)雜演進(jìn)過(guò)程的3維流固耦合模擬評(píng)估系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高山峽谷區(qū)滑坡–涌浪復(fù)雜致災(zāi)影響的準(zhǔn)確模擬評(píng)估。

5.4 生態(tài)措施–支護(hù)結(jié)構(gòu)聯(lián)合的水庫(kù)滑坡治理技術(shù)

水電工程建設(shè)、庫(kù)岸塌方、庫(kù)水位變動(dòng)形成的消落帶等都難免會(huì)對(duì)庫(kù)區(qū)原有的生態(tài)環(huán)境造成破壞，影響生態(tài)景觀的同時(shí)也會(huì)由于岸坡失去植被根系錨固作用而加劇滑坡災(zāi)害的發(fā)生。生態(tài)–結(jié)構(gòu)聯(lián)合防治技術(shù)是滑坡治理的有力手段，不僅能夠改善邊坡應(yīng)力變形等力學(xué)條件，同時(shí)對(duì)降雨入滲、坡面侵蝕、邊坡巖土體內(nèi)孔隙水壓等水文特性也有顯著影響。但是，生態(tài)–結(jié)構(gòu)聯(lián)合防治結(jié)構(gòu)對(duì)突發(fā)性暴雨入滲的調(diào)控機(jī)制與耦合作用機(jī)理尚不明確。因此，未來(lái)需要通過(guò)巖土力學(xué)、水文學(xué)、生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)等多學(xué)科交叉，深入研究根–土復(fù)合體對(duì)斜坡滲流調(diào)控、應(yīng)力演化、強(qiáng)度改變等的影響機(jī)制，并構(gòu)建適用于復(fù)雜水動(dòng)力影響下的水庫(kù)滑坡生態(tài)措施–支護(hù)結(jié)構(gòu)聯(lián)合防控技術(shù)。

6 結(jié) 論

隨著中國(guó)高壩大庫(kù)水利水電工程的相繼運(yùn)行，加之受短時(shí)強(qiáng)降雨等極端氣候的影響，庫(kù)區(qū)涉水滑坡災(zāi)害的活動(dòng)強(qiáng)度、發(fā)生頻率及規(guī)模大幅度上升。水庫(kù)滑坡災(zāi)害對(duì)于國(guó)家戰(zhàn)略工程建設(shè)、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)穩(wěn)定等有嚴(yán)重影響，提升其綜合防控能力是國(guó)家重大需求。

水庫(kù)滑坡不僅涉及多因素耦合作用下庫(kù)岸邊坡強(qiáng)度劣化的漸進(jìn)性累積效應(yīng)，更涉及降雨–庫(kù)水位聯(lián)合作用下的空間疊加效應(yīng)，其致災(zāi)機(jī)理與防控難度極高。本文結(jié)合大量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、室內(nèi)外試驗(yàn)和數(shù)值模擬，總結(jié)了庫(kù)區(qū)地質(zhì)、水文等條件對(duì)于滑坡易感性及空間分布的影響規(guī)律，揭示了強(qiáng)降雨、庫(kù)水位變動(dòng)及多因素疊加作用下水庫(kù)滑坡的累積災(zāi)變失穩(wěn)機(jī)理；建立了離散元模型與流體力學(xué)模型（DEM–SPH）耦合的滑坡–涌浪模擬技術(shù)，能夠較好地揭示高速滑坡體入河與水流的強(qiáng)碰撞及涌浪的非線性傳播過(guò)程，可為滑坡致災(zāi)影響范圍的劃定及應(yīng)急避險(xiǎn)方案的制定提供科學(xué)依據(jù)；構(gòu)建了無(wú)人機(jī)–3維激光掃描空地?cái)?shù)據(jù)融合的大范圍水庫(kù)滑坡3維變形演化監(jiān)測(cè)技術(shù)，并歸納總結(jié)了水庫(kù)滑坡的綜合治理技術(shù)。

此外，雖然學(xué)術(shù)界與工程實(shí)踐已在水庫(kù)滑坡的致災(zāi)機(jī)制理解與防控技術(shù)發(fā)展上積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，但仍然有許多難點(diǎn)問(wèn)題尚需進(jìn)一步深入探究。針對(duì)多因素驅(qū)動(dòng)下水庫(kù)滑坡復(fù)雜致災(zāi)機(jī)理及防控技術(shù)方面的研究不足和局限性，展望了水庫(kù)滑坡在災(zāi)變累積失穩(wěn)與穩(wěn)定評(píng)價(jià)、多源融合監(jiān)測(cè)與智能預(yù)警、滑坡–涌浪流固耦合模擬與致災(zāi)影響評(píng)估、生態(tài)措施–支護(hù)結(jié)構(gòu)聯(lián)合治理技術(shù)方面的未來(lái)發(fā)展方向，期望為水庫(kù)滑坡災(zāi)害防控減災(zāi)研究提供借鑒。