意大利瓦依昂水库滑坡的启示
1. 概述
1963年10月9日22时39分，意大利瓦依昂水库左岸近坝地段发生巨型滑坡。2.75x108m 3的顺层岩体冲入水库，并壅塞到水坝前，致使坝前1.8km 长的水库变为”石库”。滑坡激起的涌浪翻越大坝，摧毁了下游的多个村镇，造成1925人遇难。滑坡导致整个水库失效报废，但大坝安然无恙，只是坝顶部小有损伤。
图1刚竣工时的瓦依昂大坝
瓦依昂水库总库容1.69x108m3，大坝坝高276m ,弦长160m ，是当时世界上最高的混凝土双曲拱坝(图1) 。大坝建设于1957年开工，1960年初竣工，1960年2月开始蓄水。1959年4月，工程设计专家和地质技术顾问等就对水库左岸斜坡的稳定性存有疑问。1960年5
月安装测量标志，1960年6月确认斜坡滑动的存在，持续开展了3年多的监测工作，直至滑坡发生。鉴于1960年11月4日发生了局部崩滑，有关学者曾做过一些调查研究，开展了1:200的水库滑坡模拟试验。基本认识是水库蓄水至700m 高程是安全的，1963年预测到滑坡危险时曾将库水位迅速下降到了”安全”水位。事实上，巨型滑坡是在库水长期作用下. 顺层斜坡经过三年多的蠕动变形，进入1963年上半年每天的位移尚在毫米量级，到当年9月的日位移量才达到厘米级，并从10月1日的位移20cm 急剧提速到10月9日的80cm 后才发生的。
2. 瓦依昂河谷地质环境
瓦依昂水库建在意大利北部阿尔卑斯山地的瓦依昂河谷中, 座落在著名的威尼斯市以北约100km 处。
图2 瓦伊昂水厍滑坡滑动前地质剖面和位移观测示意图 ( 据L.Muller, 1964)
①-灰岩; ②-含粘土夹层的薄层灰岩( 侏罗系) ; ③-含燧石灰岩( 白垩系) ; ④-泥灰质灰岩( 白垩系) ; ⑤-老
滑坡; ⑥-滑移面; ⑦-滑动后地面线; Sn2- 钻孔及编号
滑坡所在的峡谷区由巨厚的侏罗系中统厚层石灰岩、侏罗系上统薄层泥灰岩与白垩系下统厚层隧石灰岩的岩层构成。峡谷区的岸坡上部和分水岭上复盖有不厚的第四纪堆积物。其下, 经过强烈构造变位的石灰岩在岸坡上部以33-40°倾角倾向于峡谷型河床( 因属向斜型河谷, 两岸岩层均倾向河床, 至河床部位岩层平缓) 。滑体具有良好的临空条件。受数组裂隙( 构造裂隙及岸边卸荷裂隙) 切割, 并有构造破碎带和岩层软弱带。所有这些具不利走向的构造裂隙系统分割了岸坡岩体, 使其沿着由陡至缓变倾角的碟形滑动面下滑。滑坡体岩层沿着已软化的泥灰岩及粘土夹层( 属上侏罗统) 滑动, 属于超巨型极深层顺层岩质滑坡。滑动面位于上侏罗统薄层泥质灰岩夹泥化层和下白垩统厚层隧石灰岩的界面上。综上可见, 对于
岸坡稳定性来说, 滑坡区的自然地质环境是非常不利的, 属于潜在的滑动区, 从而奠定了岸坡失稳的基础。这是岸坡致滑的根本原因( 图2 )。
3. 讨论
3.1 滑坡的形成机制
在斜坡发展至斜坡破坏( 滑坡或崩塌) 之间存在一个变形阶段, 将斜坡变形破坏划分为斜坡变形、斜坡破坏及破坏后的继续运动3 个不同的演化阶段。进而根据岩体变形破坏的力学机制, 将斜坡变形概括为下列几种基本地质力学模式, 即: 蠕滑( 滑移) - 拉裂 , 滑移- 压致拉裂, 弯曲- 拉裂, 塑流- 拉裂及滑移- 弯曲。将这些力学模式与斜坡的原始岩土体结构类型及外形特征联系起来，根据斜坡结构与外形特征, 对其可能出现及产生的变形方式与模式作出判定, 并根据斜坡变形破裂的地质现像, 对斜坡变形的演化阶段及发展趋势作出预测评价。按照这一思路, 瓦依昂水库左岸岸坡的结构类型属于倾外椅状层状体斜坡（图3）, 将其作为滑移- 弯曲变形力学机制模式的一个典型实例。实际上这类斜坡的弧型面有利于滑面的生成, 图3所示, 坡体上部沿较陡滑面块状滑移, 下部在平缓的潜在滑面( 高程约600m, 图3) 以上表现为蠕滑。在滑坡发生前, 遭受挤压弯曲, 发生塑性变形的同时, 也储存部分弹性应变能。在滑移- 弯曲变形力学机制模式下，最终发生了滑坡。
图3 瓦伊昂水厍滑坡滑前( a) 、后( b) 剖面示意图( 据D. 罗西、E. 塞曼扎1986)
①-瓦依昂河谷; ②-老滑坡滑动面; ③-1960 年滑坡滑动面; ④-1963 年滑坡滑动面; S1- 钻孔及编号
3.2滑坡高速滑动的原因
有关高速滑动原因的讨论, 有不少见解, 如滑动面软弱层静动摩擦值差异; 滑动过程孔隙水摩擦升温等。但至少还有两个值得注意的因素: ①与滑移- 弯曲力学机制模式有关, 变形过程中弯曲部位( 图2) 储存一定的弹性应变能, 因此一旦下部滑体起动, 弹性应变能释放可使滑体增加附加推力而加速。②R. 哈芬尼提出的水下块体破裂时可能出现的水锤机制是值得考虑的, 它可造成裂缝中孔隙水压力的异常激增, 瓦依昂滑坡滑动时, 水位达710m, 超过了滑动面由陡转缓的部位( 图3) , 下滑时前缘坡体的破裂及滑面弯曲处的架空, 均有产生水锤效应的可能。这两方面的因素也是造成滑坡高速滑动的重要因素。
4 结语
自从Miiller L于1964年发表“The rock slide in the Vajont valley”以来，瓦依昂滑坡已成为当今世界分析研究最多、发表文献最多的案例。研究讨论主要涉及滑坡危险的认识、成因解释、物理力学和数学知识应用以及工程运行处置决策的正误等。众多研究者把滑坡的成
因归结为多种因素引发了巨型顺倾层状岩体滑坡，包括滑坡前缘河谷深切、卸荷节理发育、岩体顺倾且存在软弱黏土夹层成为主要滑动面、前期连续降雨、水库水位未能及时降低和斜坡体内地下水位升高和孔隙水压力增大等。另外，对初始滑动机理的认识过程及背景、逻辑推理的失误、多层次处理与多因素调和的乏力也进行了反思，提出了诸如预测滑动速度、预留坝高、模型试验预测涌浪、早期大范围排水、坡脚早期抗滑控制、预警体系建立、决策不局限于固结假说或并非受困于专家意见不一、初始时不希冀于不会出现大滑坡和水库水位及时降下来等诸多的“如果”。
瓦依昂滑坡灾难及围绕该滑坡的学术讨论, 给了我们一些启示。
4.1地质调查分析的程度及深度, 决定了地质灾害评价预测的准确度与有效性。 地质现像是解决地质问题的主要依据。研究岩石力学必须与地质调查分析相结合，工程建设必须先勘察后设计，必须重视工程地质在选址、评价中的决策作用；
4.2 专家咨询也要终生负责制。
瓦依昂滑坡发生后, 不少专家在历次讨论会上, 不仅发表了自己的见解, 也从中总结了教训，最后通过专家咨询终生制这一决议。
4.3 与自然环境和谐相处，是人类工程活动的唯一选择
人类修建大型水利水电工程, 较大地改变了地质环境, 并对其产生作用和影响; 反之, 地质环境(如岸坡和库盆) 亦有相应的反馈( 如产生滑坡、诱发地震等) , 还伴随次生灾害( 如涌浪引起的洪水灾害) 。人类如不能正确地认识并掌握地质环境的可能变化规律和趋势, 就要遭到地质灾害的“ 报复” 。已有诸多教训, 尤应记取。
4.4从分析研究水库岸坡稳定性角度出发, 亦可得到启迪。
首先, 事实说明, 该个水库库岸具有不利的地貌与地质结构, 这是导致岸坡失稳的基本条件; 不利的构造结构面的切割, 使之成为潜在的不稳定岸坡地段; 水库蓄水作用改变了岸坡岩体的水动力条件, 改变了岸坡的初始应力条件, 增加了失稳因素, 恶化了岸坡的地质环境, 促使其稳定性降低, 且不可逆转; 勘察研究工作的失误又贻误了时机, 对滑坡的发展趋势缺乏果断的识别和必要的应急措施, 致使一场灾难成为必然。
参考文献
[1] 王兰生. 意大利瓦依昂水库滑坡考察. 中国地质灾害与防治学报,2007.9,18（3）:145-148
[2] 钟立勋. 意大利瓦依昂水库滑坡事件的启示. 中国地质灾害与防治学报,1994.6,5(2):77-84