基于滑動測微計的某拱壩壩基巖體變形研究

王大治 ，李克綿 ，張文東 ，劉天鵬 ，趙立旺

（1.南水北調中線干線工程建設管理局河北直管項目建設管理部，河北石家莊 050035；2.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130061；3.水利部寒區(qū)工程技術研究中心，吉林 長春 130061）

滑動測微計是一種監(jiān)測沿直線應變分布的高精度儀器，由瑞士聯(lián)邦蘇黎世科技大學的K.Kovari教授于20世紀80年代根據(jù)“線法監(jiān)測原理[1]”開發(fā)研制的。用于高精度地測量任意方向的鉆孔及巖石、混凝土或土壤中測線的軸向位移。測量系統(tǒng)由便攜式的和模塊化的測量系統(tǒng)由探頭、電纜、導桿、讀出單元、數(shù)據(jù)處理單元和校準裝置組成。模塊化的系統(tǒng)結構使得所有組成部件能進行優(yōu)化組合。探頭采用球錐定位原理來測量測管上的標記，而且傳感器精度很高，在每次測量前后進行定期校準，可達到非常高的測量精度和長期穩(wěn)定性。它的測量原理是在塑性套管上每米間隔有一個金屬測標，將測線劃分成若干段，通過灌漿，測標與被測介質牢固地澆筑在一起，當被測介質發(fā)生變形時，將帶動測標與之同步變形。用滑動測微計逐段測出各標距長度隨時間的變化，從而得到反映被測介質沿測線的變形分布規(guī)律的數(shù)據(jù)。具體方法為在測量套管內有一對用HPVC保護套管連接起來的金屬測標，牢固地澆注在一直徑約100 mm的鉆孔或任何混凝上預制的管狀空中。使便攜式滑動測微計和測標頂緊，利用球錐定位原理而獲得高精度測量?；瑒訙y微計的測頭從孔外伸入套管內，測量相鄰測環(huán)的精確距離。滑動測微計測頭內裝有兩套高精度的線圈系統(tǒng)，測頭內的兩套線圈系統(tǒng)在測量位置上通過兩個測環(huán)感應，產(chǎn)生一個與兩測量環(huán)實際間距成比例的電信號，滑動測微計輸出信號是線圈間的標距與兩測量環(huán)實際間距的差值[2]。

1 監(jiān)測布置

大壩基巖變形觀測孔共有8個，用滑動測微計來觀測沿著孔向巖體的變形分布。對于壩基基巖的變形，選擇拱冠12號壩段、7號壩段和16號壩段為主要監(jiān)測梁向斷面，在基礎廊道壩基巖體內部鉆孔，埋設滑動測微計測管與測標。其中，12號壩段在基礎廊道內布設兩個孔，其中一個孔傾向上游；另一孔傾向下游。對于兩岸拱座巖體變形，在3號、5號、8號、19號壩段拱座處，沿垂直壩基拱座開挖面的方向鉆孔布設滑動測微計。

2 運行期壩基巖體變形分析

右壩肩3號壩段3HV1滑動測微計，孔深33.94 m。實測巖體變形范圍約為0～27 m，并在距壩肩槽表面，5 m，22 m和24 m深處存在裂隙張開，張開寬度0.1~0.3 mm。在蓄水初期為拉伸變化，后期位移向壓縮變化，最大累計變形為0.84 mm。

右壩肩5號壩段3HV1滑動測微計，孔深32.41 m。實測巖體變形范圍約為0～29 m，該范圍內巖體變形較均勻，相鄰測點之間的相對位移一般在0.05 mm以下。蓄水后位移以壓縮為主，孔口最大累計變形為1.2 mm。

右壩肩7號壩段3HV1滑動測微計，孔深31.6 m。實測巖體變形范圍約為0～29.5 m，該范圍內巖體變形較均勻，相鄰測點之間的相對位移一般在0.08 mm以下。蓄水后位移以壓縮為主，深度5 m至孔口有一定回彈?？卓谧畲罄塾嬜冃螢?.4 mm。

河床12號壩段傾向上游的12HV1滑動測微計，孔深33.48 m。實測巖體變形范圍約為0～24 m，并在距壩肩槽表面23 m深處存在壓縮軟弱層，壓縮變形0.15 mm。除2003年至2004年為微量拉伸外，蓄水后位移以壓縮為主，孔口最大累計變形為0.79 mm。

河床12號壩段傾向下游的12HV2滑動測微計，孔深34.32 m。實測巖體變形范圍約為0～32 m，并在距壩肩槽表面7.5 m，18.5 m和32.5m深處存在壓縮軟弱層，壓縮變形0.12~0.15 mm。位移以壓縮為主，蓄水后基巖的壓縮累計位移量比12HV1明顯偏大，孔口最大累計變形為1.52 mm。壩基表面巖體變形最大，隨著深度的增加，巖體變形越小，符合基本變化規(guī)律。

左壩肩16號壩段16HV1滑動測微計，孔深33.56 m。實測巖體變形范圍約為0～30 m，并在距壩肩槽表面29.5 m深處存在裂隙張開，張開寬度0.45 mm。除2003年至2005年為微量拉伸外，位移以壓縮為主，蓄水后基巖的壓縮位移量是比較小的，孔口最大累計變形為0.62 mm。

左壩肩18號壩段18HV1滑動測微計，孔深33.38 m。實測巖體變形范圍約為0～31.5 m，該范圍內巖體變形較均勻，相鄰測點之間的相對位移一般在0.05 mm以下。2008以前變形很小，之后變形以壓縮為主，孔口最大累計變形為7.30 mm。

左壩肩19號壩段19HV1滑動測微計，孔深33.25 m。實測巖體變形范圍約為0～31 m，并在距壩肩槽表面13.5，21.5 mm和26.5 m深處存在裂隙張開，張開寬度在0.1~0.125 mm范圍內。除2003年至2005年為微量拉伸外，位移以壓縮為主，蓄水后基巖的壓縮位移量是比較小的，孔口最大累計變形為0.65 mm。

3 結論

1）滑動測微計可有效測量巖體變形，掌握巖體內軟弱夾層、斷層、裂隙分布，可廣泛應用于巖體變形監(jiān)測。

2）蓄水期及運行期大壩基巖基本以壓縮變形為主，壩基表面巖體變形最大，隨著深度的增加，巖體變形越小。左岸壩段0~31.5 m范圍內基巖發(fā)生變形了，孔口累計變形最大值為7.3 mm。右岸壩段0~29 m范圍內基巖發(fā)生變形，孔口累計變形最大值為1.2 mm。河床壩段0~32 m范圍內基巖發(fā)生了變形，孔口累計變形最大值為1.52 mm，上游基巖變形量及范圍較下游小。

3）所有測點總體表現(xiàn)出拱座和壩基在蓄水后處于受壓的工作狀態(tài)，巖體累積位移量比較小，多在1.0 mm以內，從孔底到孔口平均應變一般在3 με以下，總體上反映出拱座基巖的應變情況。

［1］李光煜，黃粵.巖土工程應變監(jiān)測中的線法原理及便攜式系列儀器［J］.巖土力學與工程學報，2001，20（1）：99-109.

［2］董澤榮，趙華，黃仕俊，段會文，廖建軍，李仕勝，姜云輝.采用滑動測微計監(jiān)測壩基巖體卸荷變形［J］.地下空間與工程學報，2006，6（2）：1014-1018.