錦屏一級(jí)水電站運(yùn)行期左岸邊坡穩(wěn)定性分析

周綠 劉明昌

摘要：錦屏一級(jí)水電站左岸邊坡深部變形在水庫(kù)蓄水前后變化趨勢(shì)基本一致，進(jìn)入運(yùn)行期后變形仍未收斂，需持續(xù)關(guān)注邊坡的變形和穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)錦屏一級(jí)水電站左岸邊坡運(yùn)行期深部變形各種監(jiān)測(cè)成果的歷年變形值進(jìn)行比較，分析了左岸邊坡運(yùn)行期的變形規(guī)律和變形收斂情況，評(píng)價(jià)了左岸邊坡的穩(wěn)定性;針對(duì)石墨桿收斂計(jì)與谷幅變形進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了谷幅和石墨桿觀測(cè)的可靠性，論證了谷幅和石墨桿成果的可靠性和準(zhǔn)確性。研究結(jié)果表明：左岸邊坡變形雖未收斂，但變形速率呈下降趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：邊坡穩(wěn)定性;邊坡變形;對(duì)比分析;左岸邊坡;錦屏一級(jí)水電站

中圖法分類號(hào)：TV223文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.06.005

文章編號(hào)：1006 - 0081（2021）06 - 0026 - 05

1 研究背景

錦屏一級(jí)水電站左岸邊坡總體開(kāi)挖高度約530 m，總開(kāi)挖量約550萬(wàn)m3，左岸邊坡自然谷坡高陡，巖體卸荷強(qiáng)烈，地應(yīng)力水平高，并發(fā)育有斷層、層間擠壓帶、深部裂縫，是目前水電工程中開(kāi)挖高度最高、開(kāi)挖規(guī)模最大、穩(wěn)定條件最差的邊坡工程之一，其高邊坡的安全穩(wěn)定問(wèn)題十分突出[1]。左岸邊坡變形總體上經(jīng)歷3個(gè)變形過(guò)程：開(kāi)挖卸荷的變形期、蓄水期的有效應(yīng)力及軟化作用的變形調(diào)整期和長(zhǎng)期時(shí)效變形收斂期，目前處于變形調(diào)整期[2]。面對(duì)如此復(fù)雜地質(zhì)條件左岸邊坡，電站進(jìn)入運(yùn)行期后，需持續(xù)關(guān)注其長(zhǎng)期變形的規(guī)律，分析其穩(wěn)定性，評(píng)價(jià)其對(duì)拱壩安全的影響。本文對(duì)左岸邊坡深部變形及谷幅監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)左岸邊坡在運(yùn)行期的穩(wěn)定性。

2 地質(zhì)概況與儀器布置

2.1 地質(zhì)概況

錦屏一級(jí)樞紐區(qū)左岸邊坡山體雄厚，谷坡陡峭，基巖裸露，相對(duì)高差千余米，為典型的深切“Ⅴ”形谷，為深部裂縫發(fā)育強(qiáng)烈區(qū)，平面范圍大致在Ⅵ線山梁上游側(cè)至Ⅱ勘探線之間，巖性為雜谷腦組第三段變質(zhì)砂巖和板巖，巖層走向與河流流向基本一致，岸坡為反向坡，自然坡度40°～50°，地形完整性較差，呈山梁與淺溝相間的微地貌特征。坡體巖性主要為砂板巖，走向與岸坡近平行、傾向坡里，屬典型的反向坡。邊坡巖體中主要結(jié)構(gòu)面為以f5、f8、以及f42-9斷層為代表的小斷層、層間擠壓破碎帶、SL441裂縫為代表的深部裂縫及卸荷裂隙，強(qiáng)風(fēng)化、松弛拉裂的煌斑巖脈在Ⅱ2線上游開(kāi)挖邊坡中出露，往上游向坡體深部延伸。控制邊坡可能失穩(wěn)破壞的各種滑移塊體的主要邊界條件主要包括：煌斑巖脈（X），與煌斑巖脈近于平行的一系列走向NE傾向SE（順坡向）卸荷裂隙、深部裂縫，f42-9斷層[3]，f42-9斷層上盤平行于斷層的一系列小斷層等。左岸高程1 885 m以下開(kāi)挖邊坡即拱肩槽邊坡由上游坡、壩頭坡和下游坡等部分組成，工程邊坡與其上下游自然邊坡形成一個(gè)三面臨空的坡體，控制著左岸壩頭變形拉裂體的穩(wěn)定。錦屏一級(jí)水電站壩區(qū)左岸邊坡主要斷層特征見(jiàn)表1。

左岸壩頂以上邊坡穩(wěn)定的影響因素較復(fù)雜，包括斷層、煌斑巖脈、深部裂縫的影響，傾倒變形、風(fēng)化、卸荷拉裂等造成的破碎巖體，不同方向結(jié)構(gòu)面的不利組合等，針對(duì)存在的問(wèn)題采取了相應(yīng)的支護(hù)處理措施，這些措施包括抗剪洞混凝土置換、系統(tǒng)錨索、錨噴、局部框格梁、面板等。左岸邊坡煌斑巖脈、主要斷層和深部裂縫分布詳見(jiàn)圖1。

2.2儀器布置

左岸邊坡深部變形監(jiān)測(cè)主要涉及以下方面： ①對(duì)邊坡控制性“大塊體”整體穩(wěn)定有直接影響的壩頂以上深部拉裂縫區(qū)的變形問(wèn)題; ②涉及壩肩抗力體變形及拱壩安全問(wèn)題的壩基深部變形[1]。

為監(jiān)測(cè)左岸壩肩深部卸荷裂隙巖體的變形情況，利用左岸的PD42勘探平洞、PD44勘探平洞、高程1 915.0 m排水洞等沿洞軸線方向布置石墨桿收斂計(jì)、測(cè)距墩，監(jiān)測(cè)深度約100～300 m，測(cè)距墩與右岸觀測(cè)點(diǎn)聯(lián)測(cè)，兼測(cè)谷幅變形，壩前上游側(cè)3條谷幅跨江段TP11～PD44、PD21～PD42、PDJ1～TPL19。其中，石墨桿收斂計(jì)布置在地勘平洞內(nèi)， 不僅能夠直接監(jiān)測(cè)平洞的變形， 還可得到測(cè)點(diǎn)的累計(jì)變形過(guò)程， 在邊坡監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重要作用[4]。

（1）PD44平洞位于高程1 930.0 m（圖2），洞內(nèi)沿洞軸線布置石墨桿收斂計(jì)，監(jiān)測(cè)深度198 m，共分6個(gè)測(cè)段。

（2）PD42平洞位于高程1 930.0 m（圖3），洞內(nèi)沿洞軸線主洞和上游支洞布置石墨桿收斂計(jì)，總監(jiān)測(cè)深度251m，主洞分6個(gè)測(cè)段，上游支洞分11個(gè)測(cè)段。

（3）1915排水洞位于高程1 915.0 m（圖4），L2C支洞洞內(nèi)沿洞軸線布置石墨桿收斂計(jì)，監(jiān)測(cè)深度97 m，共分5個(gè)測(cè)段。

（4）拱壩壩肩邊坡深部變形。左岸高程1 885.0 m帷幕灌漿平洞、左岸高程1 829.0 m壩基排水洞、左岸高程1 785.0 m壩基排水洞沿洞軸線各布置一套石墨桿收斂計(jì)監(jiān)測(cè)壩基深部變形。3套石墨桿收斂計(jì)監(jiān)測(cè)深度分別為：245 m（高程1 885.0 m），275 m（高程1 829.0 m）以及330 m（高程1 785.0 m）。

（5）跨江段谷幅線。目前滿足觀測(cè)條件測(cè)段為12條，其中上游側(cè)及壩頂上部共計(jì)布設(shè)3條測(cè)線，下游側(cè)布設(shè)9條。具體布設(shè)情況見(jiàn)圖5。谷幅觀測(cè)采用一等精度邊長(zhǎng)往返觀測(cè)技術(shù)要求，將邊長(zhǎng)改平（經(jīng)過(guò)儀器常數(shù)改正、溫度和氣壓改正、傾斜改正、高程投影面改正）后進(jìn)行比較，得出各期變形量。

3歷年變形分析

3.1 平洞石墨桿收斂計(jì)

根據(jù)左岸深部變形運(yùn)行期歷年變形速率統(tǒng)計(jì)情況，如表2所示，歷年監(jiān)測(cè)成果顯示左岸深部變形速率呈逐年減小的趨勢(shì)，各平洞深部變形雖未收斂，仍持續(xù)向山體外（河床）變形，但其變形速率逐年下降，說(shuō)明左岸邊坡變形在逐漸減緩、逐漸趨于收斂。相關(guān)分布和歷時(shí)曲線如圖6～7所示。

3.2跨江段谷幅

在高拱壩工程中，常通過(guò)河谷兩岸兩測(cè)點(diǎn)的相對(duì)距離（谷幅）變化說(shuō)明河谷的相對(duì)變形情況[5]。根據(jù)壩前谷幅測(cè)線運(yùn)行期歷年變形速率統(tǒng)計(jì)情況，如表3所示，跨江段谷幅測(cè)線在2015年變形速率較大，因首次蓄水后，左岸邊坡處于應(yīng)力調(diào)整中;從歷年來(lái)看，左岸平洞跨江段谷幅線變形速率有逐年減緩的趨勢(shì)，各谷幅測(cè)線處于收縮趨勢(shì)，變形雖未收斂，但其變形速率有所下降，說(shuō)明壩前谷幅線逐漸減緩、逐漸趨于收斂，且與左岸邊坡深部變形吻合。谷幅線變形速率分布與歷時(shí)曲線如圖8～9所示。

3.3邊坡應(yīng)力及變形

圖10和圖11監(jiān)測(cè)成果過(guò)程曲線，左岸1 960～1 885 m邊坡煌斑巖脈附近錨索運(yùn)行期歷年錨固力變化都較小，錨固力曲線平穩(wěn)，錨固力損失不明顯;煌斑巖脈及f42-9斷層附近巖體位移變化量雖有一定波動(dòng)，但變化量級(jí)較小，變形微弱，說(shuō)明左岸邊坡和圍巖基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.4 壩基深部位移

圖12受水庫(kù)荷載的影響壩基石墨桿收斂計(jì)位移與庫(kù)水位呈負(fù)相關(guān)（圖12），水位抬升拱壩壩肩對(duì)基礎(chǔ)帷幕洞有一定的拱推力，基礎(chǔ)帷幕洞受壓，向山體內(nèi)變形;水位下降，水荷載減小，拱推力減小，基礎(chǔ)帷幕洞受左岸邊坡的擠壓，向山體外變形。壩基深部變形符合拱壩壩基的變形規(guī)律。

根據(jù)壩基石墨桿收斂計(jì)運(yùn)行期歷年變形統(tǒng)計(jì)情況，如表4和表5所示，各壩基平洞深部變形年變形量較小，測(cè)段總位移歷年有逐步減小的趨勢(shì)，歷年的極大值也總體呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，說(shuō)明左岸壩基深部變形微弱，深部巖體基本穩(wěn)定。

4 跨江段谷幅與石墨桿對(duì)比分析

跨江段谷幅測(cè)得為左右岸山體的相對(duì)拉伸或壓縮量。根據(jù)工程特點(diǎn)，跨江段谷幅的變形量可以分成3個(gè)部分組成：左岸邊坡平洞內(nèi)石墨桿收斂計(jì)測(cè)得變形量、左岸邊坡石墨桿收斂計(jì)最深點(diǎn)的變形量和右岸邊坡的變形量。通過(guò)對(duì)跨江段谷幅與石墨桿收斂計(jì)洞內(nèi)測(cè)距在同一時(shí)段變化量進(jìn)行對(duì)比，從而可得左岸邊坡石墨桿收斂計(jì)最深點(diǎn)和右岸邊坡的該時(shí)段變化總量。跨江段谷幅與石墨桿收斂計(jì)2015～2019年年度變形量見(jiàn)表6。

由表6可見(jiàn)，2個(gè)平洞的跨江段谷幅和石墨桿收斂計(jì)測(cè)距近5 a的年度變化量相當(dāng)，說(shuō)明左岸邊坡石墨桿收斂計(jì)最深點(diǎn)的和右岸邊坡的該時(shí)段變化總量基本上為零，對(duì)跨江段谷幅變形量無(wú)貢獻(xiàn)，跨江段谷幅變化量來(lái)自左岸邊坡平洞內(nèi)石墨桿收斂計(jì)測(cè)得變化量，從而說(shuō)明左岸平洞內(nèi)的最深點(diǎn)為穩(wěn)定點(diǎn)。

由圖13監(jiān)測(cè)成果顯示：PD42平洞石墨桿收斂計(jì)最深的兩個(gè)點(diǎn)位移均在0.5 mm以內(nèi)，測(cè)段總位移主要變形也發(fā)生在蓄水期，運(yùn)行期歷年變形在1 mm左右;而圖14顯示跨江段谷幅和石墨桿收斂計(jì)測(cè)距年度變化量相當(dāng)，2種監(jiān)測(cè)手段對(duì)比分析進(jìn)行了相互驗(yàn)證，綜合以上分析，說(shuō)明了左岸1 930 m平洞內(nèi)的最深點(diǎn)為穩(wěn)定點(diǎn)。

5結(jié) 論

（1）統(tǒng)計(jì)各種監(jiān)測(cè)方法左岸深部變形運(yùn)行期歷年變形情況，分析了左岸邊坡在運(yùn)行期的變形規(guī)律，說(shuō)明左岸邊坡變形雖未收斂，但變形在逐漸減緩、逐漸趨于收斂。

（2）通過(guò)壩前跨江段谷幅與石墨桿收斂計(jì)在同一時(shí)段的變化量進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了兩種觀測(cè)手段的可靠性，同時(shí)說(shuō)明左岸平洞內(nèi)的最深點(diǎn)為穩(wěn)定點(diǎn)。

（3）統(tǒng)計(jì)和分析了左岸壩基深部1 778～1 885 m 3層排水洞石墨桿收斂計(jì)歷年的變形情況，壩基平洞深部變形年變形量均較微弱，左岸深部巖體基本穩(wěn)定。

（4）左岸邊坡的長(zhǎng)期變形可能對(duì)拱壩安全有一定影響，且存在一定復(fù)雜性，需長(zhǎng)期關(guān)注其發(fā)展?fàn)顩r和變形趨勢(shì)，后續(xù)需考慮多種因素的作用規(guī)律，以及邊坡的長(zhǎng)期變形與拱壩相互影響，從而綜合評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性和拱壩的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙博， 徐衛(wèi)亞. 錦屏一級(jí)水電站左岸邊坡深部變形安全監(jiān)測(cè)分析[J].? 人民長(zhǎng)江， 2011，42（增2）： 101-103.

[2] 周鐘， 張敬， 薛利軍. 錦屏一級(jí)水電站左岸邊坡變形對(duì)拱壩安全的影響[J]. 人民長(zhǎng)江， 2017，48（2）： 49-54.

[3] 金海元，徐衛(wèi)亞，孟永東，等. 錦屏一級(jí)水電站左岸邊坡穩(wěn)定綜合預(yù)報(bào)研究[J]. 巖土力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27（10）：2058-2063.

[4] 吳火兵，王林偉. 石墨桿收斂計(jì)在錦屏電站左岸邊坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 人民長(zhǎng)江，2009，40（18）：103-104.

[5] 程立，劉耀儒，潘元煒，等. 錦屏一級(jí)拱壩左岸邊坡長(zhǎng)期變形對(duì)壩體影響研究[J].? 巖土力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2016，35（增2）：4040-4050.

（編輯：唐湘茜）