某水庫左岸邊坡變形監(jiān)測(cè)分析

熊多嬌

（江西省九江市柴桑區(qū)水利局，江西 九江 332100）

1 引 言

近些年，由于國家大力倡導(dǎo)綠色發(fā)展、清潔能源的理念，大量水電站應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)于水電站工程，水庫邊坡的巖性往往比較復(fù)雜，并且在前期開挖期間坡體容易受到擾動(dòng)，會(huì)對(duì)其穩(wěn)定性和安全性造成一定的影響，但是邊坡穩(wěn)定性對(duì)水電站后期的使用十分重要，所以國內(nèi)技術(shù)人員往往通過監(jiān)測(cè)坡體變形的手段，來判斷邊坡的變形趨勢(shì)，預(yù)測(cè)邊坡穩(wěn)定性。唐曉松等借助數(shù)值模擬的方法模擬了水庫邊坡的變形特征，為邊坡破壞預(yù)警和破壞機(jī)理的探究開闊了新的思路。趙明華等人借助滲壓計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)、表面位移監(jiān)測(cè)、測(cè)斜孔等手段來監(jiān)測(cè)水電站人工邊坡的變形情況，對(duì)大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析后發(fā)現(xiàn)邊坡變形的主導(dǎo)因素是開挖時(shí)的爆破，同時(shí)判斷出坡體變形趨勢(shì)基本停止，邊坡整體較為安全?；诖耍阅乘娬舅畮爝吰聻槔?，通過設(shè)置表面監(jiān)測(cè)點(diǎn)和深部監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)邊坡的變形情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析其變形特點(diǎn)，并為相關(guān)工程提供指導(dǎo)。

2 水庫邊坡概況

文章以某水電站水庫邊坡為研究對(duì)象，通過設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)其表觀和深處變形進(jìn)行分析，便于判斷和預(yù)測(cè)邊坡的穩(wěn)定性。此水電站中心河谷是比較經(jīng)典的深切“V”字型峽谷，峽谷兩岸的相對(duì)高差約1 520～1 750 m。巖層的產(chǎn)狀為N20°～60°E/SE30°～45°，巖層走向和水流走向大致相同。邊坡巖層性質(zhì)主要分為三段，分別為綠片巖、大理石和砂板巖。峽谷左側(cè)邊坡屬于反向坡，高程1 800～1 900 m 以下區(qū)域巖性為大理巖，55°～70°為其坡度，此高程以上區(qū)域的巖性主要是砂板巖，40°～50°為其坡度，表現(xiàn)為淺溝和山梁交錯(cuò)的地貌形式。卸荷裂隙和深部裂縫（SL44～1）、層間擠壓破碎帶、f42～9、f5、f8小斷層組成了邊坡掩體的主要結(jié)構(gòu)面。松弛拉裂、強(qiáng)風(fēng)化的煌斑巖脈在上游開挖邊坡中露出。左側(cè)邊坡高程1 800 m 以下開挖邊坡（拱肩槽邊坡）的組成部分有下游坡、壩頭坡、上游坡三部分。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，邊坡的變形應(yīng)控制在一天0.10 mm以內(nèi)。

3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置及結(jié)果分析

水庫左側(cè)邊坡的巖體在較深區(qū)域發(fā)育密集，存在部分地質(zhì)結(jié)構(gòu)面和許多變形拉裂縫，盡管它們是在邊坡深部，但過快的施工速度、頻繁的施工活動(dòng)以及大量的巖體卸載，都有可能導(dǎo)致深部拉裂縫進(jìn)一步的發(fā)展。由于監(jiān)測(cè)深度和監(jiān)測(cè)對(duì)象的不同，可將邊坡巖體變形監(jiān)測(cè)細(xì)分成由內(nèi)自外的深部監(jiān)測(cè)和外觀監(jiān)測(cè)。深部監(jiān)測(cè)主要選取石墨桿收斂計(jì)、水準(zhǔn)沉降、平洞測(cè)距等手段，主要貫穿深部拉裂縫和斷層，監(jiān)測(cè)深度最大可以達(dá)到260 m；表面監(jiān)測(cè)則選用外觀監(jiān)測(cè)手段。

3.1 邊坡的外觀變形監(jiān)測(cè)及分析

在左岸邊坡上設(shè)置了外部觀測(cè)點(diǎn)80 個(gè)，對(duì)垂直位移和水平位移進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)。對(duì)未被開挖的自然坡設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)10個(gè)，設(shè)置方向與開挖線平行。開挖邊坡高程1 960 m之上的區(qū)域設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)15個(gè)，并形成了3條監(jiān)測(cè)縱剖面，分別為1-1、2-2、3-3。在開挖邊坡高程1 880～1 960 m范圍內(nèi)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)12個(gè)，并在高程1 720～1 890 m 范圍內(nèi)的壩肩槽設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)43個(gè)，兩者結(jié)合分別在拱肩槽下游側(cè)坡、拱肩槽坡以及拱肩槽上游側(cè)坡構(gòu)成了縱向觀測(cè)剖面8 個(gè)（3-3～10-10 剖面）。外部監(jiān)測(cè)點(diǎn)能夠?qū)L44-1和f42-9露出地表部分的變形進(jìn)行全覆蓋監(jiān)測(cè)。設(shè)定監(jiān)測(cè)方向時(shí)，X 方向正向?yàn)樗较蛳掠蔚淖冃?，?fù)向則為向上游方向；Y 方向正向?yàn)樗匠訉?duì)岸方向，反之則是負(fù)向；H 方向正向?yàn)榇怪毕蛳?，?fù)向則為向上。外觀監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果如表1 所示。測(cè)點(diǎn)測(cè)出順河向的變形方向朝向上游，測(cè)點(diǎn)TP33 和TP12-2 的累計(jì)變形量最大，兩測(cè)點(diǎn)高程分別為2 118.20 m 和1 886 m，前者位置處于近拱肩槽下游，累計(jì)變形量達(dá)到-53 mm；后者位置處于開口線外部區(qū)域，此區(qū)域?qū)儆趦A倒變形體，累計(jì)變形量達(dá)到-53.20 mm，變形體在后期的變形速度比較低。

表1 表面變形監(jiān)測(cè)結(jié)果表

邊坡X 向變形中，開挖期坡體變形量在總變形量中約占60%，結(jié)束開挖后變形還會(huì)有小幅度增加，一年后變形速度有了顯著減小，截止目前基本保持穩(wěn)定，如圖1 所示。大多數(shù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與河流垂直，朝坡外方向的累計(jì)變形量在10～100 mm 范圍內(nèi)，高程2 128 m 的TP12-1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)為累計(jì)位移量最大點(diǎn)，達(dá)到106.20 mm，位置處于開口線之外。開挖區(qū)內(nèi)高程2 022 m以上區(qū)域變形較大，開挖卸荷對(duì)此區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)造成了較大的影響。此區(qū)域內(nèi)變形量在總變形量中約占80%。結(jié)束開挖后的一年內(nèi)，坡體持續(xù)發(fā)生變形，且變形沒有衰減趨勢(shì)。一年之后變形有小幅度的上升，變形速度減弱，截止今日已基本保持不變，位移變化曲線如圖2所示。坡體各測(cè)點(diǎn)在垂直方向上的位移累計(jì)值在60 mm之內(nèi)，高程2 128 m的TP12-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移累計(jì)值最大，達(dá)到了58.60 mm。其余各點(diǎn)垂向位移大于50 mm的有4 個(gè)，開挖期變形量在總變形量中約占80%，一年之后也基本保持不變，位移變化曲線如圖3所示。

圖1 邊坡X向位移與時(shí)間的變化關(guān)系圖

圖2 邊坡Y向位移與時(shí)間的變化關(guān)系圖

圖3 邊坡H向位移與時(shí)間的變化關(guān)系圖

3.2 深部變形監(jiān)測(cè)及結(jié)果分析

在測(cè)量平洞內(nèi)設(shè)置水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)和石墨桿式收斂計(jì)監(jiān)測(cè)，分別觀察其垂直位移和水平位移隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。

首先是對(duì)平洞PD44水平位移的監(jiān)測(cè)。此平洞高程1 940 m，位置處于左側(cè)邊坡開挖區(qū)。設(shè)置一套石墨位移測(cè)量計(jì)（PD44）于洞內(nèi)，測(cè)得的位移累計(jì)量有47.57 mm，變形區(qū)段的巖層巖性為煌斑巖脈穿越，并有豐富的內(nèi)部拉裂縫。如表2為水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果。從中能夠看出，平洞內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在水平方向上的位移在前期增長速度較大，在后期基本保持穩(wěn)定，變形量較小。同時(shí)進(jìn)行的是對(duì)平洞的垂直變形監(jiān)測(cè)工作。為了對(duì)邊坡內(nèi)部巖體的沉降量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在平洞內(nèi)開展了水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，便于記錄巖體在垂直方向的位移。PD44 平洞內(nèi)PD44-5監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降位移最大，此測(cè)點(diǎn)位置距離洞口59 m，并且在深部拉裂縫f44-5、SL44-3、SL44-1之間，深部拉裂縫較為集中，這也說明從區(qū)域的變形主要受到這幾個(gè)深部拉裂縫的控制。同時(shí)也可看出，隨著監(jiān)測(cè)深度的增加，坡體的垂直位移越來越小，監(jiān)測(cè)深度為180 m 時(shí)垂直沉降為0，這也說明邊坡開挖對(duì)僅對(duì)表部坡體的沉降產(chǎn)生影響，對(duì)坡體深部影響不大。如表3所示即為垂直位移與時(shí)間的關(guān)系。

表3 平洞內(nèi)巖體垂直位移監(jiān)測(cè)結(jié)果表

4 坡體變形機(jī)理

通過外部監(jiān)測(cè)和深部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合分析，影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素是坡體內(nèi)部拉裂縫、發(fā)育的一些斷層和開挖造成的臨空面。深部拉裂縫和斷層主要控制深部變形的發(fā)展趨勢(shì)，在測(cè)段穿過深部拉裂縫和斷層時(shí)，平洞在垂直方向和水平方向上的位移顯著增大，尤其是穿過f42-9為代表的的斷層和煌斑巖脈時(shí)，兩種變形量明顯提高。并且深部拉裂縫和斷層在邊坡開挖期間滑移現(xiàn)象更加明顯，位移量相較于期預(yù)測(cè)段要大，呈現(xiàn)出邊坡內(nèi)部變形主要受深部拉裂縫和斷層的控制，在水平方向上的變形量較大，累計(jì)值達(dá)到47.48 mm；在垂直方向上的變形量較小，累計(jì)值僅有3.61 mm，在邊坡支護(hù)加固后變形增加量持續(xù)降低，大約一年后基本保持不變。表部變形容易受到支護(hù)加固和開挖施工活動(dòng)的影響，開挖邊坡后，土體重力減少，卸荷作用影響表部巖體，使其變形趨勢(shì)朝向臨空面，但對(duì)其進(jìn)行支護(hù)加固后變形速率顯著降低，整個(gè)變形過程持續(xù)時(shí)間較短。

5 結(jié)論

①測(cè)點(diǎn)TP33和TP12-2的累計(jì)變形量最大，兩測(cè)點(diǎn)高程分別為2 118.20 m和1 886 m，前者位置處于近拱肩槽下游，累計(jì)變形量達(dá)到-53 mm；后者位置處于開口線外部區(qū)域，此區(qū)域也屬于傾倒變形體，累計(jì)變形量達(dá)到-53.20 mm，變形體在后期的變形速度比較低。②在邊坡的X 向、Y 向與H 變形中，開挖期坡體變形量分別占各方向總變形量中的60%、80%、80%；在X向中高程2 128 m的TP12-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移量最大，達(dá)到106.20 mm；垂直方向上的位移累計(jì)值在60 mm 之內(nèi)，高程2 128 m 的TP12-1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移累計(jì)值最大，達(dá)到了58.60 mm 三個(gè)方向上的變形在一年之后有小幅度的上升，變形速度減弱，截止至今，均保持穩(wěn)定，不再變化。③平洞內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在水平方向和垂直方向上的位移在前期增長速度較大，在后期基本保持穩(wěn)定，變形量較小。垂直方向最大沉降點(diǎn)在深部拉裂縫f44-5、SL44-3、SL44-1之間，深部拉裂縫較為集中，說明從區(qū)域的變形主要受到這幾個(gè)深部拉裂縫的控制。