某水庫左岸邊坡變形監測分析

熊多嬌

（江西省九江市柴桑區水利局，江西 九江 332100）

1 引 言

近些年，由于國家大力倡導綠色發展、清潔能源的理念，大量水電站應運而生。對于水電站工程，水庫邊坡的巖性往往比較復雜，并且在前期開挖期間坡體容易受到擾動，會對其穩定性和安全性造成一定的影響，但是邊坡穩定性對水電站后期的使用十分重要，所以國內技術人員往往通過監測坡體變形的手段，來判斷邊坡的變形趨勢，預測邊坡穩定性。唐曉松等借助數值模擬的方法模擬了水庫邊坡的變形特征，為邊坡破壞預警和破壞機理的探究開闊了新的思路。趙明華等人借助滲壓計、多點位移計、表面位移監測、測斜孔等手段來監測水電站人工邊坡的變形情況，對大量監測數據進行整理分析后發現邊坡變形的主導因素是開挖時的爆破，同時判斷出坡體變形趨勢基本停止，邊坡整體較為安全。基于此，以某水電站水庫邊坡為例子，通過設置表面監測點和深部監測點，對邊坡的變形情況進行實時監測，分析其變形特點，并為相關工程提供指導。

2 水庫邊坡概況

文章以某水電站水庫邊坡為研究對象，通過設置監測點，對其表觀和深處變形進行分析，便于判斷和預測邊坡的穩定性。此水電站中心河谷是比較經典的深切“V”字型峽谷，峽谷兩岸的相對高差約1 520～1 750 m。巖層的產狀為N20°～60°E/SE30°～45°，巖層走向和水流走向大致相同。邊坡巖層性質主要分為三段，分別為綠片巖、大理石和砂板巖。峽谷左側邊坡屬于反向坡，高程1 800～1 900 m 以下區域巖性為大理巖，55°～70°為其坡度，此高程以上區域的巖性主要是砂板巖，40°～50°為其坡度，表現為淺溝和山梁交錯的地貌形式。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構面。松弛拉裂、強風化的煌斑巖脈在上游開挖邊坡中露出。左側邊坡高程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。按照相關標準，邊坡的變形應控制在一天0.10 mm以內。

3 監測點的布置及結果分析

水庫左側邊坡的巖體在較深區域發育密集，存在部分地質結構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、頻繁的施工活動以及大量的巖體卸載，都有可能導致深部拉裂縫進一步的發展。由于監測深度和監測對象的不同，可將邊坡巖體變形監測細分成由內自外的深部監測和外觀監測。深部監測主要選取石墨桿收斂計、水準沉降、平洞測距等手段，主要貫穿深部拉裂縫和斷層，監測深度最大可以達到260 m；表面監測則選用外觀監測手段。

3.1 邊坡的外觀變形監測及分析

在左岸邊坡上設置了外部觀測點80 個，對垂直位移和水平位移進行同步監測。對未被開挖的自然坡設置監測點10個，設置方向與開挖線平行。開挖邊坡高程1 960 m之上的區域設置監測點15個，并形成了3條監測縱剖面，分別為1-1、2-2、3-3。在開挖邊坡高程1 880～1 960 m范圍內設置監測點12個，并在高程1 720～1 890 m 范圍內的壩肩槽設置監測點43個，兩者結合分別在拱肩槽下游側坡、拱肩槽坡以及拱肩槽上游側坡構成了縱向觀測剖面8 個（3-3～10-10 剖面）。外部監測點能夠對SL44-1和f42-9露出地表部分的變形進行全覆蓋監測。設定監測方向時，X 方向正向為水平向下游的變形，負向則為向上游方向；Y 方向正向為水平朝河對岸方向，反之則是負向；H 方向正向為垂直向下，負向則為向上。外觀監測的數據結果如表1 所示。測點測出順河向的變形方向朝向上游，測點TP33 和TP12-2 的累計變形量最大，兩測點高程分別為2 118.20 m 和1 886 m，前者位置處于近拱肩槽下游，累計變形量達到-53 mm；后者位置處于開口線外部區域，此區域屬于傾倒變形體，累計變形量達到-53.20 mm，變形體在后期的變形速度比較低。

表1 表面變形監測結果表

邊坡X 向變形中，開挖期坡體變形量在總變形量中約占60%，結束開挖后變形還會有小幅度增加，一年后變形速度有了顯著減小，截止目前基本保持穩定，如圖1 所示。大多數監測點與河流垂直，朝坡外方向的累計變形量在10～100 mm 范圍內，高程2 128 m 的TP12-1 監測點為累計位移量最大點，達到106.20 mm，位置處于開口線之外。開挖區內高程2 022 m以上區域變形較大，開挖卸荷對此區域內的監測點造成了較大的影響。此區域內變形量在總變形量中約占80%。結束開挖后的一年內，坡體持續發生變形，且變形沒有衰減趨勢。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。坡體各測點在垂直方向上的位移累計值在60 mm之內，高程2 128 m的TP12-1監測點位移累計值最大，達到了58.60 mm。其余各點垂向位移大于50 mm的有4 個，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向位移與時間的變化關系圖

圖2 邊坡Y向位移與時間的變化關系圖

圖3 邊坡H向位移與時間的變化關系圖

3.2 深部變形監測及結果分析

在測量平洞內設置水準監測和石墨桿式收斂計監測，分別觀察其垂直位移和水平位移隨時間的變化趨勢。

首先是對平洞PD44水平位移的監測。此平洞高程1 940 m，位置處于左側邊坡開挖區。設置一套石墨位移測量計（PD44）于洞內，測得的位移累計量有47.57 mm，變形區段的巖層巖性為煌斑巖脈穿越，并有豐富的內部拉裂縫。如表2為水平位移監測結果。從中能夠看出，平洞內監測點在水平方向上的位移在前期增長速度較大，在后期基本保持穩定，變形量較小。同時進行的是對平洞的垂直變形監測工作。為了對邊坡內部巖體的沉降量進行監測，在平洞內開展了水準監測點，便于記錄巖體在垂直方向的位移。PD44 平洞內PD44-5監測點的沉降位移最大，此測點位置距離洞口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，這也說明從區域的變形主要受到這幾個深部拉裂縫的控制。同時也可看出，隨著監測深度的增加，坡體的垂直位移越來越小，監測深度為180 m 時垂直沉降為0，這也說明邊坡開挖對僅對表部坡體的沉降產生影響，對坡體深部影響不大。如表3所示即為垂直位移與時間的關系。

表3 平洞內巖體垂直位移監測結果表

4 坡體變形機理

通過外部監測和深部監測數據的綜合分析，影響邊坡穩定性的主要因素是坡體內部拉裂縫、發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展趨勢，在測段穿過深部拉裂縫和斷層時，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，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象更加明顯，位移量相較于期預測段要大，呈現出邊坡內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，累計值達到47.48 mm；在垂直方向上的變形量較小，累計值僅有3.61 mm，在邊坡支護加固后變形增加量持續降低，大約一年后基本保持不變。表部變形容易受到支護加固和開挖施工活動的影響，開挖邊坡后，土體重力減少，卸荷作用影響表部巖體，使其變形趨勢朝向臨空面，但對其進行支護加固后變形速率顯著降低，整個變形過程持續時間較短。

5 結論

①測點TP33和TP12-2的累計變形量最大，兩測點高程分別為2 118.20 m和1 886 m，前者位置處于近拱肩槽下游，累計變形量達到-53 mm；后者位置處于開口線外部區域，此區域也屬于傾倒變形體，累計變形量達到-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監測點累計位移量最大，達到106.20 mm；垂直方向上的位移累計值在60 mm 之內，高程2 128 m 的TP12-1 監測點位移累計值最大，達到了58.60 mm 三個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，均保持穩定，不再變化。③平洞內監測點在水平方向和垂直方向上的位移在前期增長速度較大，在后期基本保持穩定，變形量較小。垂直方向最大沉降點在深部拉裂縫f44-5、SL44-3、SL44-1之間，深部拉裂縫較為集中，說明從區域的變形主要受到這幾個深部拉裂縫的控制。