，，

(1.中國電建集團 中南勘測設(shè)計研究院有限公司，長沙 410014；

2.錦屏建設(shè)管理局 雅礱江水電建設(shè)開發(fā)有限公司，成都 610021)

1 研究背景

錦屏一級水電站左岸壩肩邊坡總體開挖高度約530 m，是目前水電工程開挖高度最高、開挖規(guī)模最大、穩(wěn)定條件最差的邊坡工程之一[1-2]。影響左岸邊坡穩(wěn)定的特殊不良地質(zhì)現(xiàn)象主要有：斷層及節(jié)理裂隙、巖體卸荷拉裂、巖體傾倒變形及深部裂縫等。其中邊坡的整體穩(wěn)定性是由以SL44-1松弛拉裂帶為上游邊界，以f42-9斷層為下游邊界及底滑面，以煌斑巖脈為后緣切割面的變形拉裂體(以下簡稱“大塊體”)控制[3]。

邊界控制面地質(zhì)條件：f42-9斷層產(chǎn)狀以N80°E～近EW/SE(S)∠40～60°為主，總體上以寬度大、性狀差的泥夾碎石、糜棱巖為主。煌斑巖脈(X)總體產(chǎn)狀為N60°～80°E，SE∠70°～90°，寬約15～30 m，抗風化能力差。SL44-1按SN向～N20°W走向推測，以空縫為主，局部充填巖塊巖屑。“大塊體”內(nèi)部巖體大部分均為Ⅳ2級巖體，但局部仍有部分Ⅲ2級巖體，這部位巖體多松弛破碎，小斷層發(fā)育，性狀差。剖面情況見示意圖1。

圖1 “大塊體”剖面示意圖[1]

2 監(jiān)測儀器布置及實施

邊坡開挖為2005年9月至2009年8月底，澆筑為2009年10月至2012年底。在施工期采用多種監(jiān)測手段和設(shè)備，對工程全過程進行監(jiān)測，實時反映了“大塊體”在施工階段的變形過程。項目整體上由表及里監(jiān)控邊坡運行狀態(tài)，可劃分為表面、淺部和深部3個部分。表面監(jiān)測采用全站儀大地測量，觀測頻率為1次/月，以監(jiān)控邊坡宏觀變形。淺部變形監(jiān)測采用多點位移計，監(jiān)測深度為0～90 m，主要監(jiān)測邊坡淺表巖體及錨固體系工作性態(tài)，以局部穩(wěn)定問題為主。深部監(jiān)測采用平洞測距、石墨桿收斂計等監(jiān)測方法，儀器布置于勘探平洞內(nèi)，覆蓋深部裂縫、煌斑巖脈及斷層等軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育區(qū)段，最大監(jiān)測達到330 m，主要監(jiān)測深部巖體變形以研究邊坡整體穩(wěn)定性問題[2-4]。淺深部觀測頻率為1次/周。

邊坡表面監(jiān)測布置11個斷面，其中穿過“大塊體”有4個斷面。測點全面控制了煌斑巖脈、f42-9和SL44-1在地表出露邊界兩側(cè)的變形。淺部監(jiān)測多點位移計有：1 960 m以上處有M45—M47；1 960—1 885 m高程處有M45—M411；1 885 m高程以下有M46C3L和M47C3L。部分測點穿過構(gòu)造結(jié)構(gòu)面能有效監(jiān)測斷層變位。深部監(jiān)測在1 930 mPD44平洞先后平行布置2套、PD42平洞分別在上游支洞和主洞布置2套，1 915m高程排水洞布置1套。這5套石墨桿收斂計正處在“大塊體”的重要部位，能較好反映“大塊體”滑動變形趨勢。監(jiān)測布置平面見圖2。

圖2 “大塊體”監(jiān)測布置平面圖[1]

3 監(jiān)測成果分析

3.1 表面變形監(jiān)測

3.1.1 表面變形特征

以下基于表面位移量、方位角和傾伏角3個方面對“大塊體”內(nèi)外的變形特征進行對比。

(1)位移量大?。洪_挖期邊坡表面變形空間上呈現(xiàn)中部變形略大于高高程處，這是由于開挖水平深度不同所致。進入澆筑施工期，“大塊體”內(nèi)外的變形量值基本接近，期間變化量在18.9～26.3 mm范圍，表明“大塊體”內(nèi)外變形量無明顯差異。

(2)變形方位角：開挖期各區(qū)域測點變形方位角呈發(fā)散狀，處于變形調(diào)整期，故未形成明顯優(yōu)勢變形方向。隨著支護完成后，“大塊體”附近區(qū)域變形方向逐漸表現(xiàn)為一致，矢量方位角大致在110°～140°范圍，近似指向臨空面方向[1]。位移矢量見圖2。

(3)傾伏角：傾伏角為位移矢量與水平面的夾角。開挖期傾伏角如變形方位角一樣，無一致規(guī)律性。開挖結(jié)束經(jīng)過一段時間變形調(diào)整后，傾伏角逐漸收斂，大致在-10°～10°范圍內(nèi)。由于煌斑巖脈產(chǎn)狀為N60～80°E，SE∠70～80°，f42-9斷層產(chǎn)狀為近EW，S∠40～60°，測點位移矢量傾伏角與不利結(jié)構(gòu)面傾角有較大差異且垂直位移量值較小，說明“大塊體”未出現(xiàn)沿著不利結(jié)構(gòu)面整體錯動。

3.1.2 表面變形與開挖、澆筑及降雨關(guān)系

測點河床方向位移-時間曲線來看(見圖3)，前期受到邊坡開挖卸荷影響，變形與開挖相關(guān)性較好。開挖結(jié)束后1 a內(nèi)，“大塊體”表面變形仍持續(xù)發(fā)展，趨勢無明顯減緩，這點與深部巖體開挖后仍持續(xù)緩慢變形吻合。至2010年末，變形速率才有所降低。截止2012年底，水平位移在4.5～90.8 mm，垂直位移在-4.0～52.0 mm；水平位移速率小于0.1 mm/d，已趨于收斂[1-2]。

圖3 表面Y向與開挖、澆筑相關(guān)曲線圖

拉裂變形體的變形方式是塊錯動，其穩(wěn)定性主要是由內(nèi)摩擦角決定的，而降雨對內(nèi)摩擦角的影響較小，所以拉裂體的變形對降雨不敏感[5]。且“大塊體”內(nèi)存在松弛張開的卸荷裂隙和深部裂縫，滲透系數(shù)很大[6]，排泄條件良好，降雨對“大塊體”變形影響較小。1-1剖面位移速率與降雨相關(guān)性歷時曲線(圖4)也表明這兩者相關(guān)性不顯著，現(xiàn)場巡視表明1 915 m排水溝平時無積水現(xiàn)象。

圖4 1-1剖面表面測點位移速率與降雨量歷時曲線

綜合表面變形特征分析，“大塊體”內(nèi)外變形量無明顯差異；傾伏角方向與不利結(jié)構(gòu)面傾角有較大差異。前期受開挖卸荷影響，處于變形調(diào)整期。隨著支護完成后，“大塊體”和邊坡整體變形方向和趨勢均一致，處于整體時效變形階段，變化量隨時間逐步衰減趨于收斂。

3.2 淺部變形監(jiān)測

3.2.1 淺部巖體變形特征

“大塊體”附近測點孔口見圖2，孔口位移柱狀圖見圖5。累計最大位移發(fā)生在1-1剖面高程1886.2 m部位(M47)，累計孔口位移為17.6 mm。根據(jù)穿過結(jié)構(gòu)面位移量與孔口位移量比較，淺部變形測值較大的測點主要由于部分測段穿過煌斑巖脈(X)等軟弱結(jié)構(gòu)面，如M47,M47C3L等，且變形量主要集中在各結(jié)構(gòu)面上。開挖后近3年來，位移增量在-0.05～3.55 mm范圍內(nèi)，說明位移主要發(fā)生在早期開挖過程中，開挖后淺部變形已收斂。

圖5 “大塊體”多點位移計孔口位移柱狀圖

3.2.2 工程地質(zhì)條件及工程措施對淺部變形影響

淺部監(jiān)測主要針對淺表巖體及錨固體系工作性態(tài)，以局部穩(wěn)定問題為主，其變形主要受局部巖性及巖體結(jié)構(gòu)控制[7]。以1-1剖面測點M47為例(位移-時間關(guān)系及孔口位移變形速率見圖6)，從測段位移來看，0～52.0 m測段變形量較大；位移量為13.4 mm，占總位移的76.2 %。地質(zhì)勘探也表明M47監(jiān)測部位處在煌斑巖脈(X)、f42-9斷層組成順坡向小規(guī)模塊體，深度約30 m，各測段變形差異性顯著，主要變形集中在煌斑巖脈(X)外側(cè)的52 m之內(nèi)，地質(zhì)剖面及分段示意見圖7。

從時間上來看，孔口位移在安裝后變形速率逐漸增大，最大變形速率發(fā)生2007年10月中旬，為0.26 mm/d；支護完成后變形逐漸收斂，至2012年年底變形速率降至0.005 mm/d左右，表明錨固支護遏制邊坡淺部巖體變形發(fā)揮明顯作用。

圖6 1 886 m高程處M47位移-時間關(guān)系曲線

圖7 多點位移計M47 沿著孔深位移分布圖

3.3 深部變形監(jiān)測

3.3.1 深部巖體變形特征

平洞PD44(前期)和PD42主洞布置石墨桿收斂計和平行水平測距，以測量巖體深部變形。PD44(前期)的石墨桿收斂計監(jiān)測成果見表1。

表1 PD44(前期)石墨桿收斂計監(jiān)測成果

從變形空間分布特征來看，PD44平洞前后平行布置了2套石墨桿收斂計，均體現(xiàn)位移較為明顯的部位為K0+076.5 m至K0+122.5 m和K0+122.5 m至K0+151.0 m兩個測段。這2個測段的位移為43.43 mm，占合計位移的81 %，累計位移較大正是處在煌斑巖脈、深部裂縫和f42-9斷層影響區(qū)域。平洞最大沉降量也是位于該區(qū)域。水平和沉降位移都說明深部巖體變形主要受這些結(jié)構(gòu)面控制。其他監(jiān)測平洞PD42和1 915 m高程排水洞的石墨桿收斂計變形特性也印證了這點。

從變形時間過程來看，深部監(jiān)測表明開挖后各結(jié)構(gòu)面測段仍持續(xù)緩慢增加，說明邊坡開挖后巖體沿結(jié)構(gòu)面有一定疏張松弛變形[4]，至2010年年末，整個監(jiān)測洞段向坡外的位移變化速率逐漸減緩，變形趨于收斂 (1-1剖面PD42平洞石墨桿收斂計合計位移歷時見圖8)。

圖8 PD42平洞石墨桿收斂歷時曲線圖

3.3.2 平洞測距和石墨桿收斂成果對比

截止2012年底，PD44平洞測距觀測墩測得累計位移30.83 mm，PD42平洞測距觀測墩測得29.07 mm。圖9分別是平洞測距和石墨桿收斂觀測各測段位移分布示意圖，對比可以看出PD44勘探平洞石墨桿收斂計和測距墩位移發(fā)生區(qū)段對應(yīng)，巖體發(fā)生變形的區(qū)段主要在0+76 m至0+152 m之間，該區(qū)段正是深部拉裂縫發(fā)育密集并有煌斑巖脈(X)穿過；其他測段位移量均較小。

圖9 平洞測距與石墨桿收斂觀測位移分布對比圖

同一時間段同一測段變化量觀測成果對比見表2，表中可以看出位移量差值較小，趨勢一致。空間分布以及變化量差值均說明這2種儀器的監(jiān)測成果是可信的[1]。

表2 平洞測距與石墨桿收斂觀測監(jiān)測成果對比

3.4 表面、淺部和深部對比分析

前3節(jié)分別從表面、淺部及深部對“大塊體”巖體變形影響因素及變形特征進行分析，下面結(jié)合1-1剖面對表面、淺部和深部監(jiān)測在不同階段的變形過程做對比(位移-時間歷時曲線見圖10)，進一步分析“大塊體”的變形機制。

圖10 1-1剖面表面、淺部及深部監(jiān)測位移-時間對比曲線

開挖期應(yīng)力釋放及卸荷回彈作用強烈，巖體變形為陡增階段[8]。經(jīng)過對邊坡采取“邊坡防滲及排水系統(tǒng)+f42-9抗剪洞置換加固+坡面淺表層加固+坡面預(yù)應(yīng)力錨索深層加固”支護措施后[6]，淺部監(jiān)測表明在支護完成后淺部巖體變形立即收斂，且孔口大部分位移量值在10 mm之內(nèi)；而表面監(jiān)測和深部監(jiān)測在支護結(jié)束后仍持續(xù)緩慢變形。支護完成進入澆筑期(變形量見表3，變形時間段同選擇2012年年底減去2010年底)，三者向臨空面變形量為表面變形基本與深部監(jiān)測相當，遠大于淺部監(jiān)測，表明支護完成后，“大塊體”整體仍處于蠕變階段，且變形量大部分集中于深部監(jiān)測220 m范圍之內(nèi)。各部位變形時間演化均經(jīng)歷開挖后陡增階段、支護后蠕變階段及最后穩(wěn)定階段。表面、淺部及深部監(jiān)測差異在于蠕變階段時間長短的不同，這反映了 “大塊體”變形影響范圍之深和內(nèi)部應(yīng)力調(diào)整的長期性。

表3 表面、淺部及深部變形量對比表

4 結(jié) 論

(1)整個邊坡監(jiān)測采用了多種手段，由表及里進行監(jiān)控。表面變形監(jiān)測可獲得邊坡宏觀表面變形方向以及變形趨勢，但受觀測頻率和觀測精度影響，且缺少巖體內(nèi)部變形特征；淺部監(jiān)測可獲得90 m以內(nèi)巖體變形特征，但受測點深度限制難以捕捉深部巖體變形；深部監(jiān)測可獲得深部結(jié)構(gòu)面變形特征，但監(jiān)測平洞數(shù)目有限且成本較高。在整個施工過程中，三者間優(yōu)勢互補，實時掌握了邊坡整體的變形狀況。

(2)“大塊體”整體變形的內(nèi)因主要受f42-9斷層、煌斑巖脈、SL44-1拉裂帶組成的結(jié)構(gòu)面控制，淺深部監(jiān)測表明穿過結(jié)構(gòu)面的測段變形量遠大于其他測段的變形量都印證這點；外因主要是開挖卸荷和邊坡支護作用，在開挖期表面、淺部、深部各部位變形都較為明顯，開挖結(jié)束支護完成后則體現(xiàn)淺部變形立即收斂，而表面變形和深部變形仍持續(xù)了一段時間，才逐漸趨緩并趨于收斂。表面、淺部和深部變形的差異性反映了整個邊坡開挖深度之大、變形影響深度之深以及其地質(zhì)條件的復(fù)雜性。

(3)開挖結(jié)束支護完成后，表面變形監(jiān)測表明“大塊體”內(nèi)外無明顯差異性且未沿著優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面滑移，淺部和深部監(jiān)測體現(xiàn)變形沿控制結(jié)構(gòu)面有一定疏張松弛變形而無明顯變位。表面、淺部及深部監(jiān)測三者有機結(jié)合，共同分析表明了“大塊體”和邊坡整體變形特征一致，其變形機制為巖體整體向臨空面的蠕滑變形，“大塊體”本身無明顯滑移跡象。

(4)監(jiān)測表明經(jīng)過支護后，“大塊體”整體趨于穩(wěn)定狀態(tài)。但隨著后續(xù)庫水的升降對邊坡變形的影響，以及邊坡變形對大壩的影響，是整個工程安全性的重大挑戰(zhàn)，應(yīng)適當控制水位的抬升速度，并加強邊坡安全監(jiān)測，及時分析監(jiān)測資料。

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