胡愛國

(四川省核工業(yè)地質(zhì)局 二八二大隊(duì)，四川 德陽　618000)

0　引　言

針對堆積體穩(wěn)定性評價(jià)方法主要分為定性分析和定量分析[1].定性分析主要有自然歷史分析法、工程地質(zhì)類比法、圖解法等，該方法以分析者的主觀判斷為主，難以反映事物之間的局部差別，無法做到可靠與精確[2-3]；定量分析主要有剛體極限平衡法、數(shù)值分析法、概率分析法，雖然定量評價(jià)結(jié)果更為直觀、簡潔、準(zhǔn)確，但實(shí)際操作中有些關(guān)聯(lián)因子難以準(zhǔn)確進(jìn)行量化[4-6].目前，以物理意義直觀、評價(jià)方法簡單的剛體極限平衡方法在巖土工程中應(yīng)用最為廣泛，但該定量分析方法未考慮到介質(zhì)的各向異性以及本身的變形，應(yīng)用時(shí)存在一定缺陷[7].大量的邊(滑)工程實(shí)例證明，處于變形發(fā)展階段的堆積體滑坡，其滑動(dòng)面在逐漸發(fā)展變形的同時(shí)，滑體內(nèi)部也在逐漸變形，使得堆積體滑坡的巖土體力學(xué)參數(shù)也隨滑動(dòng)面的改變而變化，而剛體極限平衡方法的巖土體參數(shù)則很難實(shí)時(shí)反映其中的變化.對此，本研究采用基于深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)來進(jìn)行堆積體的穩(wěn)定性定量實(shí)時(shí)分析，并以紫坪鋪水利工程壩前堆積體為例，對其深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)做實(shí)時(shí)分析，從而對該堆積體的穩(wěn)定性進(jìn)行判斷.

1　堆積體穩(wěn)定性分析

1.1　深部位移監(jiān)測概化

深部位移是目前巖土工程安全監(jiān)測常用的手段之一，其測取鉛錘線同側(cè)斜管軸線間夾角的變化量來實(shí)現(xiàn)變形監(jiān)測，具體為每隔0.5m進(jìn)行逐段測取側(cè)斜管的變化斜率，可獲得巖土體內(nèi)部的水平變形位移以及位移隨時(shí)間變化的過程，可以準(zhǔn)確捕捉邊坡的潛在滑移面，從而來判斷巖土體變形位移的大小、方向以及產(chǎn)生部位，通過長時(shí)間的監(jiān)測可獲得位移—時(shí)間和位移速率—時(shí)間等關(guān)系.考慮降雨、地下水位變化等自然環(huán)境因素變化，結(jié)合堆積體的開挖、加載回填、加固等施工因素，可以對不同類型堆積體的穩(wěn)定性進(jìn)行分析和判斷，為設(shè)計(jì)、施工以及監(jiān)測預(yù)警提供真實(shí)依據(jù).

目前，深部位移主要分析方法以比較法最為普遍，其中以不同時(shí)間的深度—累計(jì)合位移曲線圖為主，堆積體以潛在的滑動(dòng)破壞為標(biāo)志，滑帶破壞以滑床與滑體的破壞為標(biāo)志.有研究發(fā)現(xiàn)，堆積體的變形破壞首先在滑床發(fā)生，然后自滑床向滑體逐漸發(fā)展[7].

事實(shí)上，深部位移監(jiān)測地表累計(jì)合位移是孔底至滑床、滑帶和滑體至地表孔口相對變形的總和.為了便于分析，可以將深部位移監(jiān)測累計(jì)合位移—時(shí)間關(guān)系曲線圖概化為3段折線(見圖1).圖1中，橫坐標(biāo)中的X表示地表累計(jì)合位移，縱坐標(biāo)Y表示深部位移監(jiān)測(地表孔口至孔底)的孔深，向下為正.

概化曲線的相關(guān)組成和含義如下：

1)在X-Y平面坐標(biāo)體系中，累計(jì)合位移—時(shí)間關(guān)系曲線圖1(a)中曲線概化為ab、bc、cd3條折線組成.

圖1深部位移典型累計(jì)合位移—孔深分布概化曲線圖

2)概化圖中的點(diǎn)a表示深部位移監(jiān)測孔底，為變形參考點(diǎn)(相對不動(dòng)點(diǎn))；點(diǎn)b表示滑床處；點(diǎn)c表示滑帶與滑體交界處；點(diǎn)d表示深部位移監(jiān)測地表孔口處.折線ab表示深部位移監(jiān)測孔底(相對不動(dòng)點(diǎn))至滑床的累計(jì)合位移變形曲線；折線bc表示滑帶的累計(jì)合位移變形曲線；折線cd表示滑體至深部位移監(jiān)測地表孔口的累計(jì)合位移變形曲線.

3)△Xab、△Xbc、△Xcd、△Xad分別表示深部位移監(jiān)測孔底(相對不動(dòng)點(diǎn))至滑床的累計(jì)合位移、滑帶的累計(jì)合位移、滑體至深部位移監(jiān)測地表孔口的累計(jì)合位移、深部位移監(jiān)測孔底(相對不動(dòng)點(diǎn))至深部位移監(jiān)測地表孔口的累計(jì)合位移.有，

△Xad=△Xab+△Xbc+△Xcd

4)△Yab、△Ybc、△Ycd分別表示深部位移監(jiān)測孔底(相對不動(dòng)點(diǎn))至滑床的孔深、滑帶的孔深、滑體至深部位移監(jiān)測地表孔口的孔深.

1.2　Si(Sd)指標(biāo)分析原理

滑坡的破壞主要以滑帶發(fā)生了剪切破壞為標(biāo)志，滑坡的滑帶發(fā)育至破壞過程較長，在滑坡變形破壞過程中，滑帶變形△Xbc逐漸增加，而滑帶以上滑坡體的變形△Xcd逐漸減少.為此，找到衡量滑坡變形破壞程度的定量指標(biāo)，并依據(jù)該指標(biāo)的變化可實(shí)時(shí)定量評價(jià)滑坡穩(wěn)定性，具體為，

Si(Sd)的意義和特性如下：

1)Si，Sd為滑坡完整性指標(biāo)和破壞性指標(biāo)，分母為滑床與深部位移監(jiān)測地表孔口的累計(jì)合位移.Si的分子為滑體至深部位移監(jiān)測地表孔口的累計(jì)合位移△Xcd，Sd的分子為滑帶的累計(jì)合位移△Xbc.當(dāng)滑帶尚未產(chǎn)生產(chǎn)生位移，即△Xbc=0時(shí)，則Si=1，Sd=0，視滑帶完整；當(dāng)滑帶已經(jīng)破壞剪出，即△Xcd=0，則Si=0，Sd=1，視滑帶和滑坡達(dá)到破壞.Si，Sd的變化區(qū)間為[0-1].

2)Si，Sd指標(biāo)具有明確的物理意義，且Si，Sd比值的分子和分母都分別是2個(gè)累計(jì)變形之差，這樣可以消除觀測中同時(shí)發(fā)生的相同觀測誤差，突出了滑帶及滑體至孔口間變形的變化和Si，Sd的變化規(guī)律.

3)根據(jù)每次鉆孔測斜儀監(jiān)測數(shù)據(jù)整理，可快速計(jì)算Si，Sd值，對比前后Si，Sd值的變化，就可以實(shí)時(shí)定量、動(dòng)態(tài)評價(jià)滑坡穩(wěn)定性.

4)與傳統(tǒng)的定量評價(jià)滑坡穩(wěn)定性方法相比，該方法避免了確定滑坡邊界、選擇計(jì)算模型和計(jì)算參數(shù)等所帶來的誤差和困難.

2　工程案例

2.1　工程概況

紫坪鋪水利樞紐工程壩前堆積體表現(xiàn)為從左岸葫豆坪至燈盞坪一帶岸坡的巨型松散堆積體，其距離紫坪鋪工程大壩約618 m，右岸引水隧洞進(jìn)口距其約250 m.壩前堆積體在平面上呈“圍椅"狀，湯家林溝以及桃子坪分別位于壩前堆積體的左、右邊界，分水嶺附近為后緣，其高程約1 500 m，其前緣直抵岷江，長度約1 600 m，前沿寬在300～870 m之間，整個(gè)壩前堆積體的面積約1.0 km2，總方量約為3 500×104～4 500×104m3.總體上看，堆積體的地形坡度相對較緩，為20 °～30 °，但外圍基巖相對陡峻，局部坡度可達(dá)40 °以上，前沿相對較窄，往山內(nèi)方面逐漸變寬，主要由4個(gè)高程不同的平臺和較陡斜坡構(gòu)成.4個(gè)平臺的高程分別為：葫豆坪高程為800～820 m，燈盞坪高程為960 m，白廟子高程為1 000～1 040 m，觀音坪高程為1 110～1 150 m.壩前堆積體變形監(jiān)測設(shè)備主要為鉆孔測斜儀，壩前堆積體的內(nèi)部堆積體、軟弱層的變形發(fā)展過程及穩(wěn)定性，詳細(xì)布置和相關(guān)信息見圖2和表1.

圖2壩前堆積體的深部位移(測斜孔)監(jiān)測平面布置圖

表1壩前堆積體的鉆孔傾斜儀監(jiān)測布置統(tǒng)計(jì)表

2.2　Si(Sd)數(shù)據(jù)處理與分析

壩前堆積體各深部位移監(jiān)測Si(Sd)—時(shí)間關(guān)系曲線詳見表2與圖3～圖7.可以看出，各深部位移監(jiān)測Si(Sd)明顯呈現(xiàn)出3個(gè)時(shí)間段的變化.

表2　壩前堆積體監(jiān)測點(diǎn)Si(Sd)變化特征值統(tǒng)計(jì)表

圖3Si(Sd)—時(shí)間關(guān)系曲線圖(IN-2)

圖4Si(Sd)—時(shí)間關(guān)系曲線圖(IN-4)

圖5Si(Sd)—時(shí)間關(guān)系曲線圖(IN-5)

圖6Si(Sd)—時(shí)間關(guān)系曲線圖(IN-6)

圖7　Si(Sd)—時(shí)間關(guān)系曲線圖(IN-7)

1)汶川地震之前，堆積體各深部位移監(jiān)測點(diǎn)完整性都較好，隨著時(shí)間推移各深部位移監(jiān)測的完整性有一定降低，其中監(jiān)測點(diǎn)IN-4的完整性最低，達(dá)到了0.82，破壞性則隨著時(shí)間增加逐漸增強(qiáng)，破壞性為0.18；IN-6的完整性最高，達(dá)到了0.96，破壞性為0.04.

2)汶川地震期，堆積體各深部位移監(jiān)測點(diǎn)完整性受到汶川地震的影響都有不同程度的降低，其破壞性都有不同程度的增加.其中監(jiān)測點(diǎn)IN-2完整性最小，降低至0.38，其破壞性增加至0.62；而監(jiān)測點(diǎn)IN-6完整性受汶川地震的影響最小，其完整性降低至0.95，其破壞性增加至0.05.

3)汶川地震后，堆積體各深部位移監(jiān)測點(diǎn)地表和滑面的完整性及破壞性隨著時(shí)間的增加平穩(wěn)波動(dòng).

數(shù)據(jù)分析表明，隨著深部位移監(jiān)測點(diǎn)的高程降低，其完整性受到汶川地震的影響逐漸增大，呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，其中壩前堆積體中壓重體平臺845 m處至燈盞坪前緣處完整性降低較多，是需要重點(diǎn)關(guān)注與防治的區(qū)域.

3　結(jié)　論

基于深部位移監(jiān)測成果進(jìn)行穩(wěn)定性定量實(shí)時(shí)分析，可以快速評價(jià)變形發(fā)展過程階段評價(jià)堆積體穩(wěn)定性.Si(Sd)評價(jià)方法避免了因地質(zhì)邊界條件、計(jì)算模型和巖土體力學(xué)參數(shù)方面的實(shí)時(shí)改變帶來的誤差，操作方便，切實(shí)可行.工程實(shí)例應(yīng)用顯示，在水庫水位升降過程中，堆積體滑帶的破壞過程時(shí)間可能很長，通過對滑帶各高程相對變形過程分析，可以提前做到安全預(yù)警，同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，減少或避免地質(zhì)災(zāi)害造成的損失.此外，在對深部位移進(jìn)行連續(xù)觀測時(shí)，一旦出現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)修復(fù)或重建，以便全過程連續(xù)評價(jià)堆積體穩(wěn)定性的變化，實(shí)時(shí)監(jiān)控堆積體的安全狀況.