摘要:針對鉆孔深部變形問題,對棉花灘水電站邊坡鉆孔進行監測,在對測斜孔變形曲線進行突變分析的基礎上,確定了邊坡滑動面的分布情況。研究結果表明:棉花灘水電站左岸邊坡已趨于穩定,右岸邊坡局部位置受到斷層及風化夾層的影響出現了滑動現象。
關鍵詞: 滑坡; 深部位移; 測斜儀; 變形監測; 棉花灘水電站
中圖分類號: TV698. 1 文獻標識碼:A doi: 10. 3969 / j. issn. 100021379. 2010. 05. 044
棉花灘水電站位于福建省永定縣境內,壩址在汀江干流棉花灘峽谷河段中部福至亭處,距永定縣城約21 km,鄰近廣東省。大壩左岸邊坡高程250. 00 m以上多為全風化黑云母花崗巖夾球狀風化體,表部有2. 0 ～4. 0 m沙壤土夾碎塊石;高程250. 00～220. 00 m巖體以弱風化巖為主,局部為強風化及全風化巖;高程200. 00～180. 00 m多為弱風化巖,部分為微風化和強風化巖;有2條閃斜煌斑巖脈與邊坡平行分布;邊坡斷層、節理密集帶十分發育,開挖邊坡上有15條斷層,各高程段均有分布,破壞了邊坡巖體的完整性,而節理密集帶與斷層交匯,使坡體上出露多處巖石破碎區。大壩右岸邊坡由黑云母花崗巖組成,巖石風化劇烈,球狀風化、囊狀風化現象普遍;高程219. 00m以上主要為全風化土,局部為強、弱風化巖;高程199. 00～180. 00 m主要為強、弱風化巖,局部為微風化、全風化巖;右岸壩肩開挖邊坡地段出露的主要斷層、風化夾層和長大節理等結構面約21條。
為確保大壩及地下廠房的運行安全,在左右岸邊坡共設置11個測斜孔來監測巖體內部變形。筆者選取具有代表性而且觀測資料連續的IN2、IN3、IN4、IN5測斜孔進行分析。IN2、IN3測斜孔布置在右岸壩頭邊坡,其中IN2孔的孔口高程為219 m、IN3孔的孔口高程為199 m,兩孔孔深均為25 m。IN4、IN5測斜孔布置在左岸壩頭邊坡,兩孔的孔口高程均為220 m,其中IN4孔的孔深為30 m、IN5孔的孔深為25 m。
1 變形監測結果分析
1. 1 2000年12月—2002年4月監測結果分析
IN2～ IN5測斜管的埋設工作于2000年11月末結束, 2000年12月10日—2002年4月對上述4個監測孔進行了不等次數的觀測,其中IN2、IN4孔累計合位移—深度關系曲線見圖1、圖2。
由圖
IN3孔孔口累計合位移為1. 81 mm,孔深19 m處合位移為25. 05 mm。IN3孔測得的變形規律與IN2孔基本一致,但IN3孔在孔深9～17 m內的變形趨勢是由1個波峰逐漸發展成2個波峰。
由圖2可知, IN4孔孔口累計合位移為7. 48 mm,位移連續性較好,基本呈斜線,在孔深1～2. 5 m范圍內,各點的變形有向水平斜線發展的趨勢。但2002年1月15日的測值整體相對較大,且與其他3條曲線的變化趨勢有所不同,不排除人為因素的影響。
IN5孔孔口累計合位移為15. 20 mm,從測斜孔孔口至孔底,位移測值逐漸減小,底部變形較小,上部變形較大,中間沒有明顯的波峰和波谷,各點的變形呈一斜線。
根據累計合位移—深度曲線的形狀還可以對邊坡滑動機制推斷如下:位于左岸邊坡的IN4、IN5孔累計合位移—深度曲線為典型的V形曲線,孔底變形較小,而上部變形較大,中間沒有明顯的波峰和波谷,表明整個坡體在這些部位還沒有形成明顯的滑動面,處于剪切蠕變階段[ 1 - 2 ]。但隨著時間的推移,在某種外部條件(如降雨等)下,有可能在最薄弱的地方形成滑動面。位于右岸邊坡的IN2、IN3孔累計合位移—深度曲線為明顯的B形曲線,說明有幾個較明顯的滑動面(如在12、16、21 m深度附近) ,需要進一步鉆孔勘察后,才能最終確定以哪一個滑動面為主[ 3 - 4 ]。
1. 2 2002年8月—2005年11月監測結果分析
IN2孔以2002年8月14日的監測值為基準數據, IN3孔以2002年9月20日的監測值為基準數據, IN4、IN5孔以2002年8月13日的監測值為基準數據,至2005年11月共進行了20多次觀測,對部分數據進行處理后得出以下結論:
IN2孔隨著時間的推移,變形逐步趨于平緩,在該時段內其累計合位移均在6. 00 mm以內。變形曲線由初始的B形向V形發展,位移變化無明顯的突變點,表明邊坡在該部位正在朝穩定方向發展。
IN3孔的合位移在6. 00 mm以內,最大位移為5. 76 mm,出現在距孔口15 m處。在2000年12月—2002年4月監測時段內, IN3孔在距孔口12、16、21 m附近出現明顯的滑動面,而本次監測得到的關系曲線表明,測孔在深度17、22 m處位移發生明顯突變,且以17 m附近的突變為主,表明邊坡在該部位處在潛在滑動階段。
IN4孔位移無明顯的趨勢性變化,變形曲線仍呈V形,但在孔深10 m處位移出現突變,表明該處發生剪切變形。總體來看,IN4處坡體還沒有形成明顯的滑動面,處于剪切蠕變階段。
IN5孔大部分測點的合位移在4. 00 mm以內,其位移曲線仍呈典型的V形,位移連續性較好,但IN5孔口附近的變形趨勢呈反彎狀態,有可能是觀察期人為碰撞孔口部位的測斜管所致。以上分析表明, IN5處坡體處于相對穩定狀態,隨著時間的推移,坡體有向剪切蠕變發展的趨勢。
1. 3 2006年7月—2008年9月監測結果分析
IN2、IN4孔均以2006年7月11日的監測值為基準數據,IN5孔以2006 年9 月24 日的監測值為基準數據, IN3 孔以2007年6月20日的監測值為基準數據。IN3、IN5孔在該時段的累計合位移—深度關系曲線見圖3、圖4。
IN2
同樣,位于右岸邊坡的IN3孔,其各點的累計合位移均在4. 00 mm以內,從圖3可以看出:變形曲線在距孔口16 m處發生突變,變成接近于水平的斜線,表明該段發生了剪切變形,孔底附近位移基本為0,屬于穩定的基巖。上述分析顯示邊坡在該部位處于潛在滑動階段。
IN4、IN5孔均位于左岸邊坡。若不考慮2008年9月8日的監測結果,則IN4孔的累計合位移在3. 50 mm以內,同時位移曲線無明顯的突變現象。由圖4 可知: IN5 孔的合位移在3. 00 mm以內,最大位移為2. 61 mm,出現在距孔口0. 5 m處,其余各點的最大位移均小于2. 5 mm。考慮到監測過程中誤差因素的影響,并結合以往的工程經驗推斷, IN4、IN5孔處坡體都處于相對穩定狀態,隨著時間的推移,坡體有向剪切蠕變發展的趨勢。
2 變形趨勢分析
從整個監測序列來看,左岸邊坡的IN4、IN5測孔變形趨于平緩,其累計合位移隨著時間的推移逐漸減小,同時位移曲線由初始的不明顯V形發展成明顯的V形,由此可見,左岸邊坡深層巖體相對變形已經趨于穩定。
位于右岸邊坡的IN2、IN3孔在監測初期( 2000年12月—2002年4月)分別在孔深12、16、21 m附近產生滑動面,這些部位附近恰好有斷層及風化夾層,因此才能發生剪切變形。在隨后的監測時段內, IN2測孔盡管變形量隨時間仍有小幅增加,但變形速率收斂,表明邊坡在該部位已趨于穩定。IN3孔在距孔口16 m處發生明顯的位移突變現象,建議在該處采取一定的加固處理措施。
3 結 論
(1)采用鉆孔測斜儀對邊坡進行監測具有快速、高效、受天氣影響小的特點,且能夠觀測邊坡不同深度的變形狀態以及動態變化情況。在工程實踐中,類似邊坡工程應盡可能應用測斜儀進行內部變形監測。
(2)對測斜儀觀測結果進行分析,能及時發現滑動面的位置及其發生、發展趨勢。
(3)利用鉆孔測斜儀對巖體深部水平位移進行監測,可獲得邊坡沿深度方向的位移分布曲線,對于評價邊坡的整體穩定性、發現潛在的滑動面以及驗證設計、指導施工具有重要作用。
參考文獻:
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作者簡介:張嵐(1985—) ,女,湖北黃岡人,碩士研究生,研究方向為大壩安全監控。
孔位于右岸邊坡,除2007年12月19日監測值相對較大以外,其余累計合位移均在4. 00 mm以內,且沒有出現明顯的位移突變點,表明邊坡在該部位處于相對穩定狀態,隨著時間的推移,坡體有向剪切蠕變發展的趨勢。1可知, IN2孔孔口累計合位移為2. 48 mm,在孔深18. 5 m處,累計合位移為30. 97 mm。從測斜孔孔口至孔底深度范圍內,位移變化可分為4段:第1段為孔口～孔深8. 5 m,各點的位移值基本一致,為一鉛直向的直線,測值變化范圍為0～3. 12 mm,測斜孔位置基本不變;第2段為孔深8. 5～16 m,各測點合位移為0～17. 47 mm,變形曲線在孔深11. 5、15 m處各有一個9 mm左右的波峰,后來逐步被孔深14 m處的波峰取代(17. 47 mm) ; 第3 段為孔深16 ～22 m,各測點合位移為0～30. 97 mm,各點的變形曲線接近拋物線;第4段為孔深22m至孔底,各點位移為0,測斜孔保持初始位置不變。
