初次蓄水對瀑布溝庫首拉裂體影響的監測分析

彭立威，汪家林，溫 帥，徐湘濤

初次蓄水對瀑布溝庫首拉裂體影響的監測分析

彭立威，汪家林，溫 帥，徐湘濤

（成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，成都 610059）

施工期監測成果表明，瀑布溝電站庫首右岸拉裂變形體支護結構荷載變化正常，坡體位移較小，蓄水前處于穩定狀態。初次蓄水對瀑布溝庫首右岸拉裂體產生了一定程度的影響。依據蓄水期間拉裂體宏觀變形現象和監測資料，運用比較法、作圖法和特征值統計法等對拉裂體支護結構荷載變化和變形進行分析。在此基礎上綜合分析后認為：受蓄水影響較大的是強卸荷底界限以上的巖體，坡體主要的變形方式為淺表松動帶蠕滑變形；坡體位移隨高程增加而增加，地表累計合位移10～20 mm，最大平均位移速率為0．10 mm／d；蓄水使水位高程以下的錨索荷載產生了明顯的減小，最大減小量70．0 kN。從初次蓄水后連續的監測成果分析，瀑布溝庫首右岸拉裂體目前仍處于整體穩定階段。

水利工程；初次蓄水；拉裂變形體；安全監測；穩定性

1 概 述

瀑布溝水利樞紐工程位于四川省漢源縣和甘洛縣接壤處，是大渡河中游以發電為主，兼有防洪、攔沙等綜合利用效益的大型水利水電工程。拉裂變形體（以下簡稱拉裂體）位于庫首右岸岸坡。經專題研究［1］，其可能的失穩方式為淺表部的牽引后退式滑塌及其破壞后引起的坡體整體滑動破壞。即在變形初期，岸坡巖體淺表部主要變形為受似層面控制的傾倒拉裂變形為主；繼而出現傾倒拉裂，后緣或根部的拉裂遷就陡傾坡外的結構發育，最終形成傾倒拉裂破壞。

2009年11月1日，瀑布溝水庫開始蓄水。由于拉裂體距大壩非常近、位置較高，故蓄水后其穩定狀況、發展趨勢等直接影響著電站運營期間地下廠房取水口和大壩的安全。拉裂體內埋設的監測儀器記錄了水庫首次蓄水期間坡體支護應力的變化和變形動態，可通過分析蓄水條件下拉裂體的監測資料對其穩定性進行評價。

2 拉裂體基本概況和治理措施

2．1 拉裂體基本概況

拉裂體發育于距離瀑布溝電站右岸壩軸線上游約780 m岸坡，距離引水發電系統取水口約400 m，前緣高程730 m，后緣高程1 187 m，前后緣平面長約400 m，寬約360 m，高差450 m，兩側有深10～35 m沖溝切割。

拉裂體在平面上按高程可分為Ⅰ和Ⅱ2個區，根據蓄水前Ⅱ區的變形破壞情況又將其分為3個亞區。Ⅰ區邊坡坡比較小，出露的基巖較為破碎，傾倒和拉裂現象明顯，坡體深部分布有多條未貫通的拉裂縫。Ⅱ-1區已發生槽狀滑塌，由上游側的滑塌體及其上部的殘留體共同構成。Ⅱ-2區下部頂表已發生局部滑塌，并有進一步后退式發展的趨勢。Ⅱ-3存在一個殘留的古老滑塌體。拉裂體全貌及分區情況見圖1。

圖1 拉裂體全貌及分區Fig．1 The whole deformable body and its geological zoning

拉裂體所在岸坡主要由玄武巖、凝灰巖組成，巖層似層面的走向與岸坡小角度相交，傾向相反，巖層陡傾山內，為反傾巖質斜坡。巖性硬而脆，與巖體原生結構面（似層面）一起為岸坡的變形破壞提供了最基本的物質結構條件。拉裂體典型的地質剖面如圖2所示。

圖2 拉裂體新縱1-1地質剖面Fig．2 Geological profile of longitudinal cross-section 1-1 of the deformable body

2．2 拉裂體治理措施

拉裂體采用分期分區治理的設計思路。一期治理在初次蓄水前完成，主要對850 m高程以下邊坡加固的需要進行綜合治理。對坡腳采用C20混凝土貼坡護坡并布置了98根2 000 kN級錨索加固，混凝土和錨索施工完畢后又對坡腳進行了堆渣壓重處理。在Ⅰ區布置了一條截水溝以減少Ⅰ區坡面雨水滲入Ⅱ區。Ⅱ區局部巖體處于水庫水位消落深度范圍內，受水位升降的影響，是加固處理的重點部位。根據Ⅱ區各分區不同的地質條件和穩定性要求有選擇或綜合地采用了掛網噴錨、框格梁、深孔錨筋束、錨索方式進行了加固處理，使邊坡的穩定性滿足蓄水要求。

3 儀器布置及蓄水前監測資料分析

3．1 拉裂體監測儀器布置

蓄水前拉裂體變形監測主要是將原有勘探平硐清理后安裝水平測斜管，利用測斜儀監測拉裂體沿垂直方向的變形，共安裝了5個水平測斜孔（編號為IN1－IN3，IN5，IN6）；為了實時監測拉裂體支護結構的受力情況，安裝了25臺錨索測力計（編號為Dp01－Dp25）。由于勘探平硐封堵，水平測斜孔IN1，IN2，IN5無法繼續進行觀測，為滿足蓄水期拉裂體變形監測的需要，初次蓄水前又完成安裝了3個設計孔深均為100 m的垂直測斜孔（編號為IN-5－IN-7）。

圖3 拉裂體監測儀器布置示意圖Fig．3 M onitoring instruments arrangement on the deformab le body

3．2 蓄水前監測資料分析

自2008年4月開始，各監測儀器逐次安裝，本文僅選取典型儀器監測成果進行分析研究。

3．2．1 拉裂體變形特征

自安裝至2009年11月1日水庫蓄水前，各水平測斜孔的孔口累計位移均較小，位移隨時間有小量波動，最大沉降量為16．59 mm（IN6部位）。從位移與孔深關系看，IN3孔在距孔口33～63 m之間存在一個沉降帶，最大沉降量約15 mm；IN6孔在距孔口40 m深度附近出現了一個錯動面，但錯動處位移增量均不大，地表也未發現變形開裂等異常情況，拉裂體在蓄水前處于穩定狀態。

3．2．2 拉裂體支護荷載變化特征

從錨索測力計荷載-時間曲線圖（圖4）可以看出，各錨索從張拉鎖定到蓄水前其荷載變化可以分為3個階段：

（1）自錨索鎖定至2009年2月初，預應力損失較為明顯（表1），研究表明錨索鎖定后短期內預應力快速損失主要是由于錨栓松弛、錨固影響范圍內表層巖體壓縮變形、孔道摩阻等因素所共同造成的；

（2）2009年2月初至8月底，錨索荷載處于波動減小階段，本階段應力損失的原因主要是巖石蠕變、鋼絞線的松弛和灌漿材料的徐變；

（3）2009年8月底至水庫蓄水前，錨索荷載出現了小幅增加，但增量不大。這是由于庫區進入雨季，拉裂體裂隙被滲水充填后發生濕脹，造成錨索受拉，從而使錨固力增大。

圖4 蓄水前錨索測力計荷載-時間關系曲線Fig．4 Load-time curves of anchor cables before im poundment

表1 蓄水前錨索測力計特征值統計Table 1 Load characteristic values of anchor cables before im poundment

綜合蓄水前變形和支護結構力學監測成果看，拉裂體各部位安裝的水平孔孔口的累積位移均較小，支護荷載變化正常，其在蓄水前是穩定的。

4 水庫初次蓄水對拉裂體的影響

瀑布溝電站采取分期蓄水的蓄水方案，初次蓄水計劃用40 d將水位由685 m蓄至790 m（死水位）。根據蓄水監測預案，水庫初次蓄水期間加密觀測40 d。各測斜孔重新選取蓄水前最后一次觀測值為基準值以更加直觀地看到蓄水對拉裂體變形的影響。

4．1 地表變形特征

開始蓄水后7 d，在拉裂體850 m高程附近表面先后出現3條寬約0．5～1．0 cm、最大延伸7～8 m的裂縫（圖5）。產生裂縫的原因在于該部位為Ⅳ－Ⅴ類巖體，較為破碎，且處于陡緩地形交界處，自穩能力較差，蓄水使該部位下方巖體裂隙中充填的巖屑及次生泥等軟化，強度降低，導致該部位巖體變形增大。其他部位無明顯異常情況。

4．2 蓄水對錨索荷載的影響

總體來看，蓄水后大多數錨索測力計荷載變化比較平穩（圖6），但其中位于水位線以下的Dp10和Dp16荷載出現了明顯的下降，最大減小量70．0 kN（表2）。荷載減小時間與錨索所在高程有密切關系，即錨索荷載出現顯著減小的時間與庫水位上升至錨索所在高程的時間是吻合的。錨索荷載減小是由水壓造成的附加外力和拉裂體表層強風化巖體裂隙內充填的巖屑及次生泥等遇水軟化導致錨墩內陷所共同造成的。

圖5 蓄水后地表裂縫破壞現象Fig．5 Surface failure phenomena of the deformable body after impoundment

圖6 蓄水后錨索測力荷載-時間關系曲線Fig．6 Load-time curves of anchor cables after im poundm ent

表2 蓄水后錨索測力計特征值統計分析Table 2 Load characteristic values of anchor cables after impoundment

4．3 蓄水后拉裂體內部變形特征

4．3．1 水平測斜孔監測資料分析

水平測斜孔監測巖體的沉降和抬升。自水庫開始蓄水至2010年1月底，仍在觀測的2個水平測斜孔IN3和IN6孔口隨時間變化均出現過抬升和沉降兩種情況；兩孔的位移與孔深關系曲線平滑，且孔口累計位移均在誤差范圍內（傾斜儀觀測誤差為6 mm／25 m），位移是由誤差累積引起的，經過和數校正該部位坡體沉降量分別在1 mm和5 mm左右，表明蓄水前IN3和IN6處出現的滑動面沒有進一步發展，水平孔圍巖仍是穩定的。

4．3．2 垂直測斜孔監測資料分析

垂直測斜孔監測巖體的水平位移。從孔口累計合位移-時間曲線圖（圖7）上看，測斜孔孔口變形隨時間均有一定的波動，目前孔口累計合位移約10～20 mm；孔口最大平均位移速率為0．10 mm／d，拉裂體邊坡基本穩定。由累計合位移-孔深關系曲線（圖8）可知，累計合位移隨高程的增加而增加，在地表累計合位移達到最大值。垂直測斜孔IN-6和IN-7在不同深度出現了多個軟弱帶。各軟弱帶埋深一般在40 m深度以上，位于拉裂體強卸荷底界限以上。這與錨索測力計和地質巡視監測成果相互印證，表明受蓄水影響較大的是淺表部風化卸荷作用強烈的巖體。目前各軟弱帶均未產生明顯的滑動，蓄水未對坡體產生明顯影響。

圖7 蓄水后各垂直孔孔口累計合位移-時間關系Fig．7 Curve of time-cumulative displacement of vertical observation holes after im poundment

圖8 蓄水后垂直孔深部累計合位移-孔深關系曲線Fig．8 Curve of hole depth-cumulative displacement of verticalmonitoring holes after impoundment

5 結 論

（1）拉裂體各儀器自安裝至蓄水前，支護應力變化正常；各水平測斜孔孔口最大沉降值為16．59 mm，IN3孔、IN6孔存在錯動面，但錯動面處位移增量并不大，其余各孔均未出現明顯錯動面，坡表也未發現異常情況。蓄水前拉裂體處于穩定狀態。

（2）蓄水使水位線以下的錨索荷載出現了明顯下降，其出現明顯下降的時間與水庫水位上升至錨索所在高程的時間一致，表明水壓力對錨索荷載的影響是顯著的。

（3）蓄水后拉裂體出現了3條裂縫，滑動式測斜儀亦探測出了淺表部的多個軟弱帶，表明受蓄水影響較大的是拉裂體強卸荷底界限以上的巖體，拉裂體變形以淺表部的蠕滑變形為主。這與研究論證的拉裂體的變形破壞機制相吻合。

總體而言，水庫初次蓄水對瀑布溝拉裂體邊坡的穩定性產生的影響較小。坡表累計位移很小，最大平均位移速率為0．10 mm／d，就目前情況看，拉裂體在當前支護措施和蓄水條件下穩定性現狀良好，不會發生整體失穩現象。

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（編輯：曾小漢）

M onitoring of the Influence of First Im poundment on Tension-Disp laced Body in Front of Pubugou Dam

PENG Li-wei，WANG Jia-lin，WEN Shuai，XU Xiang-tao
（State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

Themonitoring results during construction indicate that the load on the supporting structure of deform-able body at the right bank in front of Pubugou dam changes normally．The displacement of the slope is small，and the deformable body is stable until the first impoundment．However，the first impoundment has brought negative effect on Pubugou hydraulic project．According to the macroscopic deformation phenomena and monitoring results during impounding，and using the comparisonmapping and eigenvalue statisticsmethods，detailed analysis is pres-ented for the load change of supporting structure and the deformation of the deformable body．The comprehensive a-nalysis indicates that the rock above strong unloading bottom border is influenced by the impoundment，and themain deformation is creep deformation at superficial loose zone．The displacement increases as the elevation increases，and the accumulative displacement on the ground surface reaches 10 to 20 mm，with amaximum average displace-ment rate amounting 0．10 mm／d．The anchor load below water level reduces obviously due to impounding，with a maximum decrease of 70．0 kN．The continuousmonitoring data after the first impoundment indicates that the de-formable body is still stable．

hydraulic engineering；first impoundment；deformable body；safetymonitoring；stability

TV641．4

A

1001－5485（2011）04－0020－05

2010-05-27

彭立威（1984-），男，河南通許人，碩士研究生，主要從事巖土體穩定性及工程環境效應方面的研究，（電話）13980777488（電子信箱）pengliwei1＠126．com。