金廠壩滑坡體監測方法及變形分析

華博深， 石建舟

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司， 四川 成都 610072)

1 概 況

金廠壩滑坡位于四川省涼山州鹽源縣巴折鄉雅礱江右岸斜坡地帶，斜坡地形上為一凸岸，斜坡近于SN走向，平面上形態不規則，呈前緣寬，中后部稍窄的形態，前緣順河長度約770 m，前緣已達現代河床位置，分布高程1 235 m左右，后緣高程1 920 m左右，最大相對高差近700 m，滑坡體總體坡度在10°～66°，平均坡度35°左右。

2 地質情況分析

2.1 地質構造

金廠壩滑坡處于礦山梁子斷裂與小高山斷裂所夾持的打羅地質塊體之上，其內部為向西陡傾(總體產狀為近SN/W∠75°～85°)的單斜構造為主，滑坡體區域內未見有區域性斷裂通過，巖體內主要結構面為節理裂隙和小型順層擠壓破碎帶，破碎帶寬一般為5～10 cm，由碎塊巖、壓碎巖、巖屑組成。

2.2 地質分區

金廠壩滑坡體1 740 m以上的地表變形破壞特征，與變形區1 740 m以下的滑坡體變形破壞特征都存在著很大的區別。通過對滑坡整體表層可見裂縫調查與分布規律分析和對監測資料的統計，可將金廠壩滑坡體分成蠕變區(A區)和B蠕變～蠕滑區(B區)，B區又可根據變形模式和程度有明顯的差異，可進一步分為B1～B5五個亞區，分區分別描述各區地表變形特征[1]，金廠壩滑坡體工程地質分區見圖1。

圖1 金廠壩滑坡分區示意

2.3 變形特征

金廠壩滑坡A區總體為蠕滑變形區，地表調查未見有明顯的下錯和滑動跡象，也未見有拉張裂縫的分布，表明A區地表變形跡象較弱，處于緩慢蠕滑狀態，其變形尚未影響到金廠壩滑坡深部。

B區的變形跡象較明顯，主要體現在前緣部位的鈣化物拉張擴容松動，上游及中部的滑塌變形及下游的拉裂下錯變形，屬蠕變蠕滑變形區。

3 監測內容及方法

根據金廠壩滑坡體的變形特征和影響要素對其實施了系統化監測，監測項目包括表面、深部變形，地下水及環境量監測，同時為了提高監測系統的經濟性和時效性，部分典型的表面變形監測點同時采用常規大地測量和GNSS自動化監測方法進行監測[2]。

3.1 地表變形常規監測布置

布設28個地表變形監測點。 B2區上部布置TP1～TP8共8個測點，B3區布置TP19～TP24共6個測點，B4區布置TP9～TP12、TP25～TP28共8個測點，區外布置TP13～TP18共6個測點，點各點位分布見圖2。

圖2 表面變形監測、測斜及地下水監測布置

3.2 地表變形自動化監測布置

地表永久變形監測自動化測點的選擇體現“少而精”，且具有代表性的特點，按變形區域劃分、變形顯著部位及監測縱剖面等原則，選擇Ⅱ區的TP2(GPS) 和TP7(GPS)兩個測點，Ⅲ區的TP20(GPS)、TP23(GPS)和TP24(GPS)三個測點，Ⅳ區的TP10(GPS) 、TP11(GPS) 、TP12(GPS) 、TP25(GPS)、TP26(GPS)、和TP28(GPS)六個測點，以及區外的TP13(GPS)一個測點，共計12個具有典型代表的點位采用GPS進行自動化觀測布置。

3.3 環境量監測布置

考慮到山區降雨量不均勻現象，變形體下游20 km左右的打羅專用氣象站汛期降雨不具代表性，故根據現場條件和環境在巴折鄉布置一座簡易雨量站。

3.4 深部變形監測布置

利用Ⅳ區布置的主勘探線、Ⅲ區布置的輔助勘探線鉆孔， 布設2個監測縱剖面測斜孔，在監測縱剖面的中、上部高程布置12個測斜孔，埋設測斜管，采用滑動式測斜儀進行地下深部變形監測。鉆孔深度根據鉆孔揭示的地層巖性確定。深部測斜與大地變形監測構成立體監測系統，較全面開展坡體變形監測。

3.5 地下水監測布置

在變形體上布設的測斜孔底部安裝滲壓計，共12支，監測地下水變化情況，分析地下水、地表水、大氣降水的關系，并結合變形監測成果進行相關分析。

4 監測成果分析

4.1 外觀變形情況

監測成果顯示(以B4區為例)，截至2015年11月底，Ⅳ區水平順坡向(X方向)累計位移在669.7～1 350.6 mm之間，水平上下游方向(Y方向)累計位移在-189.8～497.1 mm之間，累計沉降在628.3～1 047.6 mm之間。主要發生在2012年3～11月滑移的初始階段，12月后，滑坡體進入勻速變形階段，各測點變形曲線趨勢及規律基本一致。其X方向(臨空面方向)位移-時間過程曲線見圖3。

圖3 金廠壩變形體B4區X方向(臨空面方向)位移-時間過程曲線

4.2 變形情況

金廠壩滑坡在庫水位作用下整體穩定性降低，目前變形以張裂縫為主，尚未出現較大規模的垮塌，表明滑坡體整體處于極限穩定狀態，整體以蠕變狀態為主，其變形速率與降雨量和地下水位有較為密切的關系。

以B4區TP11測點為例，該點在2012年3～5月變形速率為2.02～4.66 mm/d，6～9月的汛期變形速率為1.31～6.44 mm/d，2012年10月至2015年11月變形速率為-0.36～0.78 mm/d，其中2012年3～5月由于水庫水位上升，變形持續上升，變形速率較大，至2012年6～9月進入汛期仍保持較高的變形速率，至2012年10月，進入枯水期后，變形速率明顯回落，其變形速率-時間曲線見圖4。從2012年11月至2014年12月，TP11變形速率受降雨量影響存在一定量的波動，汛期(6～9月)變形速率略有升高，汛期過后又有所回落。但2014年12月以后，測點的變形速率逐漸趨于穩定，測點變形受降雨量的影響較之前有所減小。

地下水位監測P1孔布置在TP11點臨近位置，其監測數據顯示，2013年3月至2015年11月期間孔內水位存在一定程度的波動，但上升趨勢明顯，地下水頭從3.43 m逐步增大至3.98 m。

地下水變化曲線與平面、高程速率變化曲線的波動有一定的關聯性，表現為同升同降但不完全同步，2015年以后該趨勢有所減弱，而P1孔地下水位也趨于穩定，對TP11的變形速率未有顯著影響。其變形速率-時間曲線見圖5。

圖4 B4區X方向及高程變形速率-時間曲線

圖5 B4區X方向及高程變形速率-時間曲線

5 變形因子相關性分析

根據相關研究滑坡的觸發因素一般有地震、降雨、凍融、人類活動這幾類[3]，由于電站蓄水河流水位上漲導致滑坡體活動，因此本文以TP11一年的監測數據為例，采用地下水位、降雨、河流水位作為因子，采用灰色相關性分析研究分析其與變形量的相關特點(河流水位采用大壩壩前水位作為參照)。監測成果見表1，其中TP11△X表示臨空面方向位移，TP11△H表示高程沉降。

采用極差化方法對以上數據進行無量綱化[4]，公式如下：

式中,m、M分別指因素觀測值yi的最小值和最大值，無量綱化成果見表2。采用灰色模型進行相關性計算，其關聯度結果見表3。

B4區位于滑坡體前緣，主要由(塊)碎石土及鈣化物(溶塌角礫巖)組成，平面位移與地河流水位和地下水位綜合關聯度較高，豎向沉降則與地下水位降雨量綜合關聯度較高。

表1 各項目監測成果

注：TP11△X向臨空面方向位移為正，TP11△H沉降為正。

表2 各項目無量綱后數據序列

表3 各序列相關性計算結果

6 結 語

金廠壩滑坡體監測采用地表監測與深部監測相結合，輔以環境量和地下水位監測，系統地對滑坡體實施了有效監測。

(1)根據滑坡體的變形特征，重點對B2、B3、B4區實施監測，表面變形與深部變形相應證，同時對于地下水、降雨量等造成滑坡體失穩的各項誘因實施了監測，便于對滑坡體穩定性分析。

(2)外觀監測采用常規大地測量和GNSS自動化同步進行的方式，通過常規大地測量實現對滑坡體區域的整體監測，體現了監測系統的經濟性；通過GNSS自動化，既能實現對重點部位的實時監測，又增強了監測系統的實效性。

(3)監測系統布置科學合理，能夠系統、全面地對滑坡體實施監測，為官地水電站蓄水決策提供了重要支持，同時也為保障大壩安全運行，保護當地居民的生命財產發揮重大作用。

(4)電站蓄水以來，滑坡體環境條件已發生改變，其穩定性變差，特別在蓄水初期，降雨量和地下水位與滑坡體的變形速率表現出一定的相關性，至2015年以后變形速率逐漸穩定。

(5)不同的計算方法各因子計算的關聯度存在一定差異，地下水位、降雨、河流水位對滑坡的不同方向的變形關聯度也有所不同。