基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的某庫區(qū)土質(zhì)邊坡變形原因分析

余允吉，方大勇，廖珊珊，姚華國，丘文新

(1.廣東省水利水電科學研究院， 廣東廣州 510635;2.廣東省巖土工程技術(shù)研究中心， 廣東 廣州 510635)

某水利樞紐庫區(qū)沿河岸土質(zhì)邊坡有較明顯的土體沉降位移、房屋開裂等情況出現(xiàn)。為了解邊坡變形發(fā)展情況，定期對上述土體和建筑物變形區(qū)域進行沉降、水平位移和裂縫開合度觀測，監(jiān)測時間歷時8個月，共進行了12次測量。還采用了土體表面滑動遠程自動化監(jiān)測手段，實時觀測邊坡土體裂縫的變化。收集監(jiān)測時間段內(nèi)監(jiān)測區(qū)域的降雨數(shù)據(jù)、地表氣溫數(shù)據(jù)和壩前水位變化數(shù)據(jù)用于輔助分析。

1 變形監(jiān)測方案

根據(jù)邊坡變形的情況和范圍，劃分為4個邊坡變形區(qū)域，分別編號1、2、3、4區(qū)。1、2、3區(qū)布置土體裂縫觀測點，2、3、4區(qū)布置土體水平位移與沉降觀測點。其中2區(qū)還布置了土體表面滑動自動化觀測點。

根據(jù)各測區(qū)的特點，收集不同的環(huán)境變量數(shù)據(jù)，對比各環(huán)境變量與庫岸邊坡的關(guān)系，從而探究邊坡變形原因。各測區(qū)觀測點布置方案見表1所示。

水庫庫岸滑坡是常見的地質(zhì)災(zāi)害，降雨及庫水位的作用往往是導(dǎo)致其位移與失穩(wěn)的最主要動因[1]。各測區(qū)邊坡均在江邊，且位于水庫上游，受到水庫壩前水位的影響，因此收集觀測期間大壩每日壩前水位，作為環(huán)境對比變量。外江水位變化是一致的，只需關(guān)注壩前水位相對變化量即可。

收集觀測期間水庫所在地區(qū)每日分時降雨量數(shù)據(jù)和每日最高、最低氣溫數(shù)據(jù)，作為環(huán)境的降雨變量和溫度變量。

2 監(jiān)測方法和設(shè)備

水平位移采用瑞士萊卡TS30全站儀(標稱精度：0.5″，0.6 mm+1 ppm)；沉降觀測主要采用索佳SDL1X高精度數(shù)字水準儀(標稱精度為0.2 mm/km)。

土體表面裂縫測量采用遠程自動化監(jiān)測和常規(guī)標點法測量。自動化監(jiān)測系統(tǒng)包括自動化數(shù)據(jù)采集軟件、MIC-YHD-500L 型拉線式位移計、裂縫及太陽能供電系統(tǒng)、遠程網(wǎng)絡(luò)適配器、電壓數(shù)據(jù)采集器及其他附屬設(shè)備。常規(guī)的標點法測縫主要采用游標卡尺。

3 觀測結(jié)果與邊坡變形原因分析

為了簡化圖表，方便對比，本文將所有觀測數(shù)據(jù)按照測區(qū)和監(jiān)測項目劃分，將同一測區(qū)同一觀測項目的觀測數(shù)據(jù)整理成累計平均觀測值，用以代表該測區(qū)的平均沉降、水平位移或裂縫變化值。

3.1 各測區(qū)沉降、水平位移、土體裂縫與壩前水位的關(guān)系

圖1～3分別為各測區(qū)沉降、水平位移、土體裂縫與壩前水位的關(guān)系圖。可以看出，在初期(7月份之前)，壩前水位在142～148 m水位區(qū)間反復(fù)升降，此時各測區(qū)沉降、水平位移和土體裂縫基本均處于增大階段，且變化量基本都在此階段完成了。

此后壩前水位從147 m水位穩(wěn)定降落到139.5 m左右，各測區(qū)沉降、水平位移和土體裂縫反而基本穩(wěn)定，只有2區(qū)和3區(qū)的沉降有緩慢增加。

從庫岸邊坡的整體穩(wěn)定性來講，邊坡迎水側(cè)處于水位降落期，一方面可能受滲透力影響荷載增大，另一方面水位下降，抗力隨之減少，從而導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性減小，滑坡范圍內(nèi)的土體位移可能會隨之增大。而各測區(qū)的觀測數(shù)據(jù)并不滿足以上規(guī)律，各測區(qū)變形量主要發(fā)生在高水位時期，水位降落期邊坡變形反而較穩(wěn)定。因此，庫岸邊坡的水位降落，或者說壩前水位的變化，并不是此次邊坡變形的主要原因之一。

3.2 各測區(qū)沉降、水平位移、土體裂縫與降雨量的關(guān)系

圖4～6分別為各測區(qū)沉降、水平位移、土體裂縫與降雨量的關(guān)系圖。可以看出，初期(7月份之前)處于雨季，降雨量明顯較大，各測區(qū)的各項觀測值也明顯增大，變形量主要發(fā)生在此階段。此后降雨量明顯較小，變形也趨于穩(wěn)定了。

降雨量越大，集雨面積內(nèi)的水庫水量越大，水庫壩前水位相應(yīng)就越高，與圖1～3是契合的。但是水位變化并不是此次邊坡變形的主要原因。

發(fā)生降雨時，隨著雨水下滲，滑坡體自重增加，土體含水量增加，孔隙水壓力增大，從而基質(zhì)吸力降低，土體強度參數(shù)減小，下滑力增大。因此，降雨是此庫岸邊坡變形的主要原因之一。

3.3 2區(qū)土體表面滑動原因分析

圖7與圖8為2區(qū)的土體表面裂縫張開量觀測結(jié)果與壩前水位、當?shù)貧鉁亍數(shù)亟涤炅康年P(guān)系對比。采用遠程自動化監(jiān)測手段，監(jiān)測時間為7月—12月，歷時6個月，正好處于壩前水位穩(wěn)定降落期和降水量較小時期。

自動化觀測頻率為1 h一次。從圖7可看出，每日24次的“實時累積觀測值”的變化幅度很穩(wěn)定，夏天約為2 mm，冬天略低，約為1 mm。原因可能為觀測墩之間的土體和觀測設(shè)施均會受每日氣溫變化的影響。對比圖8的每日溫差，夏天溫差大，觀測變化幅度大，冬天溫差小，變化幅度小。為了消除每日溫差的影響，取每天24次的土體裂縫張開量平均值作為當日觀測值，為圖8中的日平均累計變化量。

由圖7可看出，2區(qū)土體裂縫張開量與壩前水位變化有一定的相關(guān)性。壩前水位較穩(wěn)定時，滑動量變化較為平穩(wěn)，壩前水位下降時，滑動量有增大趨勢。這與前文3.1的分析結(jié)論并不一致。而由于7月以后降雨量較少，觀測值與降雨量沒有明顯的相關(guān)性。

但是由圖8可看出，土體裂縫張開量變化曲線與氣溫的變化曲線相關(guān)性明顯。夏天氣溫變化穩(wěn)定時，滑動量幾乎不變(0 mm)，冬天氣溫逐漸下降時，滑動量也隨之增大(7 mm)。

綜合圖7和圖8的分析，結(jié)合3.1和3.2的分析結(jié)論，可以得出，2區(qū)7月份以后的土體表面累計 7 mm的滑動量觀測值，主要是氣溫變化導(dǎo)致的。除掉氣溫因素，2區(qū)該時期的土體表面位移基本穩(wěn)定。

3.4 滑坡類型分析

按水對滑坡的作用將滑坡分為降水型滑坡和水庫型滑坡，其中，降雨型滑坡為主要類型，占滑坡總數(shù)的90%[2]。經(jīng)過觀測數(shù)據(jù)的分析和變形原因的探究，可以得知，本文庫岸邊坡的庫區(qū)水位降落不是此次邊坡變形的主要原因，而降雨才是變形的主要原因之一。因此，此次庫岸邊坡屬于降雨型。

4 結(jié)語

本文通過對土體表面滑動進行遠程自動化監(jiān)測，結(jié)合傳統(tǒng)監(jiān)測手段，定期對土體和建筑物變形區(qū)域進行沉降、水平位移和裂縫開合度觀測。根據(jù)庫區(qū)環(huán)境特點對觀測數(shù)據(jù)進行整理，分析各測區(qū)沉降、水平位移、土體裂縫變化量與壩前水位、降雨量、氣溫等環(huán)境變量之間的關(guān)系，分析得出該庫岸邊坡變形的主要原因為降雨，壩前水位與之關(guān)系不大，此庫岸邊坡類型為降雨型。通過各環(huán)境變量的綜合分析判斷出氣溫對自動化觀測的影響不可忽視，有時是觀測量變化的主要來源，在監(jiān)測結(jié)果分析時，需找到并剔除掉氣溫變化的影響。

此外受觀測條件所限，無法具體測量氣溫變化量與位移觀測量之間的數(shù)值關(guān)系，也無法區(qū)分降雨因素和庫水位降落因素在邊坡變形因素中的具體占比，有待今后作進一步的研究。