三维监测在某水电站边坡变形分析中的应用

（1.九九水文地质工程地质队，四川江油，621701；2.黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州，450003）

摘要：通过对某水电站厂房后边坡变形体地表三维监测资料的分析，判断其变形的主要诱发因素是由于阀室交通洞的集中排水造成的，其变形特征总体为推移式，局部牵引式，变形体的变形量虽呈季节周期性变化，但已趋于收敛，说明降水对变形体稳定性的敏感度已显著降低。根据监测资料分析的结果与地质宏观判断及稳定性计算结果相吻合，说明三维监测在边坡变形分析中可以起到重要作用。

关键词：变形体三维监测稳定性

1引言

某水电站位于四川省木里县境内，采用引水式开发，装机容量240MW。厂房采用地面布置方案，厂房边坡上游侧为第四系松散堆积体组成的土质边坡，坡高约55m，开挖坡比为1:1.25，设置2层马道。

由于厂房上游侧后坡上部的阀室交通洞开挖后出现涌水，水流直接渗入到厂房后坡的松散堆积体内，且施工弃渣直接堆放在厂房后侧坡体上，导致坡体出现断续、错列的裂缝，随后陆续贯通，引起蠕滑下座，形成变形体。变形体平均宽177m，长约270m，平均厚度42m，面积4.7×104m2，规模达200×104m3以上。

2变形体地质背景

工程地处青藏高原东南缘，属“川滇菱形”断块之次级断块“稻城断块”的东缘，地质构造较复杂，断层、褶皱十分发育。

工程区属于中亚热带季风气候，年平均降雨量818.10mm，干湿季节区别十分明显，降水十分集中，主要分布在5~10月之间，雨季降雨量约占全年降雨量的93%。

工程区基岩地震动水平峰值加速度为0.10g，工程区地震基本烈度为Ⅶ度。

厂房上游侧后坡为一冰斗槽谷地貌，总体呈上宽下窄、中下部略有收敛的圈椅状地形，坡脚呈舌状突向木里河。从地形地貌上看，沟谷纵向上总体呈陡缓相间的台阶状，阀室交通洞口（2440m高程左右）以上地形宽缓，发育有三级平台，平台间以缓坡过渡，地形坡度25°~35°，植被较发育；2440m高程以下地形在宽度上明显收敛，坡度变陡，发育有6级陡坎、台阶，平台狭小，且平台间地形坡度一般为45°左右，局部陡坎达50°~60°。堆积体前缘直达木里河河床，水边附近形成约40m高的覆盖层陡坎。谷口及其下游发育有河流Ⅰ级阶地，Ⅰ级阶地长约100m，宽15~20m，拔河高6~8m，缓坡后缘为50°~70°的陡坡，厂址即布置在该阶地之上（图1）。

图1厂房后边坡变形体地质图

沟谷内覆盖层由老至新可分为以下几层：①第Ⅰ层冰水积含块碎砾石土层（Q3fgl）结构密实；②第Ⅱ层堰塞粉（砂）土与冲积砂卵砾石互层；③第Ⅲ层冲积含砂卵（碎）砾石层（Q4al），为稍密~中密；④第Ⅳ层冲、洪积碎砾石土层（Q4al+pl），结构不均一；⑤第Ⅴ层砂卵（碎）砾石层（Q4al），结构较松散；⑥第Ⅵ层洪积含块碎砾石土（Q4pl），局部有架空现象。

3变形体地表三维监测

3.1监测网点的布置

在变形体周围稳定的地方设立4个边角网点组成一个大地四边形作为该变形体监测的工作基点网，采用大地测量法实施表面三维变形观测，累计布设监测点21处（图2）。

3.2变形监测方法

采用徕卡TCA2003全自动全站仪及其它相配套的测量设备进行变形观测，各项精度指标按《国家三角测量规范》、《水利水电工程测量规范》及《土石坝安全监测技术规范》要求执行。

工作基点网每季度观测一次；监测点初期每天观测2次。后期，雨量及扰动均变少的情况下，监测周期根据变形体变形的观测需要适当延长。变形当年年7月7日工作基点网进行首次观测，次年年1月10日进行了第二次观测；期间变形体测点观测共进行158次观测。次年雨季进行了复测，时间为：7月上旬~10月中旬，观测周期是变形体测点每星期观测二次，特殊情况下加密观测至每天观测1~4次。共对变形体17个测点进行了25次观测。

3.3监测成果分析

（1）监测成果

监测结果表明变形体各测点位移矢量均指向木里河，平面累积位移量944.99~2992.64mm，垂直累积位移量385.91~1655.02mm之间（表1），各监测点的累积位移曲线见图3。

（2）成果分析

从上述图、表中不难看出：

① 变形矢量均指向河流方向；

② 变形体前缘部分水平变形较大，沉降变形相对较小，后缘部分沉降位移相对较大，水平位移相对较小；

③ 变形体各监测曲线的形状、斜率、拐点等曲线特点基本一致，各监测点变形具有同步性；

④ 变形移主要集中在变形当年9月底以前，与当地的雨季重迭，在大量排水和降雨入渗坡体的条件下，裂缝显著加宽，变形位移突增；

⑤ 最大位移均发生在当年8月10日~8月12日期间，11月以后，边坡变形量呈明显的收敛趋势。跨年度监测结果表明，虽然其变形速率有随季节呈周期性变化的特性，但旱季与雨季变形速率的差异性已明显降低；

⑥ 变形体以外各监测点相对位移变化的方向不是持续增大，位移变化在观测误差范围之内，说明变形体后缘以上斜坡是基本稳定的。

4变形体稳定性计算结果

根据地质勘察、现场及室内试验结果，确定变形体滑带土的φ值取22°，c值取20kPa，并根据河床砂砾石顶面、碎石土的底界和变形体边界三种可能性滑移面，预测了不同工况条件下变形体的稳定性（表2）。

5结论

从监测结果和变形体稳定分析结果对照可以得出如下结论：

① 从监测数据和变形曲线特点看，该变形体具有整移变形特征，判断力学机制为推移式，与地质宏观判断相吻合；

② 从变形体不同部位的位移来判断，变形体总体上呈推移式为主，前缘局部有牵引式的变形特征，与地表变形特征一致；

③ 从变形移的集中分布来看，阀室交通洞的排水是造成坡体变形的最大诱因，边坡开挖和降雨入渗加剧了变形体的进一步发展；

④ 计算结果表明，水是影响变形体稳定性的重要因素，从跨年度监测资料分析来看，变形体的变形量已趋于收敛，说明降水对坡体稳定性的敏感度已显著降低，与实际情况吻合。

基于以上结论，说明地表三维监测在边坡变形的诱发因素、力学机制、变形特征和变形趋势等的判断中，可以起到重要的作用。

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