金廠壩滑坡體監(jiān)測方法及變形分析

華博深， 石建舟

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)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(xiāng)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(tài)不規(guī)則，呈前緣寬，中后部稍窄的形態(tài)，前緣順河長度約770 m，前緣已達(dá)現(xiàn)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(zhì)情況分析

2.1 地質(zhì)構(gòu)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(zhì)塊體之上，其內(nèi)部為向西陡傾(總體產(chǎn)狀為近SN/W∠75°～85°)的單斜構(gòu)造為主，滑坡體區(qū)域內(nèi)未見有區(qū)域性斷裂通過，巖體內(nèi)主要結(jié)構(gòu)面為節(jié)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(zhì)分區(qū)

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

圖1 金廠壩滑坡分區(qū)示意

2.3 變形特征

金廠壩滑坡A區(qū)總體為蠕滑變形區(qū)，地表調(diào)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(qū)地表變形跡象較弱，處于緩慢蠕滑狀態(tài)，其變形尚未影響到金廠壩滑坡深部。

B區(qū)的變形跡象較明顯，主要體現(xiàn)在前緣部位的鈣化物拉張擴(kuò)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?nèi)浠冃螀^(qū)。

3 監(jiān)測內(nèi)容及方法

根據(jù)金廠壩滑坡體的變形特征和影響要素對其實(shí)施了系統(tǒng)化監(jiān)測，監(jiān)測項(xiàng)目包括表面、深部變形，地下水及環(huán)境量監(jiān)測，同時(shí)為了提高監(jiān)測系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和時(shí)效性，部分典型的表面變形監(jiān)測點(diǎn)同時(shí)采用常規(guī)大地測量和GNSS自動化監(jiān)測方法進(jìn)行監(jiān)測[2]。

3.1 地表變形常規(guī)監(jiān)測布置

布設(shè)28個(gè)地表變形監(jiān)測點(diǎn)。 B2區(qū)上部布置TP1～TP8共8個(gè)測點(diǎn)，B3區(qū)布置TP19～TP24共6個(gè)測點(diǎn)，B4區(qū)布置TP9～TP12、TP25～TP28共8個(gè)測點(diǎn)，區(qū)外布置TP13～TP18共6個(gè)測點(diǎn)，點(diǎn)各點(diǎn)位分布見圖2。

圖2 表面變形監(jiān)測、測斜及地下水監(jiān)測布置

3.2 地表變形自動化監(jiān)測布置

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

3.3 環(huán)境量監(jiān)測布置

考慮到山區(qū)降雨量不均勻現(xiàn)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(jù)現(xiàn)場條件和環(huán)境在巴折鄉(xiāng)布置一座簡易雨量站。

3.4 深部變形監(jiān)測布置

利用Ⅳ區(qū)布置的主勘探線、Ⅲ區(qū)布置的輔助勘探線鉆孔， 布設(shè)2個(gè)監(jiān)測縱剖面測斜孔，在監(jiān)測縱剖面的中、上部高程布置12個(gè)測斜孔，埋設(shè)測斜管，采用滑動式測斜儀進(jìn)行地下深部變形監(jiān)測。鉆孔深度根據(jù)鉆孔揭示的地層巖性確定。深部測斜與大地變形監(jiān)測構(gòu)成立體監(jiān)測系統(tǒng)，較全面開展坡體變形監(jiān)測。

3.5 地下水監(jiān)測布置

在變形體上布設(shè)的測斜孔底部安裝滲壓計(jì)，共12支，監(jiān)測地下水變化情況，分析地下水、地表水、大氣降水的關(guān)系，并結(jié)合變形監(jiān)測成果進(jìn)行相關(guān)分析。

4 監(jiān)測成果分析

4.1 外觀變形情況

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

圖3 金廠壩變形體B4區(qū)X方向(臨空面方向)位移-時(shí)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(wěn)定性降低，目前變形以張裂縫為主，尚未出現(xiàn)較大規(guī)模的垮塌，表明滑坡體整體處于極限穩(wěn)定狀態(tài)，整體以蠕變狀態(tài)為主，其變形速率與降雨量和地下水位有較為密切的關(guān)系。

以B4區(qū)TP11測點(diǎn)為例，該點(diǎn)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(xù)上升，變形速率較大，至2012年6～9月進(jìn)入汛期仍保持較高的變形速率，至2012年10月，進(jìn)入枯水期后，變形速率明顯回落，其變形速率-時(shí)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(diǎn)的變形速率逐漸趨于穩(wěn)定，測點(diǎn)變形受降雨量的影響較之前有所減小。

地下水位監(jiān)測P1孔布置在TP11點(diǎn)臨近位置，其監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2013年3月至2015年11月期間孔內(nèi)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(guān)聯(lián)性，表現(xiàn)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(wěn)定，對TP11的變形速率未有顯著影響。其變形速率-時(shí)間曲線見圖5。

圖4 B4區(qū)X方向及高程變形速率-時(shí)間曲線

圖5 B4區(qū)X方向及高程變形速率-時(shí)間曲線

5 變形因子相關(guān)性分析

根據(jù)相關(guān)研究滑坡的觸發(fā)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(dǎo)致滑坡體活動，因此本文以TP11一年的監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，采用地下水位、降雨、河流水位作為因子，采用灰色相關(guān)性分析研究分析其與變形量的相關(guān)特點(diǎn)(河流水位采用大壩壩前水位作為參照)。監(jiān)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(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，其關(guān)聯(lián)度結(jié)果見表3。

B4區(qū)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(guān)聯(lián)度較高，豎向沉降則與地下水位降雨量綜合關(guān)聯(lián)度較高。

表1 各項(xiàng)目監(jiān)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(xiàng)目無量綱后數(shù)據(jù)序列

表3 各序列相關(guān)性計(jì)算結(jié)果

6 結(jié) 語

金廠壩滑坡體監(jiān)測采用地表監(jiān)測與深部監(jiān)測相結(jié)合，輔以環(huán)境量和地下水位監(jiān)測，系統(tǒng)地對滑坡體實(shí)施了有效監(jiān)測。

(1)根據(jù)滑坡體的變形特征，重點(diǎn)對B2、B3、B4區(qū)實(shí)施監(jiān)測，表面變形與深部變形相應(yīng)證，同時(shí)對于地下水、降雨量等造成滑坡體失穩(wěn)的各項(xiàng)誘因?qū)嵤┝吮O(jiān)測，便于對滑坡體穩(wěn)定性分析。

(2)外觀監(jiān)測采用常規(guī)大地測量和GNSS自動化同步進(jìn)行的方式，通過常規(guī)大地測量實(shí)現(xiàn)對滑坡體區(qū)域的整體監(jiān)測，體現(xiàn)了監(jiān)測系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性；通過GNSS自動化，既能實(shí)現(xiàn)對重點(diǎn)部位的實(shí)時(shí)監(jiān)測，又增強(qiáng)了監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)效性。

(3)監(jiān)測系統(tǒng)布置科學(xué)合理，能夠系統(tǒng)、全面地對滑坡體實(shí)施監(jiān)測，為官地水電站蓄水決策提供了重要支持，同時(shí)也為保障大壩安全運(yùn)行，保護(hù)當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)發(fā)揮重大作用。

(4)電站蓄水以來，滑坡體環(huán)境條件已發(fā)生改變，其穩(wěn)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(xiàn)出一定的相關(guān)性，至2015年以后變形速率逐漸穩(wěn)定。

(5)不同的計(jì)算方法各因子計(jì)算的關(guān)聯(lián)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(guān)聯(lián)度也有所不同。