案例分析:水电站高边坡地质监测与预防工作

 

边坡开挖后，会出现松弛张裂或蠕动变形、崩塌、滑坡等现象，山体需要很长的时间来适应其内力的变化。天然状态下边坡都是稳定体，人为的进行切割或爆破等，山体内部应力结构被破坏，应力重新分布。构成潜在不稳定块体，是存在失稳的可能性，需要采取削坡或支护等措施才能满足山体的稳定。所以边坡监测是非常必要的工作，今天我们以四川某水电站项目为例介绍下高边坡监测和预防的相关知识。

一、工程概况

随着国家对水利水电资源逐步加大开发，一座座绿色能源的水电站在山河之中拔地而起。为满足建筑的安全与稳定性，往往需要对山体进行开挖，这样就会形成人工边坡。水利水电工程中的高边坡失稳将对工程建设和社会影响产生严重的后果，因此对高边坡进行稳定性分析和监控是保证工程安全的重要环节。

 

该水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州境内，平均海拔3200m，边坡宽120米高度为80米。 电站建成后将与原有水电站组网运行，发电可以满足当地居民用电，也可为后续电站建设提供施工电源。

 

二、边坡地质条件

上部土体覆盖层为Ⅳ级含卵石粘土，厚约15m，自稳定性较好，但受开挖扰动和外部环境影响较大。边坡地貌为小山梁，宽180米，高100米，顶部有20米宽小平地，往上为大山。右侧为发育冲沟，相对深度为20米。地形陡峭，坡度为50-70度，局部为悬崖，整体呈凸型堆集体。

 

三、监测项目

为准确了解暗前池洞段开挖对上部土层及岩石的影响，监视边坡的变形破坏情况，预测其发展动向，作出险情预报。及时发现可能存在的危险并采取相应措施，防止事故发生。确定以洞口上方80×60米范围的水平位移及沉降量做主要观测项目。

 

1、监测方法和测点布置

参照《工程测量规范》（GB 50026-2007）、《建筑变形测量规范》（JGJ 8-2007）等有关规范，外业观测按三等水准测量技术要求作业。该电站测量控制网本身为区域独立系测量网，其监测测量网在此区域独立系测量网的基础上按三等标准进行加密延伸，主要成果点有T15、N1-1、N1-3、XH、XH-1。

 

监测测量网由5个深埋式监测点组成，其中主监测点2个设在变形区外50米位置，另3个监测点设在河对岸与主监测点呈梯形布置。所有深埋式基准点的孔位均与岩石锚固，在其顶部设置防护罩以防止损坏。本项目以变形区监测为主，确定具体变形区域面积。共设置20个测量点，间距为30米梅花布置。土层区设11测点，岩石设3测点。另6个为加密测点，设置在裂缝区域。

 

1.1、变形区沉降测量
沉降监测采用进口精密仪器NI004水准仪配合铟钢尺测量，仪器标称精度为±0.3mm/km，百分表采用0～10mm。

1.2、变形区水平位移测量
水平位移观测使用拓普康GPT-3002LNC全站仪配合棱镜采用极坐标法测量，测量采用三等标准测量，减少对中的误差，在这里小编推荐北京天玑科技-边坡监测系统。

 

 

2、监测频率
监测时间从2004年3月至2006年8月，历时二年半，分二期监测：第一期为第一次开挖后，第二期为第二次开挖结束后。

 

观测周期如下：
第一次开挖后百分表每天读数一次，所有测点每五天测量一次。
第二次开挖后百分表每十天读数一次，所有测点每半月测量一次。

 

3、报警设置
裂缝位移监测值达到20毫米或全站仪测点监测变形区域总位移达到25毫米时启动危险报警，处理后确认安全再进行监测。裂缝沉降监测值达到30毫米或全站仪测点监测变形区域总位移达到35毫米时启动危险报警，处理后确认安全再进行监测。

 

4、变形观测数据处理
每次外业测量完毕后，立即对观测数据进行整理。根据测出的数据，计算出测点的坐标及高程，对测点稳定性检查和对裂缝叠加分析，得到水平位移及沉降量值。观测数据进行校验无误后，绘制出测点的变形过程曲线，对变形曲线进行分析其变化规律，预测曲线走向，以确定是否采取相应措施。

 

四、位移及沉降监测

在第一次开挖后出现了十余条裂缝，为增加撑握裂缝的发展动向及稳定安全性。选取5米以上的五条裂缝对其进行位移与沉降变化情况的监测，序号依次为临空侧向山体侧监测LH-1LH-2LH-3LH-4LH-5。经过35天的监测，数据已达到预定危险值。

 

1、位移监测
裂缝位移量变化最大的是LH-4裂缝6.6毫米。累加位移量最大的是LH-1裂缝，累加达到18.2毫米，离设定危险值20毫米仅差1.8毫米。全站仪测点监测的数据显示变形区域50×30米范围呈“八”字型整体向外位移，最外测点数据值为19.7毫米，大于百分表监测的数据。
沉降变化单条裂缝沉降量最大的是LH-4裂缝10.8毫米，累计沉降量最大是LH-1裂缝，累加达到29.0毫米，离设定30毫米只有1毫米。

 

水准仪监测的数据显示变形区域45×30米范围呈“”字型向下塌陷，变形区域最外测点数据沉降值为29.7毫米，微大于百分表监测的数据。考虑到LH-4裂缝发展极为迅速，存在着随时崩塌的可能性，决定启动危险预警程序。

 

位移曲线图存在着数据反弹，说明该边坡处于卸荷裂隙阶段。由于岩体和土体人工开挖后，使边坡岩体失去约束，应力重新分布，从而使岸坡岩体发生向临空方向的回弹变形及产生近似平行于边坡的拉张裂隙。此裂隙处于不稳定状态，必须进行有效的处理，以保证边坡的安全。

 

2、新的布置
为了重新了解裂缝及变形区是否趋于稳定，测点与百分表重新布置。LH-5裂缝设置百分表2套，读数十天一次。变形区域测点间距30米梅花布置10个，观测周期半月读数一次，在变化较大时加大观测密度。

 

变形区域测点监测变形区域测到的位移数据在前6个月有±0.7mm变化，回弹变形不大。在后18个月只有±0.2mm的变化，变化量较小。沉降观测数据前3个月时间沉降±0.7毫米，在后21个月时间沉降±0.3毫米。

 

裂缝LH-5位移在前4个月在±0.4mm之间变化，在后20个月的时间里表面比较平稳，只有±0.2mm变化，振荡形状较弱无继续增长迹象。裂缝LH-5沉降量在前6个月为±0.5毫米，在后19个月时间±0.2毫米增长。

 

根据成果分析边坡变形区域在第二次开挖卸荷之后，出松弛张裂变形。前期变形量虽然较大，但后期变化较小，随着时间的增长呈现缓慢增加趋势，变形区域位移变化过程曲线图呈小幅振荡态式上升。位移和沉降变化速度无明显连续增强趋势，边坡已处于稳定状态。

 

通过对水电站边坡监测资料分析，在天然状态下边坡都是稳定体，人为的进行切割或爆破等，山体内部应力结构被破坏，应力重新分布。构成潜在不稳定块体，是存在失稳的可能性，需要采取削坡或支护等措施才能满足山体的稳定。

 

边坡在开挖后，会出现松弛张裂或蠕动变形、崩塌、滑坡等现象，山体需要很长的时间来适应其内力的变化。每个工程都有各自的特点来选择适合监测和支护的方案，及时的监测和正确的支护，好的监测方法会给工程增加效益。

 

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