初次蓄水对瀑布沟库首拉裂体影响的监测分析

彭立威，汪家林，温 帅，徐湘涛

初次蓄水对瀑布沟库首拉裂体影响的监测分析

彭立威，汪家林，温 帅，徐湘涛

（成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059）

施工期监测成果表明，瀑布沟电站库首右岸拉裂变形体支护结构荷载变化正常，坡体位移较小，蓄水前处于稳定状态。初次蓄水对瀑布沟库首右岸拉裂体产生了一定程度的影响。依据蓄水期间拉裂体宏观变形现象和监测资料，运用比较法、作图法和特征值统计法等对拉裂体支护结构荷载变化和变形进行分析。在此基础上综合分析后认为：受蓄水影响较大的是强卸荷底界限以上的岩体，坡体主要的变形方式为浅表松动带蠕滑变形；坡体位移随高程增加而增加，地表累计合位移10～20 mm，最大平均位移速率为0．10 mm／d；蓄水使水位高程以下的锚索荷载产生了明显的减小，最大减小量70．0 kN。从初次蓄水后连续的监测成果分析，瀑布沟库首右岸拉裂体目前仍处于整体稳定阶段。

水利工程；初次蓄水；拉裂变形体；安全监测；稳定性

1 概 述

瀑布沟水利枢纽工程位于四川省汉源县和甘洛县接壤处，是大渡河中游以发电为主，兼有防洪、拦沙等综合利用效益的大型水利水电工程。拉裂变形体（以下简称拉裂体）位于库首右岸岸坡。经专题研究［1］，其可能的失稳方式为浅表部的牵引后退式滑塌及其破坏后引起的坡体整体滑动破坏。即在变形初期，岸坡岩体浅表部主要变形为受似层面控制的倾倒拉裂变形为主；继而出现倾倒拉裂，后缘或根部的拉裂迁就陡倾坡外的结构发育，最终形成倾倒拉裂破坏。

2009年11月1日，瀑布沟水库开始蓄水。由于拉裂体距大坝非常近、位置较高，故蓄水后其稳定状况、发展趋势等直接影响着电站运营期间地下厂房取水口和大坝的安全。拉裂体内埋设的监测仪器记录了水库首次蓄水期间坡体支护应力的变化和变形动态，可通过分析蓄水条件下拉裂体的监测资料对其稳定性进行评价。

2 拉裂体基本概况和治理措施

2．1 拉裂体基本概况

拉裂体发育于距离瀑布沟电站右岸坝轴线上游约780 m岸坡，距离引水发电系统取水口约400 m，前缘高程730 m，后缘高程1 187 m，前后缘平面长约400 m，宽约360 m，高差450 m，两侧有深10～35 m冲沟切割。

拉裂体在平面上按高程可分为Ⅰ和Ⅱ2个区，根据蓄水前Ⅱ区的变形破坏情况又将其分为3个亚区。Ⅰ区边坡坡比较小，出露的基岩较为破碎，倾倒和拉裂现象明显，坡体深部分布有多条未贯通的拉裂缝。Ⅱ-1区已发生槽状滑塌，由上游侧的滑塌体及其上部的残留体共同构成。Ⅱ-2区下部顶表已发生局部滑塌，并有进一步后退式发展的趋势。Ⅱ-3存在一个残留的古老滑塌体。拉裂体全貌及分区情况见图1。

图1 拉裂体全貌及分区Fig．1 The whole deformable body and its geological zoning

拉裂体所在岸坡主要由玄武岩、凝灰岩组成，岩层似层面的走向与岸坡小角度相交，倾向相反，岩层陡倾山内，为反倾岩质斜坡。岩性硬而脆，与岩体原生结构面（似层面）一起为岸坡的变形破坏提供了最基本的物质结构条件。拉裂体典型的地质剖面如图2所示。

图2 拉裂体新纵1-1地质剖面Fig．2 Geological profile of longitudinal cross-section 1-1 of the deformable body

2．2 拉裂体治理措施

拉裂体采用分期分区治理的设计思路。一期治理在初次蓄水前完成，主要对850 m高程以下边坡加固的需要进行综合治理。对坡脚采用C20混凝土贴坡护坡并布置了98根2 000 kN级锚索加固，混凝土和锚索施工完毕后又对坡脚进行了堆渣压重处理。在Ⅰ区布置了一条截水沟以减少Ⅰ区坡面雨水渗入Ⅱ区。Ⅱ区局部岩体处于水库水位消落深度范围内，受水位升降的影响，是加固处理的重点部位。根据Ⅱ区各分区不同的地质条件和稳定性要求有选择或综合地采用了挂网喷锚、框格梁、深孔锚筋束、锚索方式进行了加固处理，使边坡的稳定性满足蓄水要求。

3 仪器布置及蓄水前监测资料分析

3．1 拉裂体监测仪器布置

蓄水前拉裂体变形监测主要是将原有勘探平硐清理后安装水平测斜管，利用测斜仪监测拉裂体沿垂直方向的变形，共安装了5个水平测斜孔（编号为IN1－IN3，IN5，IN6）；为了实时监测拉裂体支护结构的受力情况，安装了25台锚索测力计（编号为Dp01－Dp25）。由于勘探平硐封堵，水平测斜孔IN1，IN2，IN5无法继续进行观测，为满足蓄水期拉裂体变形监测的需要，初次蓄水前又完成安装了3个设计孔深均为100 m的垂直测斜孔（编号为IN-5－IN-7）。

图3 拉裂体监测仪器布置示意图Fig．3 M onitoring instruments arrangement on the deformab le body

3．2 蓄水前监测资料分析

自2008年4月开始，各监测仪器逐次安装，本文仅选取典型仪器监测成果进行分析研究。

3．2．1 拉裂体变形特征

自安装至2009年11月1日水库蓄水前，各水平测斜孔的孔口累计位移均较小，位移随时间有小量波动，最大沉降量为16．59 mm（IN6部位）。从位移与孔深关系看，IN3孔在距孔口33～63 m之间存在一个沉降带，最大沉降量约15 mm；IN6孔在距孔口40 m深度附近出现了一个错动面，但错动处位移增量均不大，地表也未发现变形开裂等异常情况，拉裂体在蓄水前处于稳定状态。

3．2．2 拉裂体支护荷载变化特征

从锚索测力计荷载-时间曲线图（图4）可以看出，各锚索从张拉锁定到蓄水前其荷载变化可以分为3个阶段：

（1）自锚索锁定至2009年2月初，预应力损失较为明显（表1），研究表明锚索锁定后短期内预应力快速损失主要是由于锚栓松弛、锚固影响范围内表层岩体压缩变形、孔道摩阻等因素所共同造成的；

（2）2009年2月初至8月底，锚索荷载处于波动减小阶段，本阶段应力损失的原因主要是岩石蠕变、钢绞线的松弛和灌浆材料的徐变；

（3）2009年8月底至水库蓄水前，锚索荷载出现了小幅增加，但增量不大。这是由于库区进入雨季，拉裂体裂隙被渗水充填后发生湿胀，造成锚索受拉，从而使锚固力增大。

图4 蓄水前锚索测力计荷载-时间关系曲线Fig．4 Load-time curves of anchor cables before im poundment

表1 蓄水前锚索测力计特征值统计Table 1 Load characteristic values of anchor cables before im poundment

综合蓄水前变形和支护结构力学监测成果看，拉裂体各部位安装的水平孔孔口的累积位移均较小，支护荷载变化正常，其在蓄水前是稳定的。

4 水库初次蓄水对拉裂体的影响

瀑布沟电站采取分期蓄水的蓄水方案，初次蓄水计划用40 d将水位由685 m蓄至790 m（死水位）。根据蓄水监测预案，水库初次蓄水期间加密观测40 d。各测斜孔重新选取蓄水前最后一次观测值为基准值以更加直观地看到蓄水对拉裂体变形的影响。

4．1 地表变形特征

开始蓄水后7 d，在拉裂体850 m高程附近表面先后出现3条宽约0．5～1．0 cm、最大延伸7～8 m的裂缝（图5）。产生裂缝的原因在于该部位为Ⅳ－Ⅴ类岩体，较为破碎，且处于陡缓地形交界处，自稳能力较差，蓄水使该部位下方岩体裂隙中充填的岩屑及次生泥等软化，强度降低，导致该部位岩体变形增大。其他部位无明显异常情况。

4．2 蓄水对锚索荷载的影响

总体来看，蓄水后大多数锚索测力计荷载变化比较平稳（图6），但其中位于水位线以下的Dp10和Dp16荷载出现了明显的下降，最大减小量70．0 kN（表2）。荷载减小时间与锚索所在高程有密切关系，即锚索荷载出现显著减小的时间与库水位上升至锚索所在高程的时间是吻合的。锚索荷载减小是由水压造成的附加外力和拉裂体表层强风化岩体裂隙内充填的岩屑及次生泥等遇水软化导致锚墩内陷所共同造成的。

图5 蓄水后地表裂缝破坏现象Fig．5 Surface failure phenomena of the deformable body after impoundment

图6 蓄水后锚索测力荷载-时间关系曲线Fig．6 Load-time curves of anchor cables after im poundm ent

表2 蓄水后锚索测力计特征值统计分析Table 2 Load characteristic values of anchor cables after impoundment

4．3 蓄水后拉裂体内部变形特征

4．3．1 水平测斜孔监测资料分析

水平测斜孔监测岩体的沉降和抬升。自水库开始蓄水至2010年1月底，仍在观测的2个水平测斜孔IN3和IN6孔口随时间变化均出现过抬升和沉降两种情况；两孔的位移与孔深关系曲线平滑，且孔口累计位移均在误差范围内（倾斜仪观测误差为6 mm／25 m），位移是由误差累积引起的，经过和数校正该部位坡体沉降量分别在1 mm和5 mm左右，表明蓄水前IN3和IN6处出现的滑动面没有进一步发展，水平孔围岩仍是稳定的。

4．3．2 垂直测斜孔监测资料分析

垂直测斜孔监测岩体的水平位移。从孔口累计合位移-时间曲线图（图7）上看，测斜孔孔口变形随时间均有一定的波动，目前孔口累计合位移约10～20 mm；孔口最大平均位移速率为0．10 mm／d，拉裂体边坡基本稳定。由累计合位移-孔深关系曲线（图8）可知，累计合位移随高程的增加而增加，在地表累计合位移达到最大值。垂直测斜孔IN-6和IN-7在不同深度出现了多个软弱带。各软弱带埋深一般在40 m深度以上，位于拉裂体强卸荷底界限以上。这与锚索测力计和地质巡视监测成果相互印证，表明受蓄水影响较大的是浅表部风化卸荷作用强烈的岩体。目前各软弱带均未产生明显的滑动，蓄水未对坡体产生明显影响。

图7 蓄水后各垂直孔孔口累计合位移-时间关系Fig．7 Curve of time-cumulative displacement of vertical observation holes after im poundment

图8 蓄水后垂直孔深部累计合位移-孔深关系曲线Fig．8 Curve of hole depth-cumulative displacement of verticalmonitoring holes after impoundment

5 结 论

（1）拉裂体各仪器自安装至蓄水前，支护应力变化正常；各水平测斜孔孔口最大沉降值为16．59 mm，IN3孔、IN6孔存在错动面，但错动面处位移增量并不大，其余各孔均未出现明显错动面，坡表也未发现异常情况。蓄水前拉裂体处于稳定状态。

（2）蓄水使水位线以下的锚索荷载出现了明显下降，其出现明显下降的时间与水库水位上升至锚索所在高程的时间一致，表明水压力对锚索荷载的影响是显著的。

（3）蓄水后拉裂体出现了3条裂缝，滑动式测斜仪亦探测出了浅表部的多个软弱带，表明受蓄水影响较大的是拉裂体强卸荷底界限以上的岩体，拉裂体变形以浅表部的蠕滑变形为主。这与研究论证的拉裂体的变形破坏机制相吻合。

总体而言，水库初次蓄水对瀑布沟拉裂体边坡的稳定性产生的影响较小。坡表累计位移很小，最大平均位移速率为0．10 mm／d，就目前情况看，拉裂体在当前支护措施和蓄水条件下稳定性现状良好，不会发生整体失稳现象。

［1］ 尹显科，赵其华，冉淑萍，等．瀑布沟水电站库首右岸拉裂变形体治理设计专题报告［R］．成都：中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，2008．（YIN Xian-ke，ZHAO Qi-hua，RAN Shu-ping，et al．Treatment Design Report of Tension-Displaced Body in Front of Pubugou Hydraulic Project［R］．Hydrochina Chengdu Engineering Corporation，2008．（in Chinese））

［2］ 殷世华，朱合华，丁文其，等．岩土工程安全监测手册（第二版）［M］．北京：中国水利水电出版社，2008：551－703．（YIN Shi-hua，ZHU He-hua，DING Wen-qi，et al．Safety Monitoring Manual of Geotechnical Engineering（Second Edition）［M］．Beijing：China Water Power Press，2008：551－703．（in Chinese））

［3］ 朱冬林，任光明，聂德新，等．库水位变化对水库滑坡稳定性影响的预测［J］．水文地质工程地质，2002，（3）：6－9．（ZHU Dong-lin，REN Guang-ming，NIE De-xin．Effecting and Forecasting of Landslide Stability with the Change of Reservoir Water Level［J］．Hydrogeology and Engineering Geology，2002，（3）：6－9．（in Chi-nese））

［4］ 成永刚．边坡失稳的水岩相互作用机理分析［J］．探矿工程，2006，（1）：3－5．（CHENG Yong-gang．SlopeFailure Mechanism of Water-Rock Interaction［J］．Sub-grade Engineering，2006，（1）：3－5．（in Chinese））

［5］ 邓建辉，D．H．Chan．一例由蓄水诱发的库岸边坡变形［J］．中国地质灾害与防治学报，2002，13（1）：21－24．（DENG Jian-hui，D．H．CHAN．Impounding-Induced Deformation of Reservoir Banks，A Case History［J］．The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2002，13（1）：21－24．（in Chinese））

［6］ 汪发武，张业明，王功辉，等．三峡库区树坪滑坡受库水位变化产生的变形特征［J］．岩石力学与工程学报，2007，26（3）：509－517．（WANG Fa-wu，ZHANG Ye-ming，WANG Gong-hui．Deformation Features of Shuping Landslide Caused by Water Level Changes in Three Gor-ges Reservoir Area，China［J］．Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2007，26（3）：509－517．（in Chinese））

［7］ 张丽芬，魏贵春，曾夏生，等．清江水布垭库岸木竹坪滑坡失稳探讨［J］．长江科学院院报，2009，26（4）：13－17．（ZHANG Li-fen，WEI Gui-chun，ZENG Xia-sheng．Failure Mechanism of Muzhuping Landslide in Shuibuya Reservoir Area，Qingjiang River［J］．Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2009，26（4）：13－17．（in Chinese））

［8］ 朱继良，黄润秋．某大型水电站水文站滑坡蓄水后的稳定性三维数值模拟研究［J］．岩石力学与工程学报，2005，24（8）：1384－1389．（ZHU Ji-liang，HUANG Run-qiu．Study on the Stability of Shuiwenzhan Slope in a Large Hydrostation after Impoundment by Using 3D Nu-merical Modeling［J］．Chinese Journal of Rock Mechan-ics and Engineering，2005，24（8）：1384－1389．（in Chi-nese））

［9］ 陈 鸿，赵其华，陈卫东．某水电站库首右岸拉裂变形体形成机理研究［J］．防灾减灾工程学报，2005，25（1）：25－29．（CHEN Hong，ZHAOQi-hua，CHENWei-dong．Forming Mechanism of the Tension-Displaced Body of a Hydropower Station Slope［J］．Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering，2005，25（1）：25－29．（in Chinese））

［10］林仕祥，张奇华，黄振伟．三峡水库蓄水运行对猴子石滑坡稳定性影响分析［J］．资源环境与工程，2009，23（增刊）：96－99．（LIN Shi-xiang，ZHANG Qi-hua，HUANG Zhen-wei．Analysis of the Influence of Impound-ment on Houzishi Landslide Stability of the Three Gorges Reservoir［J］．Resources Environment＆Engineering， 2009，23（Sup．）：96－99．（in Chinese）

（编辑：曾小汉）

M onitoring of the Influence of First Im poundment on Tension-Disp laced Body in Front of Pubugou Dam

PENG Li-wei，WANG Jia-lin，WEN Shuai，XU Xiang-tao
（State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

Themonitoring results during construction indicate that the load on the supporting structure of deform-able body at the right bank in front of Pubugou dam changes normally．The displacement of the slope is small，and the deformable body is stable until the first impoundment．However，the first impoundment has brought negative effect on Pubugou hydraulic project．According to the macroscopic deformation phenomena and monitoring results during impounding，and using the comparisonmapping and eigenvalue statisticsmethods，detailed analysis is pres-ented for the load change of supporting structure and the deformation of the deformable body．The comprehensive a-nalysis indicates that the rock above strong unloading bottom border is influenced by the impoundment，and themain deformation is creep deformation at superficial loose zone．The displacement increases as the elevation increases，and the accumulative displacement on the ground surface reaches 10 to 20 mm，with amaximum average displace-ment rate amounting 0．10 mm／d．The anchor load below water level reduces obviously due to impounding，with a maximum decrease of 70．0 kN．The continuousmonitoring data after the first impoundment indicates that the de-formable body is still stable．

hydraulic engineering；first impoundment；deformable body；safetymonitoring；stability

TV641．4

A

1001－5485（2011）04－0020－05

2010-05-27

彭立威（1984-），男，河南通许人，硕士研究生，主要从事岩土体稳定性及工程环境效应方面的研究，（电话）13980777488（电子信箱）pengliwei1＠126．com。