基于滑动测微计的某拱坝坝基岩体变形研究

王大治 ，李克绵 ，张文东 ，刘天鹏 ，赵立旺

（1.南水北调中线干线工程建设管理局河北直管项目建设管理部，河北石家庄 050035；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130061；3.水利部寒区工程技术研究中心，吉林 长春 130061）

滑动测微计是一种监测沿直线应变分布的高精度仪器，由瑞士联邦苏黎世科技大学的K.Kovari教授于20世纪80年代根据“线法监测原理[1]”开发研制的。用于高精度地测量任意方向的钻孔及岩石、混凝土或土壤中测线的轴向位移。测量系统由便携式的和模块化的测量系统由探头、电缆、导杆、读出单元、数据处理单元和校准装置组成。模块化的系统结构使得所有组成部件能进行优化组合。探头采用球锥定位原理来测量测管上的标记，而且传感器精度很高，在每次测量前后进行定期校准，可达到非常高的测量精度和长期稳定性。它的测量原理是在塑性套管上每米间隔有一个金属测标，将测线划分成若干段，通过灌浆，测标与被测介质牢固地浇筑在一起，当被测介质发生变形时，将带动测标与之同步变形。用滑动测微计逐段测出各标距长度随时间的变化，从而得到反映被测介质沿测线的变形分布规律的数据。具体方法为在测量套管内有一对用HPVC保护套管连接起来的金属测标，牢固地浇注在一直径约100 mm的钻孔或任何混凝上预制的管状空中。使便携式滑动测微计和测标顶紧，利用球锥定位原理而获得高精度测量。滑动测微计的测头从孔外伸入套管内，测量相邻测环的精确距离。滑动测微计测头内装有两套高精度的线圈系统，测头内的两套线圈系统在测量位置上通过两个测环感应，产生一个与两测量环实际间距成比例的电信号，滑动测微计输出信号是线圈间的标距与两测量环实际间距的差值[2]。

1 监测布置

大坝基岩变形观测孔共有8个，用滑动测微计来观测沿着孔向岩体的变形分布。对于坝基基岩的变形，选择拱冠12号坝段、7号坝段和16号坝段为主要监测梁向断面，在基础廊道坝基岩体内部钻孔，埋设滑动测微计测管与测标。其中，12号坝段在基础廊道内布设两个孔，其中一个孔倾向上游；另一孔倾向下游。对于两岸拱座岩体变形，在3号、5号、8号、19号坝段拱座处，沿垂直坝基拱座开挖面的方向钻孔布设滑动测微计。

2 运行期坝基岩体变形分析

右坝肩3号坝段3HV1滑动测微计，孔深33.94 m。实测岩体变形范围约为0～27 m，并在距坝肩槽表面，5 m，22 m和24 m深处存在裂隙张开，张开宽度0.1~0.3 mm。在蓄水初期为拉伸变化，后期位移向压缩变化，最大累计变形为0.84 mm。

右坝肩5号坝段3HV1滑动测微计，孔深32.41 m。实测岩体变形范围约为0～29 m，该范围内岩体变形较均匀，相邻测点之间的相对位移一般在0.05 mm以下。蓄水后位移以压缩为主，孔口最大累计变形为1.2 mm。

右坝肩7号坝段3HV1滑动测微计，孔深31.6 m。实测岩体变形范围约为0～29.5 m，该范围内岩体变形较均匀，相邻测点之间的相对位移一般在0.08 mm以下。蓄水后位移以压缩为主，深度5 m至孔口有一定回弹。孔口最大累计变形为0.4 mm。

河床12号坝段倾向上游的12HV1滑动测微计，孔深33.48 m。实测岩体变形范围约为0～24 m，并在距坝肩槽表面23 m深处存在压缩软弱层，压缩变形0.15 mm。除2003年至2004年为微量拉伸外，蓄水后位移以压缩为主，孔口最大累计变形为0.79 mm。

河床12号坝段倾向下游的12HV2滑动测微计，孔深34.32 m。实测岩体变形范围约为0～32 m，并在距坝肩槽表面7.5 m，18.5 m和32.5m深处存在压缩软弱层，压缩变形0.12~0.15 mm。位移以压缩为主，蓄水后基岩的压缩累计位移量比12HV1明显偏大，孔口最大累计变形为1.52 mm。坝基表面岩体变形最大，随着深度的增加，岩体变形越小，符合基本变化规律。

左坝肩16号坝段16HV1滑动测微计，孔深33.56 m。实测岩体变形范围约为0～30 m，并在距坝肩槽表面29.5 m深处存在裂隙张开，张开宽度0.45 mm。除2003年至2005年为微量拉伸外，位移以压缩为主，蓄水后基岩的压缩位移量是比较小的，孔口最大累计变形为0.62 mm。

左坝肩18号坝段18HV1滑动测微计，孔深33.38 m。实测岩体变形范围约为0～31.5 m，该范围内岩体变形较均匀，相邻测点之间的相对位移一般在0.05 mm以下。2008以前变形很小，之后变形以压缩为主，孔口最大累计变形为7.30 mm。

左坝肩19号坝段19HV1滑动测微计，孔深33.25 m。实测岩体变形范围约为0～31 m，并在距坝肩槽表面13.5，21.5 mm和26.5 m深处存在裂隙张开，张开宽度在0.1~0.125 mm范围内。除2003年至2005年为微量拉伸外，位移以压缩为主，蓄水后基岩的压缩位移量是比较小的，孔口最大累计变形为0.65 mm。

3 结论

1）滑动测微计可有效测量岩体变形，掌握岩体内软弱夹层、断层、裂隙分布，可广泛应用于岩体变形监测。

2）蓄水期及运行期大坝基岩基本以压缩变形为主，坝基表面岩体变形最大，随着深度的增加，岩体变形越小。左岸坝段0~31.5 m范围内基岩发生变形了，孔口累计变形最大值为7.3 mm。右岸坝段0~29 m范围内基岩发生变形，孔口累计变形最大值为1.2 mm。河床坝段0~32 m范围内基岩发生了变形，孔口累计变形最大值为1.52 mm，上游基岩变形量及范围较下游小。

3）所有测点总体表现出拱座和坝基在蓄水后处于受压的工作状态，岩体累积位移量比较小，多在1.0 mm以内，从孔底到孔口平均应变一般在3 με以下，总体上反映出拱座基岩的应变情况。

［1］李光煜，黄粤.岩土工程应变监测中的线法原理及便携式系列仪器［J］.岩土力学与工程学报，2001，20（1）：99-109.

［2］董泽荣，赵华，黄仕俊，段会文，廖建军，李仕胜，姜云辉.采用滑动测微计监测坝基岩体卸荷变形［J］.地下空间与工程学报，2006，6（2）：1014-1018.