唐河水电站右岸滑坡监测方法及结果分析

李国强

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

唐河水电站位于东河南镇韩淤地村西的唐河中上游，为“十一五”期间35项应急水源工程之一。由于大坝蓄水淹没，需将库区右岸的大灵线公路改线。在公路改线过程中，因路基开挖，导致边坡产生了裂缝和滑塌，加之右岸有国防光缆和天然气管道等重要设施通过，故对边坡进行了勘测、设计与加固处理，并进行了2年安全监测。

水电站滑坡治理工程于2011年10月底完成，监测设施的安装施工与滑坡治理工程同步进行。其目的，一方面是为了检测和验证工程的加固效果；另一方面是对边坡的动态稳定性进行预测预报，以便及时采取措施，保证大坝及附近设施的安全。

1 边坡地质条件及勘测分析

唐河水电站改线公路位于唐河右岸，其南侧属高陡边坡，最大高度可达110m，平均坡度30°~35°，下部可达60°以上，产生过局部性的坍塌和滑坡。根据勘测资料分析，潜在滑动面呈折线型，底部东西向宽度约70m，南北顺坡向长度约110m，平均厚度15m。

边坡岩体主要由片麻岩组成，坡体内构造十分发育。边坡表面2~3m为片麻岩全风化残积土，堆积较松散，压缩性较高。强风化带厚度可达15~30m，风化岩体多呈碎裂块状结构。

2 滑坡处理设计及施工

滑坡处理设计锚索材料选用高强度、低松弛、无粘结预应力钢绞线，直径15.24mm，极限强度1860MPa，长度12~50m，向下倾角15°，间排距3.5m×3.5m（或3.5m×4.5m）。锚索钻孔深度进入中风化岩层不少于8m，六索压力分散型预应力锚索设计拉力750kN，C30钢筋混凝土框架梁尺寸50cm×50cm，周围设排水渠，坡面喷射混凝土防止雨水渗入滑动面。当注浆体强度和传力系统混凝土强度达到设计强度80%以上，经验收试验合格后进行张拉作业。锚索超张拉力为锚索设计拉力值的1.1倍。

3 滑坡安全监测

3.1 监测设施设计及监测频率

按照设计，共安装3类监测设施：锚索拉力计，共12台；地表位移观测点，共24处；深部位移观测斜孔，共6个孔，总深度165m。所有监测设施均位于滑坡范围之内。按照观测要求，观测频率为每2个月观测1次，2年内共观测13次。

3.2 观测设施与方法

3.2.1 深部位移观测

深部位移观测为6个测斜钻孔，在钻孔中安装了测斜管。首先在设计位置钻凿直径110mm的钻孔，钻孔中放置直径70mm的专用PVC轨道（测斜管）。

测斜管放置钻孔后，将轨道方向与滑坡主方向调整一致，并使测斜管外露约0.5m。然后在测斜管与钻孔之间缓慢倒入细砂，将测斜管固定。当岩体发生位移时，倾斜管随之变形并发生倾斜变化。将探头在倾斜管内自下而上以一定间距逐段测量滑动量，即可获得每个测段的倾斜角及水平位移增量，通过计算得出任意深度的水平位移。

测斜孔观测采用CX3型读数仪，在钻孔中自下而上读测。测量前先将探头沿导槽缓慢放入孔底，然后每隔0.5m读取一个倾斜电量值，并存入读数仪内。以同样的方式分东、西、南、北四个方向进行4次读测，方可完成一个测斜孔的观测。观测完成后，将存储在读数仪中的数据传输到计算机中进行处理和计算。

3.2.2 锚索拉力观测

锚索的拉力观测设备为锚索测力计，安装在锚头的垫板与锁片之间。在锚索张拉前，先将一块3cm厚，30cm×30cm的方形钢板穿过锚索平置于锚固墩上，然后将锚索测力计穿过锚索体置于钢垫板上，其上再加一块3cm厚的30cm×30cm钢垫板，接着套上锚具和夹片，最后安上千斤顶和锁片，按设计要求分级张拉至预定拉力后锁定。在张拉过程中，要尽可能使锚索测力计中的3个传感器受力均匀。锚索拉力读数时采用XP05型弦式读数仪进行读测。

3.2.3 位移观测

采用全站仪及水准仪观测。

3.3 观测设施初始数据

监测项目的12台锚索测力计的初始数据包括安装时间、安装位置及其红黑蓝线的初始频率测值、温度、率定系数、温度补偿系数等。

3.4 观测数据计算方法

3.4.1 锚索拉力

锚索测力计的传感器均为振弦式传感器，该系列传感器物理量的计算公式为：

式中:F——锚索拉力，实际观测的是压力，kN；

K——率定系数，10-4kN/Hz2；

G1——传感器实时频率读数，Hz2；

G0——传感器初始频率读数，Hz2；

C——温度修正系数，kN/℃；

T1——传感器实时温度，℃；

T0——传感器初始温度，℃。

3.4.2 偏斜度

从测斜孔孔底自下而上每隔0.5m读测一次读数，所读数据为传感器倾角的电量值。为了消除传感器零偏的影响，在测试时采用正反两次测试。计算公式为：

式中：Δdi——单次测量的偏移量，mm；

U1，U2——正反两次测量的偏移量电量读数，mV；

L——传感器长度，为500mm；

K——传感器率定系数，取25000mV。测量时按传感器的长度自下而上依次测量，每个测点的偏移量为自下而上的累加值。计算公式为d=

3.4.3 位移量

地表位移分别观测X，Y，H三个方向的位移量。计算公式为：

Δdi=Z1-Z0.

式中：Δdi——某一方向上的位移量，mm；

Z1——某一方向的实时测量值，mm；

Z0——某一方向的初次测量值，mm。

4 监测结果及分析

4.1 偏斜度

综合6个测斜孔的观测结果，可得出如下结论：大多测斜孔在锚索张拉初期具有向坡内位移的趋势，这是由于在锚索拉力作用下使边坡岩体产生压缩所致，而后又会产生小幅度的顺坡向位移。当边坡岩土体达到新的平衡后，这种位移渐趋平缓，即边坡趋于稳定。通过对测斜孔深部位移曲线的分析，还可模拟出边坡潜在滑动面所处的位置。

4.2 锚索拉力

通过对锚索拉力过程线的分析可以得出以下结论：第一，通常是在开始的1~2周时间内锚索拉力衰减的速率较高，之后衰减速度逐渐降低，在2~3个月的时间逐渐趋于稳定。这一特征与岩土体的压缩过程类似。第二，在2012年和2013年3—4月期间，大多锚索拉力产生小幅回升，其原因可能与冰雪消融地表水入渗后使岩土体下滑力增大有关，这种回升现象在持续1~2个月后又恢复为衰减。表明季节性气温变化和地表水入渗也是影响边坡稳定的因素。第三，通过分析锚索应力的演变过程可以获得经验：在正常情况下，锚索拉力都是逐渐衰减的，最终接近稳定，这与岩土体的压缩机制相一致。但如果锚索拉力出现异常增高现象，且有持续增大的趋势，表明存在岩土体松动而造成锚索应力的异常。因此，锚索应力可以作为边坡岩体是否稳定的指示信号。

4.3 位移量

从地表位移坐标分量的过程线来看，大多数标点的位移量比较稳定，其量级在0~15mm之间。

5 结论

通过对地表位移、深部位移和锚索应力三个方面监测数据分析，可以得出如下结论：局部或地表岩体受降水入渗、风化作用、动力地质作用产生了小幅的位移，但边坡锚索拉力均在设计0.4~1.15范围变化，且趋于稳定状态，表明边坡经锚索加固处理后整体上处于相对稳定状态。锚索拉力、测斜孔、地表位移长达2年，监测方法可行，数据相互验证，可作为边坡加固工程的重要参考依据。