案例分析:水電站高邊坡地質監測與預防工作

邊坡開挖后，會出現松弛張裂或蠕動變形、崩塌、滑坡等現象，山體需要很長的時間來適應其內力的變化。天然狀態下邊坡都是穩定體，人為的進行切割或爆破等，山體內部應力結構被破壞，應力重新分布。構成潛在不穩定塊體，是存在失穩的可能性，需要采取削坡或支護等措施才能滿足山體的穩定。所以邊坡監測是非常必要的工作，今天我們以四川某水電站項目為例介紹下高邊坡監測和預防的相關知識。

一、工程概況

隨著國家對水利水電資源逐步加大開發，一座座綠色能源的水電站在山河之中拔地而起。為滿足建筑的安全與穩定性，往往需要對山體進行開挖，這樣就會形成人工邊坡。水利水電工程中的高邊坡失穩將對工程建設和社會影響產生嚴重的后果，因此對高邊坡進行穩定性分析和監控是保證工程安全的重要環節。

該水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州境內，平均海拔3200m，邊坡寬120米高度為80米。 電站建成后將與原有水電站組網運行，發電可以滿足當地居民用電，也可為后續電站建設提供施工電源。

二、邊坡地質條件

上部土體覆蓋層為Ⅳ級含卵石粘土，厚約15m，自穩定性較好，但受開挖擾動和外部環境影響較大。邊坡地貌為小山梁，寬180米，高100米，頂部有20米寬小平地，往上為大山。右側為發育沖溝，相對深度為20米。地形陡峭，坡度為50-70度，局部為懸崖，整體呈凸型堆集體。

三、監測項目

為準確了解暗前池洞段開挖對上部土層及巖石的影響，監視邊坡的變形破壞情況，預測其發展動向，作出險情預報。及時發現可能存在的危險并采取相應措施，防止事故發生。確定以洞口上方80×60米范圍的水平位移及沉降量做主要觀測項目。

1、監測方法和測點布置

參照《工程測量規范》（GB 50026-2007）、《建筑變形測量規范》（JGJ 8-2007）等有關規范，外業觀測按三等水準測量技術要求作業。該電站測量控制網本身為區域獨立系測量網，其監測測量網在此區域獨立系測量網的基礎上按三等標準進行加密延伸，主要成果點有T15、N1-1、N1-3、XH、XH-1。

監測測量網由5個深埋式監測點組成，其中主監測點2個設在變形區外50米位置，另3個監測點設在河對岸與主監測點呈梯形布置。所有深埋式基準點的孔位均與巖石錨固，在其頂部設置防護罩以防止損壞。本項目以變形區監測為主，確定具體變形區域面積。共設置20個測量點，間距為30米梅花布置。土層區設11測點，巖石設3測點。另6個為加密測點，設置在裂縫區域。

1.1、變形區沉降測量
沉降監測采用進口精密儀器NI004水準儀配合銦鋼尺測量，儀器標稱精度為±0.3mm/km，百分表采用0～10mm。

1.2、變形區水平位移測量
水平位移觀測使用拓普康GPT-3002LNC全站儀配合棱鏡采用極坐標法測量，測量采用三等標準測量，減少對中的誤差，在這里小編推薦北京天璣科技-邊坡監測系統。

2、監測頻率
監測時間從2004年3月至2006年8月，歷時二年半，分二期監測：第一期為第一次開挖后，第二期為第二次開挖結束后。

觀測周期如下：
第一次開挖后百分表每天讀數一次，所有測點每五天測量一次。
第二次開挖后百分表每十天讀數一次，所有測點每半月測量一次。

3、報警設置
裂縫位移監測值達到20毫米或全站儀測點監測變形區域總位移達到25毫米時啟動危險報警，處理后確認安全再進行監測。裂縫沉降監測值達到30毫米或全站儀測點監測變形區域總位移達到35毫米時啟動危險報警，處理后確認安全再進行監測。

4、變形觀測數據處理
每次外業測量完畢后，立即對觀測數據進行整理。根據測出的數據，計算出測點的坐標及高程，對測點穩定性檢查和對裂縫疊加分析，得到水平位移及沉降量值。觀測數據進行校驗無誤后，繪制出測點的變形過程曲線，對變形曲線進行分析其變化規律，預測曲線走向，以確定是否采取相應措施。

四、位移及沉降監測

在第一次開挖后出現了十余條裂縫，為增加撐握裂縫的發展動向及穩定安全性。選取5米以上的五條裂縫對其進行位移與沉降變化情況的監測，序號依次為臨空側向山體側監測LH-1LH-2LH-3LH-4LH-5。經過35天的監測，數據已達到預定危險值。

1、位移監測
裂縫位移量變化最大的是LH-4裂縫6.6毫米。累加位移量最大的是LH-1裂縫，累加達到18.2毫米，離設定危險值20毫米僅差1.8毫米。全站儀測點監測的數據顯示變形區域50×30米范圍呈“八”字型整體向外位移，最外測點數據值為19.7毫米，大于百分表監測的數據。
沉降變化單條裂縫沉降量最大的是LH-4裂縫10.8毫米，累計沉降量最大是LH-1裂縫，累加達到29.0毫米，離設定30毫米只有1毫米。

水準儀監測的數據顯示變形區域45×30米范圍呈“”字型向下塌陷，變形區域最外測點數據沉降值為29.7毫米，微大于百分表監測的數據。考慮到LH-4裂縫發展極為迅速，存在著隨時崩塌的可能性，決定啟動危險預警程序。

位移曲線圖存在著數據反彈，說明該邊坡處于卸荷裂隙階段。由于巖體和土體人工開挖后，使邊坡巖體失去約束，應力重新分布，從而使岸坡巖體發生向臨空方向的回彈變形及產生近似平行于邊坡的拉張裂隙。此裂隙處于不穩定狀態，必須進行有效的處理，以保證邊坡的安全。

2、新的布置
為了重新了解裂縫及變形區是否趨于穩定，測點與百分表重新布置。LH-5裂縫設置百分表2套，讀數十天一次。變形區域測點間距30米梅花布置10個，觀測周期半月讀數一次，在變化較大時加大觀測密度。

變形區域測點監測變形區域測到的位移數據在前6個月有±0.7mm變化，回彈變形不大。在后18個月只有±0.2mm的變化，變化量較小。沉降觀測數據前3個月時間沉降±0.7毫米，在后21個月時間沉降±0.3毫米。

裂縫LH-5位移在前4個月在±0.4mm之間變化，在后20個月的時間里表面比較平穩，只有±0.2mm變化，振蕩形狀較弱無繼續增長跡象。裂縫LH-5沉降量在前6個月為±0.5毫米，在后19個月時間±0.2毫米增長。

根據成果分析邊坡變形區域在第二次開挖卸荷之后，出松弛張裂變形。前期變形量雖然較大，但后期變化較小，隨著時間的增長呈現緩慢增加趨勢，變形區域位移變化過程曲線圖呈小幅振蕩態式上升。位移和沉降變化速度無明顯連續增強趨勢，邊坡已處于穩定狀態。

通過對水電站邊坡監測資料分析，在天然狀態下邊坡都是穩定體，人為的進行切割或爆破等，山體內部應力結構被破壞，應力重新分布。構成潛在不穩定塊體，是存在失穩的可能性，需要采取削坡或支護等措施才能滿足山體的穩定。

邊坡在開挖后，會出現松弛張裂或蠕動變形、崩塌、滑坡等現象，山體需要很長的時間來適應其內力的變化。每個工程都有各自的特點來選擇適合監測和支護的方案，及時的監測和正確的支護，好的監測方法會給工程增加效益。

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