猴子岩水电站料场高边坡施工期稳定性监测及分析

李 鹏， 程 保 根， 宋 寅

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 引 言

地处深山峡谷地区的水电工程岩质高边坡往往具有坡高面广、结构面发育、地质条件复杂、开挖稳定问题突出等特点。一直以来，岩质高边坡稳定与变形问题都是岩石力学界和地质工作者研究的重大课题之一，但至今仍难找到准确合理的评价方法[1-2]。岩质高边坡地质条件的复杂程度决定了准确界定其稳定性的复杂程度，一般而言，限于边坡内部复杂的力学作用，边坡岩体、结构面的力学参数及稳定性不仅难以确定，而且受降雨、开挖等影响还在时时变化，因此，采用数值计算方法并不能准确确定边坡的稳定性。边坡安全监测可真实反映边坡内部力学效应、检验设计的可靠度及加固处理效果，大型工程一般都需要建立完善的监测系统来监测边坡的变形稳定情况，如锦屏大奔沟料场边坡、小湾电站工程边坡、瀑布沟水电站料场边坡等。基于猴子岩水电站色龙沟料场高边坡施工期监测成果，拟对该岩质料场边坡的监测数据及稳定性进行分析，以期为类似工程提供一定借鉴和参考。

1 工程概况

猴子岩水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定市境内，工程采用混凝土面板堆石坝，坝顶高程1 848.5 m，最大坝高223.5 m，电站库容7.06亿m3，电站装机容量1 700 MW。

色龙沟料场位于坝址上游侧，料场两面临空，距坝址约1 km，开采范围1 750～1 960 m高程，地形坡度40°～50°，主要供应大坝混凝土骨料、反滤料及垫层料。料场岩性为泥盆系薄-中薄层状变质灰岩、白云质灰岩夹绢云钙质石英片岩，岩层产状为N45°E/NW∠55°。地表基岩大多裸露，局部覆盖残积堆积物，推测厚度3～5 m，局部可达8～10 m，为剥离层。基岩主要发育有4组构造裂隙，L1：N20°E/NW∠65°；L2：EW/N∠70°～75°；L3：N30W/NE∠65°～75°；L4：N15°W/SW∠45°。岩石弱风化状态：低高程(1 700～1 710 m)弱风化上段水平深度一般为2～5 m，中高程(1 800 m)弱风化上段水平深度一般为15～20 m，高高程(1 830～1 850 m)弱风化上段水平深度一般为25～35 m，下游侧紧临色龙沟沟边山体，三面临空，岩体破碎，风化卸荷强烈。边坡岩体力学参数及结构面力学参数分别见表1、2。色龙沟料场施工时段为2013年3月～2016年5月。

表1 边坡岩体力学参数

表2 岩体结构面力学参数

3 边坡监测及成果分析

3.1 监测布置

色龙沟料场边坡最大开挖高度达220 m，且地质条件复杂，为有效掌握边坡开挖、爆破过程中潜在滑动体变形发展的趋势，了解锚索、锚杆等支护措施的有效性，在施工过程中采取多种监测手段对边坡变形稳定性进行监测，主要布置的监测项目有：

(1)采取表面变形测点监测边坡表面变形情况，以此反映边坡整体宏观变形。从2014年3月19日开始至2015年5月9日，随着料场边坡的开挖，分别在1 920 m、1 840 m高程各布置3个外观观测墩，构成3个纵向观测断面。表面测点位置基本覆盖了料场整体开采边界，反映了不同高程的表面变形情况。

(4)采用锚索测力计监测锚索受力情况，以此评价深层支护效果。至2014年5月24日全部安装完成了3套锚索测力计，在1 901.5 m高程K0+095、K0+230剖面分别布设了PRSL-1、PRSL-3；在1 961 m高程K0+255剖面布设了PRSLXZ-3。

3.2 监测成果分析

3.2.1 边坡表面变形成果分析

各实测点石料场边坡表面变形水平合位移过程线和石料场边坡表面变形、垂直位移过程线分别见图1、2。变形监测结果表明水平合位移以朝向临空面变形为主，垂直位移以下沉为主，变形趋势表现为增长和负增长(或稳定)相间，后期逐渐趋于稳定的特点。具体体现如下：

(1)水平合位移累计量在12.50～36.38 mm之间，类比同类工程处于可控状态；边坡变形总体趋势趋于平缓，日平均变形速率在0.086 mm/d以内(2015年7月6日～2015年10月17日)，位移增长率很小；受现场开挖爆破影响，1 840 m高程马道测点较1 920 m马道测点变形更加显著。

(2)垂直位移累计量在-7.90～13.90 mm之间，类比同类工程处于可控状态；边坡变形总体趋势趋于平缓，日平均变形速率在0.067 mm/d以内(2015年7月6日～2015年10月17日)，位移增长率很小；垂直变形在2015年6～8月变化比较平稳，9月出现整体上抬，最大上抬量为6.80 mm，普遍上抬量在4.60～5.00 mm之间，期间水平变形很小，这是由于在开挖爆破过程中，岩体应力释放导致表面松散岩体出现一定挤压引起。

图1 石料场边坡表面变形水平合位移过程线

图2 石料场边坡表面变形垂直位移过程线(上抬为负，下沉为正)

3.2.2 边坡深部变形成果分析

(1)孔口累计位移在8.27～26.18 mm之间，日平均变形率在0.065 mm/d以内(2015年7月2日～ 10月21日)，变形基本趋于稳定。在预裂爆破期间，低高程相对高高程位移增加更加显著。

(2)从位移过程线可知，料场边坡深部变形主要集中在20 m深度范围内，随着料场的开挖和爆破，边坡变形仍在持续缓慢增长，与表面变形规律较一致，变形主要表现为浅层变形。

图3 石料场边坡1 901.50 m高程位移计位移过程线

图4 石料场边坡1 841.50 m高程位移计位移过程线

表3 石料场边坡四点式位移计孔口位移成果表

3.2.3 边坡浅层支护监测成果分析

(1)孔口累计位移在8.27～26.18 mm之间，日平均变形率在0.065 mm/d以内(2015年7月2日～10月21日)，变形基本趋于稳定。在预裂爆破期间，低高程相对高高程位移增加更加显著。

(2)从位移过程线可知，料场边坡深部变形主要集中在20 m深度范围内，随着料场的开挖和爆破，边坡变形仍在持续缓慢增长，与表面变形规律较一致，变形主要表现为浅层变形。

图5 石料场边坡1 901.50 m高程锚杆应力计RrSL-1应力过程线

图6 石料场边坡1 841.50 m高程锚杆应力计RrSL-5应力过程线

表4 石料场边坡锚杆应力计监测成果表

3.2.4 边坡深层支护监测成果分析

色龙沟石料场边坡锚索测力计设计吨位为2 000 kN，以超张拉锁定，锚固力在1 776.24～1 881.98 kN之间(2015年7月2日～10月21日)，变化量在7.20～17.46 kN，主要是受料场下部开挖和爆破影响，锚索锚固力有较小幅度增加，岩体应力在小幅度调整中，但总体趋于稳定。石料场边坡锚索测力计监测成果见表5。

表5 石料场边坡锚索测力计监测成果表

4 结 论

大型水电工程石料场边坡开挖稳定问题突出，采用单一的数值计算方法——安全度度量，难以准确确定边坡稳定性。为揭示猴子岩水电站色龙沟料场高边坡施工期开挖稳定性，对边坡表面变形、多点位移、锚杆应力及锚索荷载等方面，采用多种监测方法相结合的手段对猴子岩水电站色龙沟料场边坡稳定性进行监测，可初步得出以下结论：

(1)从监测结果看，色龙沟石料场边坡在施工期变形趋于收敛，变形量值均在安全容许范围内，变形主要体现在浅层变形上。截至2021年底，色龙沟料场经过长达约6年时间仍处于稳定状态，说明边坡满足抗滑稳定要求。

(2)从监测结果看，色龙沟料场边坡施工期预裂爆破对周边变形影响较大，底高程相对高高程位移增加更为显著。