华光潭一级电站厂房后边坡稳定性分析评价

赵 权，濮久武

(1．浙江浙能华光潭水力发电有限公司；浙江 杭州 311322；2．中国华电集团有限公司衢州乌溪江分公司，浙江 衢州 324000)

1 工程概况

华光潭一级电站位于浙江省杭州市，厂房距坝址约11 km，厂区地坪面高程232 m。厂房后边坡山顶高程857 m，高差约625 m，于高程250 m设有马道，马道以下山坡几经改造，坡面采用喷混凝土护面，并设有锚杆、排水孔等设施。厂房后边坡由于受构造影响，局部岩石较破碎，全强风化层厚度5～15 m。后边坡构造类型为断层和节理，断层最大宽度达10 m。边坡变形体范围为上下游向(顺厂房尾水河流方向)约120～150 m宽、高程约230～470 m，边坡表层有数十米深的堆积层，直接影响厂房安全的变形体约2.3×106m3。

2008年检查发现厂房后边坡表层有较大变形、局部坍塌、渗流等情况。2009年对厂房后边坡进行了地表拉裂缝封闭、粘土夯实、回填，地表截排水沟修复与重构，修建4组排水平洞及其支洞，锚筋桩和格构梁加装锚杆及表面钢筋混凝土格栅支护等综合整治。同时，设置了较全面的安全监测系统实时或定期进行安全监测。

2 安全监测系统

边坡安全监测以表面变形监测为主，辅以边坡深层变形及渗流监测等并结合现场巡视检查，定期对边坡运行作安全评价分析。其中，变形监测包括表面变形监测及深层变形监测，深层变形监测又包括采用滑动测斜仪测斜监测、多点位移监测、静力水准监测等；渗流监测包括渗流压力(地下水位)监测、渗流量监测等；应力监测包括锚筋应力监测；现场巡视检查主要采取人工定期或不定期的目视检查。边坡渗流及应力监测建立了自动化监测系统。

表面变形主要包括表面水平位移、垂直位移及裂缝监测。根据边坡工程实际情况，在边坡范围共布设19个表面位移测点，编号按高程由高至低为1号、1-1号、1-2号、3～17号，其中1号测点布设在调压井附近，其高程约为466 m；2～3号布设在约400 m高程；4～6号布设在约370 m高程；7～9号布设在约330 m高程；10～12号布设在约280 m高程。为监测厂房本身的整体位移，在一级主厂房房顶近河岸侧(女儿墙顶部)布设13、14号2个位移测点，其高程约250 m。在边坡下部250 m马道附近分别布设15、16、17号3个位移测点。为评估判断工作基点本身的稳定及变形监测资料的可靠性，在厂房后边坡变形区周界外的稳定区域共设2个位移测点(稳定点)；其中C点设在进厂公路桥头附近稳定岩体上，D点设在滑坡区上游周界外约330 m高程附近(见图1)。

图1 边坡表面位移监测布置

表面水平、垂直位移采用TCA2003(2017年2月改用TS60)全站仪按三维坐标法进行观测，三维坐标法中极坐标法观测平面顺坡向Y(以边坡主滑动线方向为Y向、水平向临空面为正)及横坡向X(面向临空面左为正)两个方向的坐标；专用工艺EDM三角高程法观测高程方向的坐标H，最后计算得到坐标位移量。

极坐标法观测分别在工作基点A及B测站按方向观测法四测回及八测回进行水平方向及平距观测，工作基点至位移测点斜距最大值为606.4 m，最大垂直角为18°50′；得边坡各位移测点之水平位移全中误差MΔX、MΔY分别不超过±2.84 mm、±1.78 mm，满足规范规定的±3.0 mm限值要求。

三角高程法观测分别在工作基点A及B测站按中丝法四测回及八测回进行垂直角及斜距观测。在三角高程变形观测中，观测位移测点高程的同时，观测与位移测点大气垂直折光基本一致的固定点高程；如在本工程中的工作基点A、B，以及相对稳定点C、D等，以掌握推算大气垂直折光的变化情况，必要时进行K值变化引起的位移测点高程观测值修正；并采用高精度免调节变形监测通用棱镜组及专用仪器高量取等专用工艺，基本消除了目标安置、仪器安置等误差。边坡各位移测点之垂直位移观测全中误差MΔH不超过±2.98 mm，满足规范规定的±3.0 mm限值要求。

2019年之后边坡变形体范围建立了8个位移测点的GNSS变形监测系统，实时进行不间断三维表面变形自动监测。

3 边坡运行稳定性分析评价

边坡表面变形监测项目于2009年6月13日进行了基准值监测。针对边坡历年来表面变形监测结合渗流监测、现场巡视检查等监测资料对边坡运行稳定性作分析评价。分析评价主要以边坡表面水平、垂直位移监测资料进行定性及多元逐步回归统计模型分析，其目的一是了解边坡变形的影响因素，认识边坡在其影响下的变化规律。二是对时效变形的量值及其发展情况，如速率、变化幅度等作出估计，对其产生的原因进行解释，并结合有关测点及其他效应量情况对是否存在异常情况作出判断。三是对边坡观测精度作出大致估计，以确定监测数据的可靠性和使用价值。四是通过合理的模型计算分析，预测未来时段内在一定的环境条件下效应量的变化范围，提出后期运行管理方案的优化。

3.1 边坡主要位移测点水平垂直位移定量分析

(1)边坡位移测点水平、垂直位移按下式建立统计模型。

根据上述统计模型，对边坡主要位移测点(包括变形比较大的边坡上部1号/465～8号330等位移测点)2009—2021年水平、垂直位移监测资料进行了逐步回归分析。计算基准日期选取2009年6月13日，计算时取显著性水平α为0.05。

(2)边坡水平位移统计模型分析表明，顺坡向水平位移主要发生在2009—2012年的前3年，大部分位移测点的时效水平位移分量主要表现为自然对数函数、双曲函数。边坡位移于2012年明显收敛，目前已基本稳定，最大值为2号/403测点的94.2 mm，其回归方程见下式(见图2、表1)。

图2 典型测点水平位移回归计算拟合图

表1 边坡位移测点顺坡向水平位移回归参数

(3)边坡垂直位移统计模型分析表明，垂直位移主要发生在2009—2012年的前3年，大部分位移测点的时效垂直位移分量主要表现为自然对数函数、双曲函数。边坡垂直位移于2012年明显收敛，目前已基本稳定，最大值为3号/393测点的54.7 mm，其回归方程见下式(见图3、表2)。

图3 典型测点垂直位移回归计算拟合图

表2 边坡位移测点垂直位移回归参数

3.2 边坡运行评价结论及建议

(1)边坡变形监测资料结合渗流监测及现场巡视检查成果的综合分析表明，目前边坡变形、渗流处于基本稳定状态，时效变形速率明显减缓，短期降水对边坡变形影响较小；巡视检查亦未发现任何危及边坡安全运行的缺陷和问题，总体说明边坡处于基本稳定状态。

(2)边坡顺坡向水平位移主要发生在2009—2012年的前3年，2012年处于收敛状态，目前已基本稳定；顺坡向年水平位移量由2012年之前的21 mm减小至目前的2.9 mm以内。边坡顺坡向水平位移除了不可逆的时效分量占了总位移量的大部分变幅外(82%～94%)，大部分测点水平位移降水、温度分量占10%以下。降水分量与前30天平均降水量相关，基本上表现为前30天总降水量在500 mm，可引起边坡位移测点产生顺坡向1～3 mm的水平位移；且降水量引起的位移是可逆的弹性位移，即降水停止边坡位移会逐步回复。温度分量表现为与前半个月至一个半月气温相关，气温升高可引起边坡位移测点顺坡向水平位移增大，反之减小，历年变幅在2～4 mm。库水位对边坡顺坡向水平位移无明显影响。边坡各测点表面顺坡向水平位移回归方程标准差在1.4～2.3 mm，说明边坡表面水平位移监测资料较为可靠，满足规范规定要求。边坡横坡向位移基本稳定。

(3)边坡垂直位移主要发生在2009—2012年的前3年，2012年处于收敛状态，目前已基本稳定，边坡年垂直位移量由2012年之前的14 mm减小至目前的1.3 mm以内。边坡垂直位移除了不可逆的时效分量占了总位移量的大部分变幅外(88%～94%)，大部分测点垂直位移温度分量占12%以下，基本上表现为温度上升垂直位移增大、温度下降垂直位移减小的弹性位移，一般年变幅在3 mm以内。降水对边坡垂直位移无明显影响；库水位对边坡垂直位移无明显影响。边坡各测点表面垂直位移回归方程标准差在1.2～2.7 mm，说明边坡表面垂直位移监测资料较为可靠，满足规范规定要求。

(4)2019年在厂房后边坡变形区域安装了8台位移测点加2台基准站的GNSS，系统进行实时不间断自动监测，无需人工进入现场，在任何时间、任何气候条件下，均可以进行观测；取每天6 h以上的静态观测作为监测值。对2019年1月—2021年9月监测成果进行了统计，水平位移监测精度约在3～7 mm、垂直位移监测精度约在6～11 mm，能及时有效发现边坡表面数厘米以上的变形和突变情况。

(5)定性及多元逐步回归统计模型的综合分析，可掌握降水、温度、时效等因素对边坡变形的影响效用，实现对工程系统的反馈控制。为有效可靠地保障边坡安全运行，建议后期对GNSS系统及表面变形监测系统进行优化完善，并采用GNSS系统和渗流监测自动化系统不间断实时进行自动化监测，定期进行全站仪表面变形监测及监测资料综合分析以准确掌握边坡变形状态和性态，适时开展现场巡视检查工作，必要时进行边坡深层变形监测。

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