周 綠，劉明昌，李小順

(1.水能資源利用關(guān)鍵技術(shù)湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410014；2.中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410014；3.雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051)

1 工程概況

錦屏一級水電站左岸邊坡山體雄厚，谷坡陡峭，相對高差千余米，屬典型的深切“Ⅴ”形谷，為深部裂縫發(fā)育強烈區(qū)。巖性為雜谷腦組第3段變質(zhì)砂巖和板巖，巖層走向與河流流向基本一致，岸坡為反向坡，自然坡度40°～50°，地形完整性較差，呈山梁與淺溝相間的微地貌特征。坡體內(nèi)的不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)面有深部卸荷裂隙、f5、f8、f42-9斷層、煌斑巖脈X等，這些不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)面使得左岸邊坡開挖后其穩(wěn)定性處于不利狀態(tài)。

由于錦屏壩址區(qū)兩岸邊坡高、陡且地質(zhì)條件復(fù)雜，為了解兩岸高邊坡相對變形情況，及時掌握邊坡的穩(wěn)定性及兩岸坡體變形收斂情況，設(shè)計在壩址區(qū)布設(shè)12條谷幅觀測線及84條洞內(nèi)測距，觀測河谷及兩岸坡體變形情況。

根據(jù)設(shè)計要求，在左、右兩岸利用觀測平洞布置谷幅觀測測線。測墩間距為50 m左右(跨江段除外)，測墩位置遇重點觀測區(qū)域(跨越斷層、巖脈等)由現(xiàn)場設(shè)代指定并作適當(dāng)調(diào)整。谷幅觀測采用一等精度邊長往返觀測技術(shù)要求，將邊長改平(經(jīng)過儀器常數(shù)改正、溫度和氣壓改正、傾斜改正、高程投影面改正)后進行比較，得出各期變形量；采用TM50進行觀測，運行期觀測頻次為每月2次。平洞谷幅測線布置如圖1所示。

圖1 平洞谷幅測線布設(shè)示意

2 跨江谷幅歷年變形統(tǒng)計分析

本文對跨江段谷幅運行期歷年變形量進行統(tǒng)計，以分析運行期谷幅變形的特性、了解運行期左右岸邊坡橫河向變位情況，掌控谷幅的變化趨勢，跨江段谷幅線運行期歷年變形統(tǒng)計見表1。

表1 跨江段谷幅線運行期歷年變形統(tǒng)計

從表1可知，谷幅跨江段各高程在2015年變形量較大，首次蓄水后，左岸邊坡處于應(yīng)力調(diào)整中；從歷年來看，變形量有逐年下降的趨勢，同時上游側(cè)壓縮量大于下游側(cè)，各谷幅測線變形雖未收斂，但其變形速率有所下降，說明左岸邊坡變形逐漸在逐漸減緩、逐漸趨于收斂；谷幅線高程從高到低，谷幅年變形量顯示逐步減小，符合谷幅的變形的一般規(guī)律。

3 跨江谷幅監(jiān)測數(shù)據(jù)回歸分析

3.1 回歸模型設(shè)置

由于當(dāng)前河谷谷幅變化的直接誘因尚不明確，但其根本原因應(yīng)主要與庫水位、溫度及其他作用有關(guān)[1]。利用回歸模型對水庫邊坡變形進行研究，如楊杰等[2]對李家峽左岸邊坡蓄水后變形的回歸分析；鄭東健等[3]對東津大壩高邊坡變形的回歸及預(yù)測研究，陳曉鵬等[4]對龍灘水電站高邊坡變形的回歸分析等。參照以上研究成果，本節(jié)為分離各因素對谷幅變化的影響大小，建立了考慮庫水位、溫度及其他作用的多元逐步回歸模型，將谷幅變形過程按各分量進行分解，即

δ=δH+δT+δθ+d0

(1)

(2)

δT=b1T+b2T(30)+b3T(60)+b4T(90)

(3)

δθ=c1θ+c2ln(θ)

(4)

回歸分析時，先將每個因子進行歸一化，其中庫水位因子6項，溫度因子4項，其他作用因子2項，然后再進行逐步回歸分析，最終得到模型的回歸標(biāo)準(zhǔn)化殘差正態(tài)分布，如圖2所示。

圖2 回歸分析標(biāo)準(zhǔn)化殘差正態(tài)分布

3.2 成果分析

PD21-3～PD42-2谷幅測線的回歸分析結(jié)果見表2，谷幅實測累計變形值與回歸分析計算結(jié)果對比見圖3。從表2和圖3可以看出，本文所取的回歸模型能夠較好地擬合谷幅測線的實測過程，經(jīng)計算，實測累計變形值與回歸分析結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差為1.25 mm。

表2 PD42谷幅線回歸分析結(jié)果

圖3 PD42谷幅實測累計變形值與回歸分析計算結(jié)果對比

3.2.1庫水位分量分析

谷幅收縮過程逐步回歸結(jié)果的庫水位分量變化過程如圖4所示。結(jié)果表明：運行期庫水位分量對谷幅變化的影響總體偏小，庫水位分量量級最大不超過3.18 mm；而且跟谷幅變形為負(fù)相關(guān)，說明隨著水位的抬升，對河谷谷幅的作用表現(xiàn)為擴張。

圖4 谷幅收縮過程逐步回歸結(jié)果的庫水位分量與水位的歷時分布

3.2.2溫度分量分析

谷幅收縮過程逐步回歸結(jié)果的溫度分量變化過程如圖5所示。從圖5可知，溫度分量量級最大不超過3.87 mm；溫度下降谷幅擴張，反之則收縮，這也符合溫度上升時，左右岸巖體向臨空向膨脹而使谷幅線收縮，而溫度下降，則巖體收縮的，從而使谷幅呈擴張的規(guī)律?？傊捎趬沃穮^(qū)氣溫對邊坡溫度場的影響范圍有限，溫度分量比較小。

圖5 谷幅收縮過程逐步回歸結(jié)果的溫度分量與氣溫的歷時分布

3.2.3其他作用分量分析

谷幅收縮過程測線其他作用的分量如圖6所示。從圖6可知，回歸模型其他作用分量與谷幅實測相關(guān)性和過程都很接近，回歸分析的結(jié)果顯示其他作用分量占谷幅收縮過程的主要部分，其他作用分量是對不飽和和巖體材料遇水軟化、巖體弱結(jié)構(gòu)面因滲壓上升發(fā)生屈服等導(dǎo)致的塑性變形以及其他未知因素誘發(fā)河谷變形的概化考慮，初步分析主要是施工期的累計變形和蓄水期間的變形所致。

圖6 谷幅收縮過程逐步回歸結(jié)果的其他作用分量歷時分布

4 谷幅對比分析

4.1 谷幅點與表面變形點對比

谷幅點跨江段的端點有部分同時是地表變形測點，即該點在進行谷幅測量的同時，也進行了表面變形觀測，谷幅點地表變形監(jiān)測數(shù)據(jù)成果歷年變形統(tǒng)計結(jié)果見表3。

表3 谷幅點地表變形監(jiān)測數(shù)據(jù)成果歷年變形統(tǒng)計 mm

谷幅點跨江段變形值理論上應(yīng)該等于兩端點Y方向變形差值，但由于是2種獨立的測量手續(xù)，測量精度也不一，加之表面變形點左右岸監(jiān)測所采用的工作基點是不同的，兩岸工作基點相對精度不一定很高，所以2種監(jiān)測成果可能有差距，但從統(tǒng)計成果看，差距并不大，可相互驗證2種監(jiān)測成果的正確性。

4.2 洞內(nèi)測距與石墨桿測距對比

谷幅測線洞內(nèi)段同時布置有石墨桿收斂計，以2種不同測量手段監(jiān)測平洞斷層、巖脈、裂隙等不利構(gòu)造面的伸縮或拉伸變形，監(jiān)測成果相互驗證，為了驗證兩種監(jiān)測成果符合性，將PD44和PD42兩平洞2段對應(yīng)測段(樁號基本一致)進行對比，如表4所示。

表4 谷幅觀測與石墨桿收斂計觀測歷年變形成果對比 mm

從表4可以看出，谷幅洞內(nèi)測段與對應(yīng)的石墨桿收斂計相應(yīng)測段成果變形值和變化量接近，有所差別主要原因是起始時間不一及測量精度不同所致，但二者變形趨勢非常接近,說明谷幅測線和石墨桿收斂計成果均真實可靠。

4.3 谷幅跨江段與石墨桿對比

因谷幅跨江段測得為左右岸山體的相對拉伸或壓縮量，根據(jù)工程特點，谷幅跨江段的變形量可以分成左岸邊坡平洞內(nèi)石墨桿收斂計測得變形量、左岸邊坡石墨桿收斂計最深點以里的變形量和右岸邊坡的變形量3部分。通過對谷幅跨江段與石墨桿收斂計洞內(nèi)測距在同一時段的變化量進行對比，從而可得到左岸邊坡石墨桿收斂計最深點以里的和右岸邊坡的該時段的變化總量。谷幅跨江段與石墨桿收斂計從2014年(1 880 m水位)至2019年年度變形量見表5，變化量見表6。由表5、6可知，2個平洞的谷幅跨江段和石墨桿收斂計測距近5年的年度變化量相當(dāng)，說明左岸邊坡石墨桿收斂計最深點以里的和右岸邊坡的該時段的變化總量基本上為零，對谷幅跨江段變形量無貢獻，谷幅跨江段變化量來自左岸邊坡平洞內(nèi)石墨桿收斂計測得變化量，從而說明左岸平洞內(nèi)的最深點為穩(wěn)定點。

表5 谷幅跨江段與石墨桿收斂計觀測變形成果對比(1 880 m水位) mm

表6 谷幅跨江段與石墨桿收斂計觀測變化量成果對比(1 880 m水位) mm

為了進一步證明左岸平洞內(nèi)的最深點為穩(wěn)定點，對谷幅表面測點水平位移向河床方向變形與石墨桿收斂計變形進行對比，歷時對比曲線見圖7。從圖7可以看出，由于外觀測量精度的影響，谷幅表面測點向河床方向變形歷時上略有波動，但整體與石墨桿收斂計吻合性較好，測值相當(dāng)，說明左岸邊坡表面測點向河床方向變形主要來自于左岸邊坡平洞內(nèi)石墨桿收斂計測得變形量。

圖7 PD44平洞表面測點與石墨桿收斂計變形量對比歷時曲線

綜上所述，谷幅跨江段和石墨桿收斂計測距年度變化量相當(dāng)，谷幅表面測點向河床方向與石墨收斂計的變形量歷時曲線吻合，3種監(jiān)測手段對比分析同時說明左岸1 930 m平洞內(nèi)的最深點為穩(wěn)定點。

5 結(jié)論與展望

本文通過對運行期跨江段谷幅進行統(tǒng)計分析，并將運行期跨江段谷幅變形進行逐步回歸分析，主要得出以下結(jié)論：

(1)錦屏一級水電站運行期跨江段谷幅變形量有逐年下降的趨勢，變形雖未收斂，但谷幅變形速率有所下降，說明左岸邊坡變形逐漸減小，并逐漸趨于收斂；谷幅線高程從高到低，谷幅年變形量顯示逐步減小，符合谷幅的變形的一般規(guī)律。

(2)逐步回歸分析的結(jié)果顯示，錦屏一級水電站運行期其他作用的分量為谷幅收縮過程的主要部分，而庫水位和溫度分量影響較小，谷幅線持續(xù)收縮的直接原因有待更加深入的研究。

(3)運行期谷幅跨江段、谷幅洞內(nèi)測距和石墨桿收斂計相應(yīng)測段成果變形值和變化量接近，二者變形趨勢非常接近，近乎平行關(guān)系，說明谷幅測線和石墨桿收斂計成果均真實可靠。

(4)運行期谷幅持續(xù)的收縮變形將對拱壩形成擠壓，后續(xù)可結(jié)合大壩垂線切向變形、溫度場的變化進行深入研究，以深入分析谷幅收縮變形對拱壩變形狀態(tài)的影響。