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在水库蓄水之前、期间以及之后,我们对水库滑坡的移动速度,压力水平以及排水量等参数,一直进行着连续不间断地监测。某些仪器的监测记录甚至超过了20年之久,同时,这些监测数据也为我们就修葺工程以及外界因素诸如地震、降雨、洪水等对滑坡的影响,提供了良好的依据。
本文主要集中论述两个滑坡对于降雨的响应,即降雨对于滑坡的影响。一个是位于卡瓦劳桥最前端的Ripponvale滑坡,一个是位于克伦威尔峡谷内的Brewery Creek滑坡的活跃部分。
摘要:沿着克莱德大坝水库边缘十七个滑坡中的九个滑坡的主要修葺工作,包括坡脚支撑,泵送排水,自流排水,渗透防护等等,都是在1992年至1993年间于水库蓄水之前开始实施的。作为联通电力有限公司实施的大坝安全组织计划的一部分,所有十七个滑坡体一直进行连续的监测与观察。与水库蓄水,风暴,洪水,长期持续的丰水期以及地震等控制事件相关的滑坡运动,是利用测斜仪、伸长计、调查等综合手段开展监测的。大部分的监测记录保存有15年之久,某些监测记录甚至超过了25年历史。超过100年的降雨量记录对于邻近地区来说也是行之有效的。其中四个较稳定的滑坡产生了由于水库蓄水引起的微小变形,其中一个由于不能再维持稳定,发生了轻微的加速移动;另外三个也检测到有微小的再生(二次)滑动情况发生。两处滑坡体证明了滑坡的移动速度与降雨情况大有关联,而与水库蓄水情况关系不明显。监测记录表明,已知的Brewery Creek滑坡体中已有滑动部分的运动,是由于压力值达到或者超过了临界压力值而引起的。其移动一直持续到压力值降低到临界压力值以下时才停止。部分Ripponvale滑坡的移动速度,随着长时间持续的降雨有所增加,它几乎不受水库蓄水的影响,同时滑坡也没有对坡脚处洪水位短暂或瞬时的增长作出任何的响应。滑移体A区域的数据表明,滑动受长时间持续丰水期的影响较为明显。依据到目前为止的监测记录,我们可以预测,当3 4个月的累积降雨量超过300mm的时候,滑坡会呈现出加速移动的现象。
九个滑坡的稳压修葺工作,包括坡脚支撑、泵送排水、自流排水以及渗透防护等等,都是在1993年,于水库蓄水完成之前开始实施的。稳压修葺工作主要针对由于其尺寸、位置、活跃程度、水库堵塞造成不能承受的风险或者存在波浪损坏等的滑坡进行的。目的是为了抵消水库蓄水对于滑坡稳定性的影响,维持滑坡原有的蠕变性。Brown等人(1993年)阐明了稳压工作的全部方法和途径以及稳压计划的一个小部分。表格1也详细地说明了对于已处理过的滑坡所采取的稳压措施与方法,详情见下表1。
Jackson Creek (upper)
Jackson Creek (lower)
Hintons
Dunlays
No.5 Creek
Nine Mile Downstream
Nine Mile Upstream
Brewery Creek
Cairnmuir
次要影响滑坡
Ripponvale
Cornish Point
从图5我们可以看出,自1950年以来,克伦威尔镇的降雨可以分为三个明显的阶段:
第一阶段:1950年至1967年,除了1956年末至1958年中那段时间,降雨始终低于月降雨平均水平;
第二阶段:1989年至1993年末,也就是在库水充盈期以及库水充盈期间之前,降雨较多年长期平均水平更低;
第三阶段:自水库蓄水以来,共发生了三次较大的长时间的持续降雨。每次降雨对于克伦威尔1850年以来的降雨记录来说,都有着显著的和不同寻常的特点。这些降雨分别发生于1993年12月至1994年3月、1995年12月至1996年1月和1999年11月至2000年1月。
图1.克莱德大坝滑坡分布图
表1稳定滑坡的特征及修葺措施
滑坡
物理特性
修葺措施
区域ha
体积M3x106
最大厚度m
坡脚淹没深度m
支墩Mm3
隧道km
排水孔km
渗透防护ha
克莱德
120
60
50
28
1.3
1
2.1
-
杰克森湾
23
5
46
35
1.2
0.5
7.6
-
Hintons
16
5
50
35
0.5
-
1.3
-
Dunlays
毕业设计外文翻译
学院名称土木与水利工程学院
专业(班级)水利水电2011-1班
姓名(学号)黄翔(********)
指导教师张振华
系(教研室)负责人黄铭
新西兰克莱德大坝水库大型滑坡低速移动行为的观察与预测
D.F. Macfarlane
URS New Zealand Ltd, P O Box 4479, Christchurch, New Zealand
该地区以前曾多次发生由于地面震动而引起的测压管水位和排水孔流量剧增的情况,但是自从建立监测系统以来,并未检测到任何由于地震活动引起的明显的滑坡滑动。
达到一定规模的地震,会在任何受若干因素影响的滑坡中,诱发一定的滑动。诱发滑动的关键因素,包括现场的地震强度、地形以及方向的影响、滑坡的类型、地质以及地下水情况等等。尽管在低强度的震动作用下,也可能引起滑坡的失稳,但是依据国际经验,只有在震动强度达到MM VII至MM VIII级的时候,我们才需要实施有效的斜坡防护措施。根据Gillon and Hancox在1992年的记录,尽管在这个地区曾发生过大规模地震,至少在最后的16000年里曾发生过,但是没有任何一个滑坡能够提供因曾经经历过大规模地震而加速移动的证据。
2通过月降雨总量计算和绘制土方累积曲线的技术在20世纪50年代开始发展起来,主要用于雨雪覆盖山脉地区的降雨量的分析与计算。整个过程包括每个月月平均值的比较,然后通过百分比的形式将每月平均值的差异表现出来,最后将每个月的平均值累加起来。每个与平均值差异较大的月累计百分数都已在图5上被标绘出来。
图4.地震引起的压力计DL545A中压力的突然而短暂的变化与受降雨影响的排水量并非一一对应的关系,且注意到排水量的微小增加与压力的升高相对应。
缓慢移动滑坡:蠕变速率2-5mm/年;
静止滑坡:蠕变速率小于2mm/年。
滑坡的当前活动状况在表2中进行了详细概述,详情见表2。
表2滑坡当前活动概况表
活跃滑坡(N5mm/年)
缓慢移动滑坡(2-5mm/年)
静止滑坡(b2mm/年)
主要影响滑坡
Clyde (Abutment Slide) Clyde
Cromwell
1.2
22
3.4
克伦威尔
7.5
3
35
40
0.4
-
-
-
2已安装仪器
在上世纪八十年代末九十年代初,水库蓄水之前,克莱德大坝水库滑坡已经安装了大量的监测仪器,用以监测滑坡的移动以及地下水位在水库蓄水之前,蓄水期间以及蓄水之后的变化(Macfarlane and Gillon, 1996)。监测计划致力于解决以下问题:
安装在排水隧道地下滑动基座上或者张力裂缝表面的延伸仪,许多都是远程监控,这使得移动速度的实时监测成为可能;
建立在排水隧道入口处的流动量水堰实行远程监控,这使得排水总量变化的实时监测成为可能。
在水库蓄水期间,监测数据(除了遥测数据之外)每两周收集一次。水库蓄水完成五年后,监测要求开始进行修订,以往的定期监测也开始有所减少。但是,在任何区域,只要仪器的功能完好无损,变频定期监测至今仍在继续。
确定水库(Dunstan湖)蓄水前的先期移动速度;
监测水库蓄水期间以及蓄水之后的滑坡行为;
考虑监测中的滑坡行为。
已安装的仪器包括:
大地测量仪,用以建立斜坡移动向量;
射线遥感测距仪,用以监测滑坡表面移动的一般模式;
已安装的倾角仪,用以监测滑坡内的地表以下岩石的移动速度以及滑体基础的移动水平;
安装在钻井中的压力计,用以监测随着水库蓄水位变化的地下水位;
图5.克伦威尔1995-2001月降雨量土方累积曲线
表3克伦威尔1950年至2001年降雨情况表
Last day of event
No. of raindays
Rainfall total (mm)
累积频率曲线2的三个阶段可以清晰地说明,自Dunstan湖蓄水以来,克伦威尔镇一直经历着潮湿的雨量型气候。表格3罗列了克伦威尔镇自1950年以来,雨量最大的10次降雨,同时也可以清楚地知道有五分之三的大型降雨是在发生在Dunstan湖蓄水之后。只有一次大型降雨是发生在Dunstan湖蓄水前十年,而在Dunstan湖蓄水期间,也没有发生任何重要的大型降雨。
3 性能标准
如表2所示,基于滑坡的潜在危害能力,将其划分为“主要影响滑坡”和“次要影响滑坡”。主要影响滑坡是指那些可能造成峡谷堵塞或者存在损害性的摆动以至于发生加速失效的滑坡。
按照以下的标准,基于滑坡的现行活动情况对所有滑坡进行定期的评估与归类。分类方式:活跃的、缓慢移动的以及静止的。
活跃滑坡:蠕变速率大于5mm/年;
(C)2009 Elsevier B.V.版权所有
关键词:滑坡 监测 移动速度 降雨影响 预测
1引 言
隶属于联通电力有限公司的克莱德发电站,是位于新西兰南岛上的一个432 MW的利用水能的水力发电站。克莱德大坝保留了发电站的压力前池,并可在1m范围内进行操作。压力前池淹没了克伦威尔峡谷沿岸的大部分低速移动的或者静止的滑坡坡脚部分(见图1)。总的来说,滑坡体积较大,但是特征微妙,缺乏显著突出的陡坡,大部分是属于片岩地区的地质倾向坡这样一种破坏类型。其中较大的滑坡有超过200m厚。地质迹象(见Mcsaveneyet al.,1992)表明,它们至少有5000年的历史,有些甚至可能超过了25000年的历史。
53
18
80
24
-
1.1
4.7
-
5号湾
126
ຫໍສະໝຸດ Baidu60
100
40
0.2
0.8
6.3
-
Nine mile DS
900
N 1000
160
40
-
4.2
12.8
-
Nine mile US
260
240
150
40
1.4
3.1
16.2
-
啤酒湾
149
80
160
40
2.5
3.2
15.6
-
Carmmuir
67
20
85
Nil
-
6降雨模式
降雨会通过荷载的形式对滑坡的位移率产生显著的影响,同时降雨还会减少滑坡破坏面的有效抗剪强度。post-lake蓄水期间的三次大型降雨,成为了Dunstan湖周围滑坡移动速度增加以及地下水位升高的诱发因素(详例见Macfarlane and Gillon, 1996)。此文中论及的,距离Brewery Creek和Ripponvale滑坡最近的一个雨量计,位于克伦威尔镇距离两个滑坡不足5km的地方(见图1)。这个雨量计有着超过100年的雨量记录,而为了URS(2004)从事的一项研究工作,自1950年以来,每天都会对这个雨量计的记录进行详细地分析。
图6清楚地再现了1991年至2001年间水库蓄水之前,蓄水期间以及蓄水之后的典型降雨过程的月降雨数据。主要有三个突出的特征:一、1993或1994年的夏季潮湿;二、1995年的春季和夏季比较潮湿;三、1999年12月份非常潮湿。所有这些都是在水库蓄水完成之后发生的。
随着每次降雨的发生,在不少滑坡中出现了地下水位急剧增加,同时排水量增加的现象,但是只有少数滑坡发生了基于降雨引起的微小变形。然后,地下水水位和水量逐渐恢复到先前的水平,同时滑坡的变形率也有所减小。距相关数据表明,完全恢复可能需要12个月的时间。
图2.2mm/年-4mm/年大体积、低速移动克莱德滑坡的长期蠕变趋势
图3.Byford Creek滑坡长期蠕变运动,这清楚地表明了水库蓄水与滑坡长期低速移动之间的关系。
5抗震稳定性
克莱德大坝水库地区每年的监测记录表明,大约平均每发生10次地震,就会使得该地区产生强度为MM III级或者更大的震动。该地区地震活动频发,是由于新西兰地处太平洋板块与印度洋板块交界处边缘的地震活动带。水库库区的典型地震强度等级为MM III和MM V级。根据新西兰地震灾害模型预估,在这个地区大约每15年发生一次MM IV级的震动,而大约每300年才发生一次MM III级的震动。
Byford Creek
Two Bridges
Flying Fox
Bannockburn
Pipeclay Gully
Brewery Creek
(Active Portion)
4长期蠕变行为
以往年份的变形监测记录表明,克伦威尔峡谷的许多大体积滑坡呈现出长期低速移动的蠕变趋势。例如克莱德滑坡,其受外部因素诸如降雨、水库蓄水以及地震等的影响较小,呈现出约4mm/年的长期滑动趋势(见图2)。其他的滑坡(如Byford Creek滑坡,见图3)虽然受水库蓄水的影响比较大,但是也有着类似的蠕变趋势。
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