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水电站坝基岩体质量分级研究

更新时间:2009-03-28

目前对岩体质量的评价多采用多因素综合指标法,如国内外工程界广泛应用的RMR分类法、Q系统分类法以及我国现行国家标准 《工程岩体分级标准》(GB50218—94)等,它们多以岩石的坚硬程度、岩体的完整程度、结构面的性质及其透水性等作为综合评价指标[1]。以上方法在地下工程中,尤其在硐室围岩分类中使用方便,效果好。但是在坝基岩体分级中仍处于探索阶段[2]

水电站工程区位于四川省凉山州木里县雅砻江中游河段内,水库正常蓄水位1 987 m,坝顶高程约1 995 m,最大坝高约129 m,总装机容量约980 MW。坝址区岩性复杂,主要为三叠系杂谷脑组变质砂岩、砂质板岩、大理岩及含炭质板岩,岩层倾角为中高倾角,岩层走向与雅砻江流向小角度相交,右岸为顺层斜坡,左岸为逆向坡,峡谷深切、岸坡高陡。软硬相间的岩性条件、高陡的地形地貌、高角度的单斜构造,使坝址区两岸岩体风化、卸荷出现明显的差异性。该研究主要对坝址区完成的平硐进行岩体单元结构面组数、张开度、锈染程度进行详细调查;岩体风化及卸荷带进行划分;实测平硐岩体波速,同时结合室内抗压强度试验、现场钻孔压水试验、钻孔电视及钻孔岩芯RQD统计,建立一套按照岩石的强度、风化程度、卸荷带发育情况划分出岩体基本质量类型的方法,据此进行钻孔岩芯RQD、声波波速、岩体透水率等的加权平均修正,最终得出坝基岩体质量分级,在工程实践中取得了较好的效果。

1 岩体风化卸荷划分标准

1.1 风化分级标准

有文献表明:坝基利用岩体为弱风化带下部,或称为弱偏微风化带[3]。根据整个坝址区勘探资料,该工程平硐内未出露强风化岩体。该次研究将弱风化带岩体根据风化裂隙面特征及岩体完整性等,又划出弱风化上段和弱风化下段,坝址区岩体风化划分标准见表1。

岩体风化主要受岩性、构造发育程度及地下水活动控制。坝址区岩性主要有变质砂岩、大理岩、砂质板岩、含炭质板岩等,从地表及钻孔岩芯分析,变质砂岩、大理岩、砂质板岩抗风化能力明显强于含炭质板岩。勘探资料表明:一般两岸岸坡岩体风化较深,河床基岩风化较浅,在构造较发育的挤压破碎带、节理密集带,形成风化夹层风化条带。

[3]潘旭涛:《新汉学勃兴彰显 世界渴望读懂中国》,《人民日报(海外版)》2012年11月12日,第4版。

各带总体特征:①弱风化上段:岩体结构部分遭破坏,岩体相对较破碎,以次块状-镶嵌结构为主,局部呈碎裂结构。裂隙面铁锰质渲染较严重,两侧多见风化晕;锤击声脆与沉闷相间,有轻微回弹;声波波速3 200~4 000 m/s。②弱风化下段:岩体结构遭轻微破坏,岩体以次块状结构为主,部分镶嵌结构。长大裂隙中等铁锰质渲染,裂隙面锈染普遍较轻微,局部可见风化晕;锤击声脆,有较强回弹;声波波速4 000~4 800 m/s。③微风化:岩体结构未发生变化,以块状结构为主。裂隙面一般较新鲜,少数裂隙面有轻微铁锰质渲染,锤击声脆,回弹强,平硐声波波速4 800~5 200 m/s。④新鲜岩体:岩体结构未发生变化,以块状结构为主。岩体完整性好,结合紧密,裂隙面保持新鲜光泽,对应钻孔电视声波纵波波速Vp>5 200 m/s。

 

表1 岩体风化带划分标准一览表

  

名称特征颜色、光泽 岩石结构变化 裂隙面特征 风化岩与新鲜岩纵波速之比 锤击特征弱风化上段岩石表面和节理面大部分变色,失去部分光泽,但断口仍保持原矿物光泽和颜色。岩石原始组织结构清晰完整,但大多数裂隙已风化,裂隙壁风化剧烈。弱风化下段 岩石仅有部分褪色现象,断口色泽新鲜。岩石组构有所变化,但不大,节理闭合,探硐偶见滴水。微风化 岩石表面或沿节理面略有变色。岩体组织结构无变化,基本保持原始完整结构,节理闭合。新鲜 保持新鲜光泽,仅大的裂隙面偶见褪色。岩体组织结构无变化,保持原始完整结构。沿硬质节理面出现次生风化矿物,普遍有较严重的铁质浸染。 0.6~0.8声脆和沉闷相间,有轻微回弹。仅沿大裂隙有风化次生矿物,普遍见轻度铁质浸染。声脆,有较强回弹。沿较大裂隙局部有轻微铁质浸染。 0.8~0.9 清脆声,回弹强。仅个别裂隙面有锈膜浸染或轻微蚀变。 0.9~1.0 清脆声,回弹极强。

2.2 卸荷分级标准

在岩层倾向与边坡坡向基本一致的顺向坡内,普遍发育有边坡卸荷裂隙[4]。边坡卸荷是岩体应力差异性释放的结果,是一个能量释放的过程[5]。表现为谷坡应力降低,岩体松驰,裂隙张开。其中裂隙张开是卸荷的重要标志。

该工程区卸荷带特征是,多沿顺河的北—北—西(NNW)向和北—北—东(NNE)向或者与谷坡走向呈小角度夹角裂隙、断层发育。坝址区强卸荷带规模(松弛带宽度)较大,带内岩体松弛较显著,并存在较明显的架空现象;带内充填有块碎石、岩屑及次生泥,勘探平硐内局部地段塌顶严重,带两侧岩体无明显变位。弱卸荷带内少量充填或无充填,周围岩体轻度松弛,张开度较小。

根据该工程岩体卸荷特点,参考其他有关工程经验,该区岩体可分为强卸荷带、弱卸荷带、无弱卸荷带3类。各卸荷带的划分标准见表2。卸荷带的划分标准以地质特征为主要标志,辅以裂隙张开宽度及波速比等特征指标,波速比是指卸荷岩体的纵波速度与该处未卸荷岩体的纵波速度的比值。

3 岩体质量初步划分

坝址区出露地层为中生界三叠系上统杂谷脑组,岩性主要为变质砂岩、砂质板岩、大理岩及含炭质板岩,大部分为层状结构。室内抗压强度试验结果:①大理岩。弱风化上段饱和抗压强度平均值31.6 MPa,软化系数0.61,属中硬岩;弱风化下段饱和抗压强度平均值46.8 MPa,软化系数0.72,属中硬岩;微风化饱和抗压强度平均值60.8 MPa,软化系数0.73,属坚硬岩。②砂质板岩。弱风化上段饱和抗压强度平均值22.5 MPa,软化系数0.48,属较软岩;弱风化下段饱和抗压强度平均值42.3 MPa,软化系数0.67,属中硬岩;微风化饱和抗压强度平均值70.6 MPa,软化系数0.79,属坚硬岩。③变质砂岩。弱风化上段饱和抗压强度平均值30.9 MPa,软化系数0.55,属中硬岩;弱风化下段饱和抗压强度平均值50.4 MPa,软化系数0.72,属中硬岩;微风化饱和抗压强度平均值86.0MPa,软化系数0.78,属坚硬岩。④含炭质板岩。弱风化上段饱和抗压强度平均值14.1 MPa,软化系数0.51,属软岩;弱风化下段饱和抗压强度平均值27.0 MPa,软化系数0.66,属较软岩;微风化饱和抗压强度平均值44.7 MPa,软化系数0.68,属中硬岩。

新的个税法采用了按年纳税,工资薪金个税预扣预缴采用了累计预扣法,并且还要在年终过后汇算清缴。收入的忽高忽低,对全年应缴纳的个税总额不产生任何影响。

按照坝基岩体的岩性、风化、卸荷发育情况,进行坝基岩体质量初步分类,见表3。总体上,Ⅱ类岩体以变质砂岩、块状大理岩为主,微风化-新鲜岩体,无卸荷,岩体结构紧密;Ⅲ1类岩体以变质砂岩、大理岩、砂质板岩为主,弱风化下段-微风化,无卸荷-弱卸荷,岩体结构较紧密;Ⅲ2类岩体以弱风化上段-弱风化下段大理岩、砂质板岩为主,包括弱风化下段-微风化砂质板岩、含炭质板岩互层状岩体,弱卸荷,局部强卸荷,岩体局部较松弛;Ⅳ类岩体主要为各类弱风化下段-强风化岩体,强-弱卸荷,岩体结构松弛;Ⅴ类岩体为强-全风化岩体,以强风化含炭质板岩居多,一般位于强卸荷带内。

该工程坝址区坝基岩体结构绝大部分为层状结构,岩层层面为主要结构面,如按岩层单层厚度划分,多为薄层、互层状及中厚层状结构,依据《水力发电工程地质勘察规范》(GB 50287—2016)附录S-坝基岩体工程地质分类[5]规定及表3的划分结果,岩体质量类别以Ⅲ2—Ⅲ1类为主,而对应岩体波速值多在5 000 m/s以上,部分甚至接近6 000 m/s。由此可见,按岩体岩性、风化、卸荷、结构划分岩体质量与按波速值划分岩体质量存在一定程度的不对应性。

 

表2 岩体卸荷带划分标准一览表

  

名称 主要地质特征张开裂隙宽度 波速比强卸荷岩体松弛,节理面普遍张开,隐微裂隙和次生裂隙显现,宽度在几厘米至几十厘米,充填岩屑、碎块石、植物根系,规模较大的卸荷裂隙内部多呈架空状,可见明显的松动或者变为错落,裂隙面普遍绣染,岩体整体松弛。张开宽度>1 cm的裂隙发育。 <0.5弱卸荷 强卸荷带以里可见卸荷裂隙较为发育区域,裂隙张开,宽度在几毫米至几厘米,裂隙内可见岩屑或少量次生泥充填,裂隙面轻微绣染,岩体部分松弛。 张开宽度<1 cm的裂隙较发育。 0.5~0.75无卸荷 岩体结构紧密,岩体内裂隙闭合,裂面较新鲜。/ /

 

表3 坝基岩体初步分类结果

  

备注岩性 风化 卸荷 岩体质量变质砂岩 微风化-新鲜 无卸荷、岩体结构紧密。 Ⅱ大理岩变质砂岩、大理岩、砂质板岩互层 弱风化下段-微风化 无卸荷~弱卸荷,岩体结构较紧密。Ⅲ含炭质板岩 微风化-新鲜变质砂岩、大理岩、砂质板岩互层 弱风化上段-弱风化下段 弱卸荷,局部强卸荷,局部岩体结构较松驰。含炭质板岩 弱风化下段-微风化变质砂岩、大理岩、砂质板岩互层 弱风化上段,局部强风化 强~弱卸荷,岩体结构松弛。 Ⅳ含炭质板岩 弱风化上段含炭质板岩 全、强风化 强卸荷 ⅤⅢ1 Ⅲ2①河床及两岸低高程坝基部位砂质板岩应注意开挖松弛的影响,适当降低岩体质量类别;②含炭质板岩互层状结构岩体,岩体质量降低一级。

4 岩体质量分级修正

4.1 修正指标

根据上述修正原则,对坝址区各勘探平硐、钻孔划分岩体质量,定性分类指标包括岩性、岩体结构、风化及卸荷,定量分类指标考虑岩芯RQD、钻孔声波纵波波速值及岩体透水率。左岸、右岸及河床基岩面以下各类岩体顶面埋深统计结果见表8~10。

坝址区岩体声波测试结果表明,岩体声波纵波速值普遍较高,考虑到河床及两岸低高程河谷应力集中部位,坝基开挖后砂质板岩等层状结构岩体可能发生卸荷松弛。因此,按波速值划分岩体质量类别时,应适当降低河床及低高程部位砂质板岩的岩体质量类别。

要做好关工委工作,建立一支思想水平高、身体素质好、经验丰富、工作用心、热情耐心、甘于奉献的关工委队伍是关键。华中科技大学水电学院党委统一部署。

 

表4 坝基岩体结构分类方案

  

类型 亚类 岩体质量 备注厚层状结构 Ⅱ层状结构 中厚层状结构 Ⅲ1—Ⅱ互层状结构 Ⅲ2—Ⅲ1薄层状结构 Ⅳ—Ⅲ2镶嵌结构 镶嵌结构 Ⅲ2碎裂结构 块裂结构 Ⅳ—Ⅲ2碎裂结构 Ⅳ散体结构 Ⅴ含炭质板岩取较差岩体类别;大理岩、砂质板岩互层取较好岩体类别。

 

表5 坝基岩体RQD分类指标值

  

注:RQD为用直径75 mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进,连续取芯,回次钻进所取岩芯中,长度大于10 cm的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值,以百分数表示。

 

RQD <2% 2~15% 15~35% 35~55% >55%岩体质量 Ⅴ Ⅳ Ⅲ21

 

表6 坝基岩体声波纵波速分类指标值

  

Vp/(m·s-1) <3 300 3 300~4 200 4 200~4 700 4 700~5 150 >5 150岩体质量 Ⅴ Ⅳ Ⅲ21

 

表7 坝基岩体透水率(吕荣值)分类指标值

  

透水率q/Lu 渗透等级 卸荷 岩体质量类别>20 中-极强透水 强卸荷带 Ⅳ—Ⅴ10~20 弱透水 弱卸荷带 Ⅲ2 2.5~10 Ⅲ1<2.5 微-极微透水 无卸荷 Ⅱ

4.2 修正结果

为进一步优化分析得出该工程坝基岩体质量,在上述初步分析的基础上结合 《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487—2008)附录 V[6],建立岩体结构分级标准(表4),并对河床部位岩体质量分级采用各钻孔RQD值加权平均。结合工程经验调整后,得到岩体RQD分类指标值(表5);同时根据坝基岩体质量初步分类结果,对各钻孔、平硐声波波速值加权平均,得出岩体波速分类指标值(表6),以及对钻孔透水率值加权平均,得到坝基岩体透水率分类指标(表 7),根据统计结果,将 q=10 Lu作为Ⅲ2/Ⅲ1岩体的分类界线。

 

表8 左岸坝基基岩面以下各类岩体质量修正分级结果

  

勘线 平硐(钻孔)高程(深度)/m顶面深度/mⅣ Ⅲ21 ⅡⅣPD48 1 958(71) 0.00 2.70 12.60 未揭露ZK93 2 018(100) 0.00 14.60 23.15 75.33 ZK94 1 930(100) 0.00 0.00 0.00 10.40ⅠPD35 2 054(100) 0.00 11.20 67.10 未揭露PD67 2 027(80) 0.00 18.60 33.40 未揭露PD66 2 180(64) 0.00 21.80 42.60 未揭露PD36 1 965(128) 0.00 9.40 24.00 116.00 PD16 1 948(100) 0.00 8.10 26.70 79.60 ZK38 2 022(130) 0.00 10.80 15.68 73.39 ZK76 1 965(100) 0.00 5.80 23.60 53.68 ZK39 1 917(100) 0.00 0.00 0.00 6.35ⅢPD39 1 970(364) 0.00 3.10 42.90 73.10 PD40 1 919(121) 0.00 0.00 31.60 66.00 ZK79 2 013(130) 0.00 0.00 29.44 68.44 ZK80 1 970(100) 0.00 1.50 35.10 58.80ⅡPD43 2 000(80) 2.10 7.70 28.30 未揭露PD44 1 940(110) 0.00 4.10 5.10 未揭露ZK85 2 013(102) 0.00 3.62 25.51 未揭露ZK44 1 936(105) 0.00 5.30 8.30 38.05平均值 0.00 6.75 25.0 59.9

 

表9 右岸坝基基岩面以下各类岩体质量修正分级结果

  

注:PD45平硐洞深0~23.5 m为人工弃渣。

 

勘线 平硐(钻孔)高程(深度)/m顶面深度/mⅣ Ⅲ21 ⅡⅣPD49 1 963(105) 0.00 13.50 29.10 58.80 ZK96 1 964(100) 1.10 6.33 13.20 45.96 ZK97 2 006(100) 0.00 9.68 28.44 48.11ⅠPD17 1 937(152) 0.00 2.20 25.80 54.20 PD37 1 995(122) 0.00 4.90 32.90 89.10 PD38 2 067(108) 0.00 10.90 19.20 未揭露ZK42 1 919(185) 0.00 1.30 22.02 49.90 ZK139 1 937(100) 1.52 4.35 20.05 44.93 ZK77 1 967(102) 0.50 4.00 30.20 49.10 ZK43 2 010(130) 0.00 0.00 0.00 0.00ⅢPD41 1 918(118) 0.00 0.00 15.90 53.50 PD42 2 010(120) 0.00 17.80 25.60 77.00 ZK82 1 918(104) 0.00 11.12 15.34 24.20 ZK83 1 969(102) 1.55 5.50 5.50 51.59 ZK84 2 014(131) 2.30 19.40 19.40 52.63ⅡPD45 1 925(122) 17.60 20.80 28.70 131.80 PD18 1 970(376) 0.00 4.20 58.60 104.90 ZK87 1 919(100) 24.75 24.75 24.75 43.14 ZK88 1 950(100) 0.80 21.60 27.95 71.48 ZK89 2 017(130) 2.50 16.60 49.90 111.74平均值 2.63 9.95 24.63 61.16

 

表10 河床坝基基岩面以下各类岩体质量修正分级结果

  

勘线 平硐(钻孔)高程(深度)/m顶面深度/mⅣ Ⅲ21 ⅡⅣ ZK95 1 910(100) 0.0 0.0 0.0 4.62Ⅰ ZK40 1 912(100) 0.0 0.0 0.0 9.50 ZK41 1 912(100) 0.0 0.0 0.0 5.60Ⅲ ZK81 1 910(100) 0.0 0.0 0.0 3.28Ⅱ ZK45 1 912(100) 0.0 0.0 0.0 17.24平均值 0.0 0.0 0.0 8.05

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(4)各工程坝基岩体分级方法都是根据具体工程建立,考虑的分级因素及模式具有一定针对性,但实际开挖过程中可能不一定相符,因此坝基岩体质量分级结果应在施工开挖过程中予以验证和进一步优化,以便节约造价并缩短工期。

河床坝基岩体质量较好,未揭露Ⅲ2类岩体,钻孔直接进入Ⅲ1—Ⅱ类岩体,Ⅱ类岩体顶面平均埋深仅8.05 m,修正统计结果见表10。

5 结语

(3)Ⅲ1类岩体为良好的坝基岩体,部分Ⅲ2类岩体经固结灌浆后可作为低坝段坝基岩体。

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(1)本文在大量勘探资料的基础上,通过定性初步分析得出坝基岩体质量,再通过各钻孔RQD值、各钻孔、平硐声波波速值、钻孔透水率值加权平均,结合工程经验调整后,综合得出该水电站坝基岩体质量级别,为大坝建基面设计提供了可靠的依据。

根据综合统计结果,左岸Ⅲ2类岩体顶面平均埋深为6.75 m,其中Ⅳ勘线ZK93钻孔、Ⅰ勘线PD35平硐及ZK38钻孔Ⅲ2类岩体顶面平均埋深均大于10 m;Ⅲ1类岩体顶面平均埋深为25.0 m,其中Ⅰ勘线PD35平硐、Ⅱ勘线PD43平硐受左岸山体卸荷影响,Ⅲ1类岩体顶面埋深较大,分别为67.1,28.3 m;Ⅱ类岩体平均顶面埋深为59.9 m,部分平硐、钻孔未揭露Ⅱ类岩体,未加入统计。

由表9统计结果看出,右岸Ⅲ2类岩体平均顶面埋深9.95 m,其中Ⅱ勘线ZK88钻孔、Ⅲ勘线ZK84钻孔Ⅲ2类岩体顶面埋深均较大,均大于15 m;Ⅲ1类岩体顶面平均埋深为24.63 m,Ⅱ勘线ZK89钻孔,岩体风化深度较大,Ⅲ1类岩体顶面埋深大于50.0 m,岩体质量较差;Ⅱ类岩体平均顶面埋深为61.16 m,各平硐、钻孔大部分揭露Ⅱ类岩体。

(2)该工程河床坝段岩体质量较好,以Ⅱ类岩体为主,坝基基岩建议垂直开挖深度一般为5~20 m;左岸坝段分布Ⅳ—Ⅲ2类岩体,但厚度不大,低高程坝段主要利用Ⅲ1类岩体,垂直开挖深度20~45 m,高高程坝段主要利用Ⅲ2—Ⅲ1类岩体,开挖深度23~43 m;右岸坝段同样分布少量Ⅳ—Ⅲ2类岩体,低高程垂直开挖深度26~37 m,高高程坝段垂直开挖深度15~37 m。

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黄昏,遥远的天际映射不想离去,又不得不离去的夕阳余辉,那余辉无奈而凄婉。在凄婉的余辉映照下大地被镀上了一层凄婉的殷红。几只栖于树干上的乌鸦,“苦呀——苦呀——”的干嚎,它们不和谐的鸣叫拽动着空气中悬浮的不祥异动。

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POD数据后处理应用程序包由数据输入模块、POD数据处理核心模块和数据输出模块等3个功能模块组成(见图1)。

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式(1)被称为广义的素数分布函数,因此很多数论学者对其进行了研究.比如,在1909年,Landau[3]首先证明了对k≥1有

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詹光亮
《宁夏工程技术》 2018年第01期
《宁夏工程技术》2018年第01期文献

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