寶瓶河水電站壩基巖體質(zhì)量分級與評價(jià)

【摘 要】客觀、準(zhǔn)確的評價(jià)壩基巖體質(zhì)量，提供合理的巖體物理力學(xué)參數(shù)，對水工建筑設(shè)計(jì)方案尤為重要。本文在深入分析壩基巖體結(jié)構(gòu)特征、巖體緊密程度等單一地質(zhì)因素對巖體質(zhì)量影響的基礎(chǔ)上，考慮各種因素的相互影響，采用多因素綜合評判的方法，對壩基巖體質(zhì)量級別進(jìn)行了劃分與評價(jià)。

【關(guān)鍵詞】 巖體結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度;緊密程度;嵌合程度;風(fēng)化卸荷;巖體聲波;巖體透水性

Baopinhe water electricity station dam Ji rock physical endowment quantity ratings and evaluation

Zhang Jian-hong

(No.1 branch of Gansu water conservancy electricity survey research design institute Zhangye Gansu 734000)

【Abstract】Objective and accurate of the evaluation dam Ji rock physical endowment quantity， provide reasonable of rock body physics mechanics parameter， to water work building design project is importance.This text at thorough analysis dam Ji rock body structure characteristic， rock body close degree etc. one geology factor to rock physical endowment quantity influence of foundation up， consideration various factor of mutually influence， adoption many factor comprehensive the method for adjudicate， to the dam Ji rock physical endowment quantity the Class carried on divide the line and evaluation.

【Key words】Rock body structure;The structure noodles growth degree;Close degree;The Qian match degree;The morals and custom unload a lotus;Rock body voice wave;Rock body deeply water

1. 概況

寶瓶河水電站為黑河干流中游大峽谷段規(guī)劃中的梯級水電站之一，地處甘、青兩省交界處，工程由引水樞紐、引水發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電廠區(qū)三部分建筑物組成。設(shè)計(jì)壩高93.60m，正常蓄水位2521m，庫容1855萬m3，總裝機(jī)容量120MW，工程等級為中型Ⅲ等工程。

2. 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

壩址區(qū)兩岸山體雄厚，谷坡陡峻，相對高差500m以上，為典型的深切“V”型谷。岸坡基巖大部裸露，巖性有蛇紋巖、石英巖、英安巖。蛇紋巖為壩址區(qū)主要巖石，分布廣泛，系加里東早期侵入巖變質(zhì)而成，淡綠～墨綠色，纖片狀、纖維狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，局部片理發(fā)育，單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rb=50.3～74.5MPa，屬中～堅(jiān)硬巖。石英巖以條帶狀或團(tuán)塊狀夾雜于蛇紋巖體中，主要分布于壩址區(qū)左岸，灰白色或淺褐色，鱗片狀或細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，表部節(jié)理發(fā)育，耐風(fēng)化，巖石單軸抗壓強(qiáng)度Rb=69.4～88.6MPa，屬堅(jiān)硬巖。英安巖以團(tuán)塊狀夾雜于蛇紋巖體中，零星出露，灰白色略帶淡綠色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，耐風(fēng)化，巖石單軸抗壓強(qiáng)度Rb=85.2～95.3MPa，屬堅(jiān)硬巖。

根據(jù)地質(zhì)測繪及勘探，壩址區(qū)無規(guī)模較大的控制性軟弱結(jié)構(gòu)面分布，發(fā)現(xiàn)小斷層17條，一般延伸長度150～400m，破碎帶寬0.3～1m，組成物為壓碎巖、角礫巖、巖屑等，一般泥鈣質(zhì)膠結(jié)差，擠壓緊密。裂隙的發(fā)育程度與巖性和構(gòu)造部位密切相關(guān)，具一定區(qū)段性，裂隙寬度一般0.5～3cm，個(gè)別寬達(dá)10～20cm，充填巖屑、巖粉、泥和巖石碎塊，泥鈣質(zhì)膠結(jié)差或無膠結(jié)，延伸長度一般10～20m，少數(shù)裂隙延伸長30～50m，裂隙性質(zhì)以剪性為主，極少數(shù)為張裂隙，部分張裂隙在岸邊有卸荷跡象。

3. 巖體質(zhì)量級別劃分

壩址區(qū)巖性變化較大，巖體內(nèi)斷層及裂隙較為發(fā)育，谷坡深部巖體內(nèi)地應(yīng)力高，淺表部巖體由于應(yīng)力釋放卸荷松弛強(qiáng)烈，這些因素構(gòu)成了影響巖體質(zhì)量及其力學(xué)性質(zhì)的主要地質(zhì)因素。為客觀評價(jià)壩址區(qū)巖體的工程特性，首先根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查成果進(jìn)行了工程地質(zhì)單元劃分，在此基礎(chǔ)上對各單元巖性組合特征及各類結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)結(jié)合室內(nèi)及現(xiàn)場試驗(yàn)、測試資料、工程類比，并參照有關(guān)規(guī)程規(guī)范，分別從以下幾個(gè)方面對壩址區(qū)巖體質(zhì)量進(jìn)行了的初步劃分。

3.1 巖體結(jié)構(gòu)特征。

巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面類型、發(fā)育程度、張開充填情況、巖塊尺寸大小等結(jié)構(gòu)特征是制約巖體力學(xué)特性和影響巖體質(zhì)量的關(guān)鍵因素。壩址區(qū)巖石建造類型復(fù)雜，構(gòu)造改造強(qiáng)烈，巖體內(nèi)不同類型的構(gòu)造結(jié)構(gòu)面發(fā)育;谷坡形成后由于地應(yīng)力釋放，淺表一定范圍內(nèi)的巖體沿結(jié)構(gòu)面松弛拉裂張開明顯，進(jìn)一步降低了巖體完整性。

根據(jù)平硐、鉆孔地質(zhì)調(diào)查資料分析，綜合原巖建造及構(gòu)造和淺表層改造結(jié)果， 將壩區(qū)巖體結(jié)構(gòu)分為塊狀結(jié)構(gòu)、次塊狀結(jié)構(gòu)、次塊狀～鑲嵌結(jié)構(gòu)、鑲嵌～碎裂結(jié)構(gòu)、碎裂～散體結(jié)構(gòu)五種類型，不同結(jié)構(gòu)類型巖體的基本地質(zhì)特征及巖體完整性指標(biāo)(RQD) 和體積節(jié)理數(shù)(Jv)見表1。

3.2 巖體緊密程度。

壩址區(qū)深部巖體結(jié)構(gòu)面多擠壓緊密，巖體抗變形能力強(qiáng)，淺表巖體由于應(yīng)力釋放沿結(jié)構(gòu)面松弛張開明顯，巖體抗變形能力顯著降低。因此，在巖體質(zhì)量分級時(shí)，必須考慮巖體所處圍巖狀態(tài)對巖體力學(xué)性質(zhì)的影響，不同的圍巖狀態(tài)直接表現(xiàn)為巖體緊密程度的變化，而巖體緊密程度可用定性的巖塊嵌合程度、風(fēng)化卸荷狀況以及定量的聲波縱波速度值的大小來表征。

(1)巖塊嵌合程度:根據(jù)平硐內(nèi)節(jié)理裂隙松弛張開程度、硐壁地應(yīng)力現(xiàn)象等宏觀地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，結(jié)合鉆孔壓水試驗(yàn)成果，巖塊嵌合程度可分為緊密、較緊密、較松弛、松弛、極松弛五級。

(2)巖體風(fēng)化:壩址區(qū)石英巖、英安巖抗風(fēng)化能力強(qiáng)，風(fēng)化微弱;蛇紋巖則抗風(fēng)化能力相對較弱，風(fēng)化較強(qiáng)。巖體風(fēng)化作用主要使節(jié)理裂隙面銹染變色，并造成斷層破碎帶物質(zhì)進(jìn)一步分解蝕變成風(fēng)化夾層。總的看，風(fēng)化作用對巖體質(zhì)量有一定影響，按風(fēng)化作用結(jié)果，可分為強(qiáng)風(fēng)化夾層、弱風(fēng)化巖體、微風(fēng)化～新鮮巖體三級。

(3)巖體卸荷:壩址區(qū)岸坡高陡，谷坡巖體受卸荷作用強(qiáng)烈，與谷坡近于平行的結(jié)構(gòu)面松弛拉裂明顯，導(dǎo)致巖體緊密程度顯著降低，巖體完整性變差，故卸荷作用構(gòu)成了影響巖體質(zhì)量的主要地質(zhì)因素之一。由于卸荷裂隙多為張開的空縫狀，對巖體變形具有控制意義，按卸荷強(qiáng)度劃分為強(qiáng)卸荷、弱卸荷、無卸荷三級。

(4)巖體聲波縱波速分級:巖體彈性波速的高低主要取決于巖性、巖體結(jié)構(gòu)、圍壓狀態(tài)、巖體含水性等基本地質(zhì)因素，是一種表征巖體質(zhì)量的綜合指標(biāo)。本工程在可研、初設(shè)階段勘測過程中，進(jìn)行了大量現(xiàn)場波速試驗(yàn)，采用的方法有硐壁對穿聲波測試、鉆孔聲波測試等。根據(jù)巖體聲波縱波速測試成果，波速值的高低與巖體卸荷程度密切相關(guān)，綜合反映了巖體質(zhì)量的優(yōu)劣。壩基巖體按聲波縱波速分級見表2。

4. 巖體質(zhì)量分級結(jié)果

在深入分析壩址區(qū)巖性組合、巖體結(jié)構(gòu)特征、巖體緊密程度等單一地質(zhì)因素對巖體質(zhì)量影響的基礎(chǔ)上，綜合上述地質(zhì)因素對巖體質(zhì)量的影響，結(jié)合巖體力學(xué)試驗(yàn)成果，參照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 50287～2008)中的壩基巖體工程地質(zhì)分類方法，將壩址區(qū)巖體質(zhì)量劃分為四級，具體分級結(jié)果見表3。

5. 巖體基本地質(zhì)特征及評價(jià)

(1)Ⅱ級巖體:主要為兩岸弱卸荷以里、河床弱風(fēng)化以下的石英巖、英安巖體，巖石堅(jiān)硬，微風(fēng)化～新鮮，無卸荷。以塊狀結(jié)構(gòu)為主，可見1～2組裂隙，間距>50cm，嵌合緊密，透水性微弱，總體較完整，屬良好地基。

(2)Ⅲ級巖體:包括兩部分，一是兩岸弱卸荷以里、河床弱風(fēng)化以下的的蛇紋巖體，微風(fēng)化～新鮮，無卸荷，巖體嵌合較緊密;總體上該級巖體整體性較好，抗變形能力較強(qiáng)，可作為壩基利用巖體。二是兩岸弱卸荷、河床弱風(fēng)化帶內(nèi)的石英巖、英安巖體，巖體嵌合較松弛～較緊密，發(fā)育3組以上裂隙，間距10～30cm，延伸一般<10m，偶見裂隙充填泥膜、碎屑、方解石膜，經(jīng)一定工程處理后可作為壩基利用巖體。

(3)Ⅳ級巖體:包括兩部分，一是兩岸弱卸荷、河床弱風(fēng)化帶內(nèi)的蛇紋巖體，巖體嵌合松弛，完整性差，裂隙風(fēng)化顯著，普遍充填泥膜，部分充填碎屑，常見貫穿性結(jié)構(gòu)面，不宜作為壩基利用巖體，需進(jìn)行加固處理;二是有一定膠結(jié)或擠壓緊密斷層破碎帶，呈碎裂結(jié)構(gòu)，巖體嵌合松弛，不能直接作為壩基利用巖體，需作專門處理。

(4)Ⅴ級巖體:包括兩部分，一是無膠結(jié)、松散的斷層破碎帶，呈碎裂～散體結(jié)構(gòu)，巖體嵌合極松弛，不能直接作為壩基利用巖體，需作專門處理。二是兩岸強(qiáng)卸荷的蛇紋巖體，呈散體結(jié)構(gòu)，不能作為壩基利用巖體，需開挖清除。

6. 結(jié)語

巖體質(zhì)量取決于多種地質(zhì)因素的偶合作用，各種因素對巖體力學(xué)性質(zhì)的影響不盡相同，在不同的地質(zhì)單元中起控制作用的各種地質(zhì)因素之間的主次關(guān)系也常常會發(fā)生變化。因此，任何單一因素的分級都不能全面反映巖體質(zhì)量級別，必須采用多因素綜合評判的方法，考慮各種因素的相互影響，進(jìn)行系統(tǒng)的分析評價(jià)，才能客觀、準(zhǔn)確的劃分出巖體質(zhì)量級別，并合理的提出各級巖體物理力學(xué)參數(shù)，為水工建筑物設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] GB50487-2008，水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范

[2] GB50218-94，工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)

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[文章編號]1619-2737(2010)03-12-77

[作者簡介]張建紅(1975-)，男，河北省青龍縣人，工程師，學(xué)士，從事水文地質(zhì)與工程地質(zhì)勘測工作。