原位變形試驗在阿爾塔什水利樞紐右岸邊坡F9 斷層中的應(yīng)用

李遠林

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院試驗研究所，新疆昌吉 831100)

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐推薦壩址為上壩址，初選壩型為面板堆石壩，水庫正常蓄水位1820m，最大壩高164.3m，總庫容22.51 億m3，控制灌溉面積28.5 萬hm2，電站裝機容量730MW，設(shè)計年發(fā)電量22.32 億kW·h，屬大(1)型Ⅰ等工程。它的興建對流域社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有舉足輕重的作用。工程壩址區(qū)位于鐵克里克逆沖疊瓦式推覆構(gòu)造上，且壩址區(qū)位于依希安阿格孜斷裂以西、阿爾塔什斷裂以東，由于推覆抬升作用，使得局部河流縱比降發(fā)生變化，加劇了壩址溯源侵蝕能力以及流水的下切作用，形成高陡岸坡。壩址右岸高邊坡在構(gòu)造運動中形成雛形后，主要受河流側(cè)蝕和F9斷層控制。河流在壩址區(qū)附近整體流向彎曲呈“Ω”形，“Ω”形頂部位于右岸邊坡底部，同時受2 號溝泥石流作用，河水緊貼右岸高邊坡底部流淌，長期的沖刷掏蝕作用，使邊坡底部塌落懸空，逐級向坡頂推進，形成陡坡。

2 F9斷層糜棱巖原位變形試驗

F9斷層是右岸邊坡重要的控制因素。F9在壩址右岸順層面出露，向上游掩埋于河床;向下游延至1920m 高程處規(guī)模變小，最終截止于F7斷層。斷層出露長度約650m，為一上盤向西平移的逆斷層，兩盤巖層主要為灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r，斷層產(chǎn)狀273° ～310°SW∠32° ～41°，破碎帶寬40m 左右，主要由角礫巖、糜棱巖和碎裂巖組成，其中，糜棱巖厚度1.0 ～2.5m，斷層核部以及較大的破碎夾層，巖性軟弱，含泥量較高，巖體多呈散體結(jié)構(gòu)。

在壩址區(qū)右岸高邊坡平洞PD19 內(nèi)F9斷層破碎帶斷層核部糜棱巖上進行了2 組巖體原位變形試驗，試驗最大應(yīng)力為5.0MPa，試驗采用剛性承壓板法，承壓板面積為2003cm2。試驗采用板上4 個測表的變形平均值作為巖體變形值，剛性承壓板法試驗變形參數(shù)按下列公式計算;

式中 Ε——變形模量或彈性模量，MPa;當(dāng)以全變形W0代入式中計算時為變形模量E0;當(dāng)以彈性變形We代入式中計算時為變形模量Ee;

μ——巖體泊松比;

P——按承壓板面單位面積計算的壓力，MPa;

D——承壓板直徑，cm;

W——巖體表面變形，cm。

距洞口14m 和17m 處在飽和7 天后采用逐級一次循環(huán)法進行試驗。PD19－DM1 (14m 處)變形模量E0為 (0.16 ～0.23) ×103MPa，彈性模量Ee為(0.71 ～1.09) ×103MPa;PD19－DM2 (17m 處)變形模量E0為(0.38 ～0.50) ×103MPa，彈性模量Ee為(0.63 ～1.25) ×103MPa。由試驗結(jié)果看，符合糜棱巖浸水后軟化的特性。試驗成果詳見圖1、圖2。

圖1 阿爾塔什水利樞紐工程PD19－DM1 巖體原位變形試驗成果

圖2 阿爾塔什水利樞紐工程PD19－DM2 巖體原位變形試驗成果

3 F9斷層糜棱巖物理性分析

另外，在試驗點PD19－DM1 (14m)、PD19－DM2 (17m)進行了天然干密度及顆粒分析試驗，其天然干密度為2.22 ～2.24g/cm3，天然含水率為1.3% ～1.4%。由顆粒分析試驗結(jié)果可知，粒徑大于20mm 的粗礫含量為0.5% ～1.0%，粒徑20 ～5mm 的中礫含量為11.0% ～15.5%，粒徑5 ～2mm 的細礫含量為19.5% ～32.0%，2 ～0.5mm 的粗砂含量為24.0%，0.5 ～0.25mm 的中砂含量為6.5% ～8.5%，0.25 ～0.075mm 的細砂含量為10.0% ～15.0%，0.075 ～0.005mm 的粉粒含量為10.5% ～19.5%，小于0.005mm 的黏粒含量為1.0% ～1.5%，分別定名為含細粒土礫(GF)、粉土質(zhì)砂(SM)。試驗成果詳見表1。

表1 F9 斷層糜棱巖顆粒分析及天然密度試驗成果

4 結(jié) 語

原位巖石試驗PD19 平洞位于壩軸線右岸高邊坡中部F9斷層上，糜棱巖物理力學(xué)特性決定著壩體安全穩(wěn)定性，特在此處進行了兩組原位飽和變形試驗，飽和變形模量值為0.16 ～0.50MPa，飽和彈性模量值為0.63 ～1.25MPa。該斷層糜棱巖彈、變模量值偏低，天然干密度偏低，建議對該斷層進行灌漿及錨索處理。本試驗結(jié)果可為建模計算高邊坡穩(wěn)定性提供可靠的計算參數(shù)，也可為類似工程提供借鑒。

常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊(第四版)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006:280-284.