某水電站壩基巖體質(zhì)量分級(jí)研究

摘 要 某水電站壩基巖體主要發(fā)育左岸壩基發(fā)育硅質(zhì)板巖、變質(zhì)砂巖、絹云母石英片巖、炭質(zhì)板巖，巖性與巖相的組合較復(fù)雜，如何對(duì)壩基巖體質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確系統(tǒng)的評(píng)價(jià)具有十分重要的意義。在對(duì)壩基巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)研究的基礎(chǔ)上，分別對(duì)壩基巖體巖性與巖相組合特征、巖石強(qiáng)度及巖體結(jié)構(gòu)和巖體聲波特征等進(jìn)行了研究，最后對(duì)該水電站壩基巖體質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞 壩基 巖體質(zhì)量分級(jí) 水電站

中圖分類號(hào)：TV642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

壩基巖體質(zhì)量分級(jí)是復(fù)雜巖體工程質(zhì)量的分解和歸納。它既是研究巖體工程質(zhì)量的一種手段，又是表征巖體工程特性的一種方法，是工程巖體穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)。在工程設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)巖體工程間起著橋梁的作用。巖體質(zhì)量分類從20世紀(jì)40年代的太沙基分類（ 1946年）等開始，先后經(jīng)歷了美國(guó)迪爾的RQD分級(jí)、挪威學(xué)者巴頓針對(duì)地下工程巖體的Q 系統(tǒng)分類、南非波蘭籍學(xué)者比尼奧斯基的地質(zhì)力學(xué)分類（ RMR）、R.P.米勒提出的以巖塊抗壓強(qiáng)度和模量比作為分類標(biāo)志的分類方案，以及日本電力中央研究所菊地宏吉的壩基巖體分類等。我國(guó)壩基巖體分類的研究工作起步較晚，從20 世紀(jì)50年代至70年代中期，主要以巖體風(fēng)化程度作為巖體工程地質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)，并將這種分級(jí)列入《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（SDJ14-78）。隨后，以中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)所谷德振教授為首創(chuàng)建的《巖體工程地質(zhì)力學(xué)》分級(jí)方案在地下及地面工程巖體分類中得到廣泛應(yīng)用；1979 年谷德振、黃鼎成又提出了巖體質(zhì)量系數(shù)Z分級(jí)。這些研究對(duì)推動(dòng)我國(guó)水電工程巖體質(zhì)量分類的研究起了促進(jìn)作用。進(jìn)入20 世紀(jì)80年代后，我國(guó)對(duì)壩基巖體分類及評(píng)價(jià)，已由單因素向多因素、由定性向定量方向發(fā)展。中國(guó)水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院于1988年提出壩基巖體質(zhì)量分級(jí)表，主要依據(jù)巖石強(qiáng)度、巖體結(jié)構(gòu)特征、巖體受力條件3個(gè)基本因素進(jìn)行分級(jí)，同時(shí)給出各類巖體力學(xué)參數(shù)，基本做到了定性與定量相結(jié)合。

1壩基巖體質(zhì)量分級(jí)方法及標(biāo)準(zhǔn)

壩基巖體質(zhì)量分級(jí)作為其中的一種，是將壩作用和影響范圍內(nèi)的巖體按照巖石介質(zhì)和巖體工程特性的優(yōu)劣及其對(duì)建壩的適宜程度而進(jìn)行的等級(jí)劃分。西藏境內(nèi)某水電站壩址區(qū)出露地層主要為郎杰學(xué)群的姐德秀組第一段T3j1的硅質(zhì)板巖、絹云母石英片巖、變質(zhì)砂巖夾炭質(zhì)板巖，巖石組合較復(fù)雜；巖體內(nèi)層面、小斷層及節(jié)理裂隙較發(fā)育；兩岸均有深厚覆蓋層，表部巖體受卸荷作用影響較弱。因此，在進(jìn)行巖體質(zhì)量分級(jí)時(shí)，首先以巖體所屬地層層位和巖石組合特征為基礎(chǔ)，同時(shí)考慮巖體結(jié)構(gòu)特征及卸荷作用影響程度，進(jìn)行基本工程地質(zhì)單元?jiǎng)澐趾蛶r體質(zhì)量初步分級(jí)；其次對(duì)初分巖級(jí)與巖體力學(xué)試驗(yàn)成果進(jìn)行相關(guān)分析，研究主要地質(zhì)因素與巖體力學(xué)參數(shù)的相關(guān)性和規(guī)律性，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行巖級(jí)的調(diào)整、歸納，并參照水電壩基巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)形成最終的巖體質(zhì)量分級(jí)體系。

2巖性與巖相組合特征

變質(zhì)砂巖：全名細(xì)粒絹云母長(zhǎng)英變質(zhì)砂巖，從手標(biāo)本看為灰色細(xì)粒粒狀結(jié)構(gòu)，具半定向構(gòu)造，巖石組分以細(xì)粒石英斜長(zhǎng)石礦物為主，含少許細(xì)小鱗片狀絹云母。

絹云母石英片巖：全名細(xì)粒條紋狀含鈣質(zhì)（炭質(zhì)）絹云母石英片巖，從手標(biāo)本看為灰黑色細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造較發(fā)育，片理面相對(duì)較粗糙，巖石組分主要由細(xì)粒石英和絹云母組成，含鈣質(zhì)，加冷稀鹽酸起泡較強(qiáng)烈。

炭質(zhì)板巖：從手標(biāo)本看為灰黑色隱晶質(zhì)，板狀劈理較發(fā)育，新鮮斷面具砂感，并輕微染手，巖石組分由隱晶質(zhì)碳質(zhì)及粉砂質(zhì)碎屑組成。

3壩基巖體質(zhì)量分級(jí)及巖體工程力學(xué)參數(shù)取值

在淺表風(fēng)化卸荷帶內(nèi)，巖體工程地質(zhì)分類主要依據(jù)風(fēng)化卸荷程度確定，而在微風(fēng)化～新鮮巖體內(nèi)，主要依據(jù)巖性與巖相組合、巖石強(qiáng)度及巖體結(jié)構(gòu)、聲波等確定。針對(duì)某水電站壩基巖體工程地質(zhì)特點(diǎn)，將壩基巖體劃分為Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅳ1、Ⅳ2和Ⅴ級(jí)共3個(gè)巖級(jí)5個(gè)亞級(jí)見表2。

其中微風(fēng)化～新鮮的硅質(zhì)板巖和絹云母石英片巖夾變質(zhì)砂巖的工程地質(zhì)分類，變質(zhì)砂巖為堅(jiān)硬巖，絹云母石英片巖強(qiáng)度較高，屬中硬巖偏堅(jiān)硬巖類，硅質(zhì)板巖總體上為軟質(zhì)巖。絹云母石英片巖和硅質(zhì)板巖夾變質(zhì)砂巖總體上以中厚層狀結(jié)構(gòu)為主，但在硅質(zhì)板巖集中分布處則為薄層狀結(jié)構(gòu)。該套巖層相變較大，難以將三種巖性截然分開，根據(jù)斜孔、平硐和地表露頭揭示了壩區(qū)500余米厚的地層剖面，從巖性與巖相組合，將其分為5個(gè)大層（工程地質(zhì)巖組），其中T3j1-1、T3j1-3巖組為硅質(zhì)板巖和絹云母石英片巖夾變質(zhì)砂巖，T3j1-5巖組為硅質(zhì)板巖和絹云母石英片巖與變質(zhì)砂巖不等厚互層。在T3j1-1和T3j1-3巖組中，厚度較大且相對(duì)集中分布的變質(zhì)砂巖約占20～30%，且在絹云母石英片巖和硅質(zhì)板巖中還分布有少量中厚層狀的變質(zhì)砂巖，這對(duì)該巖組的整體強(qiáng)度和工程性狀有一定的改善作用。此外，從鉆孔聲波結(jié)果看，微風(fēng)化～新鮮的絹云母石英片巖和硅質(zhì)板巖夾變質(zhì)砂巖均值絕大多數(shù)在4200m/s以上，小值平均～平均聲波為4000m/s～4200m/s，且較均一。因此，將T3j1-1和T3j1-3巖組中微風(fēng)化～新鮮的硅質(zhì)板巖和絹云母石英片巖夾變質(zhì)砂巖劃分為Ⅲ2級(jí)巖體。

各級(jí)巖體特征如下：

Ⅲ1級(jí)巖體：微風(fēng)化～新鮮、無(wú)卸荷的變質(zhì)砂巖為主、夾硅質(zhì)板巖和絹云母石英片巖，堅(jiān)硬巖，巖體以中厚層狀結(jié)構(gòu)為主，部分薄層狀結(jié)構(gòu)，完整性較好，結(jié)構(gòu)面中等發(fā)育，間距0.2～0.4m，2～3組裂隙，裂面閉合，裂面新鮮～輕銹，無(wú)充填，結(jié)合緊密，巖體弱透水，該級(jí)巖體屬良好壩基。壩基的第2、第4巖組主要是Ⅲ1級(jí)巖體。

Ⅲ2級(jí)巖體：分為兩類，一類是微風(fēng)化～新鮮、無(wú)卸荷的硅質(zhì)板巖和絹云母石英片巖為主，夾變質(zhì)砂巖；另一類是硅質(zhì)板巖、絹云母石英片巖與變質(zhì)砂巖不等厚互層。巖體呈薄～中厚層狀和互層狀結(jié)構(gòu)，較完整～完整性差，中硬巖為主、部分軟質(zhì)巖。結(jié)構(gòu)面中等發(fā)育，間距0.1～0.3m，2～3組裂隙，裂面閉合，少量張開，裂面新鮮～輕銹，無(wú)充填，結(jié)合較緊密。巖體弱透水，該級(jí)巖體經(jīng)適當(dāng)工程處理后可作為壩基利用。壩基的第1、第3和第5巖組主要是Ⅲ2級(jí)巖體。

Ⅳ1級(jí)巖體：分為兩類，一類是弱風(fēng)化、弱卸荷的壩基各巖組，屬軟質(zhì)巖。即第1、第3巖組的硅質(zhì)板巖和絹云母石英片巖為主，夾變質(zhì)砂巖；第2、第4巖組的變質(zhì)砂巖為主、夾硅質(zhì)板巖和絹云母石英片巖；第5巖組的硅質(zhì)板巖、絹云母石英片巖與變質(zhì)砂巖不等厚互層。巖體完整性差～較破碎，結(jié)構(gòu)面發(fā)育3～4組，間距0.1～0.3m，裂面普遍張開1～5mm，裂面中銹，少量充填巖屑、泥，較松弛，巖體中等透水為主，裂隙張開松弛。另一類是微風(fēng)化～新鮮巖體內(nèi)集中分布的炭質(zhì)板巖。Ⅳ1級(jí)巖體不可直接利用，在壩基內(nèi)集中分布的炭質(zhì)板巖需進(jìn)行刻槽、置換等處理。

Ⅳ2級(jí)巖體：壩基分布的弱風(fēng)化、強(qiáng)卸荷各巖組，軟巖。碎裂結(jié)構(gòu)，巖體破碎，結(jié)構(gòu)面極其發(fā)育，裂面普遍張開1～5mm，間距0.1～0.3m，裂面強(qiáng)銹，充填巖屑、泥，松弛，巖體中～強(qiáng)透水。工程地質(zhì)性狀差，壩基及其他建筑物不可直接利用，需挖除。

Ⅴ級(jí)巖體：斷層破碎帶及其影響帶。巖體破碎，屬碎裂～散體狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較松馳，透水性強(qiáng)，工程地質(zhì)性狀差，在壩基出露需進(jìn)行刻槽或置換處理。

4結(jié)論

（1）Ⅲ1級(jí)巖體為良好壩基可直接利用，Ⅲ2級(jí)巖體經(jīng)適當(dāng)工程處理后可作為壩基利用，可作系統(tǒng)的加強(qiáng)固結(jié)灌漿，提高其整體強(qiáng)度和均一性，滿足壩基承載和變形要求；

（2）對(duì)建基面上出露或淺埋的斷層破碎帶、裂隙密集帶、炭質(zhì)板巖構(gòu)成的Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅴ級(jí)巖體，應(yīng)挖除，作適當(dāng)?shù)目滩?、置換混凝土。

作者簡(jiǎn)介：劉萍萍（1972-）女，河南偃師人，工程師，從事水利工程建設(shè)和移民征遷設(shè)計(jì)工作。

參考文獻(xiàn)

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