魚洞峽水庫(kù)壩基聲波測(cè)試及其成果分析

黃郅淋

(貴州省水利科學(xué)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002)

魚洞峽水庫(kù)壩基聲波測(cè)試及其成果分析

黃郅淋

(貴州省水利科學(xué)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002)

以貴陽(yáng)市魚洞峽水庫(kù)壩基工程勘測(cè)為例，基于聲波測(cè)試原理與方法，采用聲波測(cè)試技術(shù)在魚洞峽水庫(kù)壩基質(zhì)量勘測(cè)作業(yè)中進(jìn)行具體應(yīng)用。通過(guò)采取聲波測(cè)試技術(shù)進(jìn)行巖體勘測(cè)作業(yè)情況及測(cè)試結(jié)果來(lái)看，聲波測(cè)試技術(shù)能夠準(zhǔn)確的測(cè)試出水庫(kù)壩基的質(zhì)量情況，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

魚洞峽水庫(kù)工程；壩基質(zhì)量；勘測(cè)作業(yè)；聲波測(cè)試

隨著能源建設(shè)工程的不斷推廣，水電站基礎(chǔ)建設(shè)也隨之增加。水電站工程作為永久性工程，其安全性要求較高，因此做好工程前期質(zhì)量勘測(cè)，有著重要的意義。聲波測(cè)試作為壩基巖體勘測(cè)作業(yè)的常用技術(shù)，能夠確保巖體的完整性，高效的完成壩基質(zhì)量測(cè)試作業(yè)，對(duì)壩基巖體勘測(cè)，有著積極的作用。

1 魚洞峽水庫(kù)工程概述

魚洞峽水庫(kù)工程位于貴陽(yáng)市烏當(dāng)區(qū)東風(fēng)鎮(zhèn)頭堡村，地處長(zhǎng)江流域?yàn)踅登逅拥脑搭^河流——南明河的二級(jí)支流魚洞河上，壩址以上集水面積118 km2，多年平均流量2.06 m3/s，多年平均徑流量6490萬(wàn)m3。水庫(kù)正常蓄水位1075 m，總庫(kù)容1860萬(wàn) m3，死水位1035 m。水庫(kù)與水廠間引水鋼管出口設(shè)發(fā)電廠房，裝機(jī)640 kW。水廠日處理能力為10萬(wàn)t/d。

2 波測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用

2.1 聲波測(cè)試原理

聲波是能量傳遞的主要方式，具有波的全部特性，波的傳播速度以及頻率等，與其傳播介質(zhì)有著直接的關(guān)系，聲波測(cè)試便是基于此特性，將巖體作為傳播介質(zhì)，基于巖體彈性性質(zhì)，進(jìn)行壩基巖體勘測(cè)。通常情況下巖體密度越大，則說(shuō)明巖體完整性就越好，而風(fēng)化程度便越小，聲波傳播的波速較大。巖體密度越小，則巖體的完整性就越差，巖體的風(fēng)化程度越大，波速較小[1]。

2.2 聲波測(cè)試的應(yīng)用方法

聲波測(cè)試應(yīng)用方法如下：

(1)選定測(cè)試位置。在進(jìn)行壩址選擇的過(guò)程中，確定橫縱向位置，并且確保聲波波速與變形測(cè)試的范圍，并且擬定水庫(kù)大壩巖體所具有的抗剪斷強(qiáng)度。完成基礎(chǔ)計(jì)算工作后，開展實(shí)地測(cè)試，布設(shè)橫縱向勘測(cè)線。

(2)聲波CT測(cè)試。對(duì)水庫(kù)大壩壩體的檢測(cè)孔進(jìn)行聲波CT測(cè)試，明確壩基巖體的綜合波速值。

(3)同時(shí)進(jìn)行其他試驗(yàn)。在進(jìn)行聲波CT測(cè)試的過(guò)程中，還需要進(jìn)行鉆孔聲波與巖芯取樣測(cè)試等，分析各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)關(guān)系。通?？v向測(cè)試采取的是單孔聲波測(cè)試方法，而橫向測(cè)試多采取跨孔聲波測(cè)試方法。聲波測(cè)試時(shí)多使用手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，孔深為2.5～3.0 m，鉆孔徑為45 mm。炮孔底以下深度>3 m，跨孔孔距在1.5～2.0 m范圍內(nèi)[2]。

2.3 實(shí)際應(yīng)用案例

鉆孔布置和測(cè)試剖面：在對(duì)壩址巖體開挖后，根據(jù)壩址處巖體節(jié)理裂隙發(fā)育、破碎情況和風(fēng)化程度，根據(jù)設(shè)計(jì)、監(jiān)理的要求，在現(xiàn)場(chǎng)布置9個(gè)鉆孔，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)、監(jiān)理和施工單位的要求確定9個(gè)測(cè)試剖面。

巖樣波速測(cè)試：本次現(xiàn)場(chǎng)取樣20余件(巖塊)，在對(duì)所取巖塊進(jìn)行切磨、制樣后，分三組對(duì)(天然含水狀態(tài)下)巖塊進(jìn)行了超聲波測(cè)試。

單元?jiǎng)澐郑簩r塊縱波波速平均值(6185 m/s)作為本場(chǎng)地完整巖體的平均縱波波速值，以此求取實(shí)測(cè)巖體剖面的完整性指數(shù)KV，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖體縱波波速特征，本場(chǎng)區(qū)聲波測(cè)試范圍內(nèi)巖體主要可劃分為B、C兩類巖質(zhì)單元，巖體完整性主要呈完整和較完整兩類。

3 壩基聲波測(cè)試結(jié)果分析

3.1 聲波測(cè)試數(shù)據(jù)變化規(guī)律

水庫(kù)壩基巖體勘測(cè)作業(yè)中,所采取的聲波測(cè)試技術(shù)主要是利用聲波接收儀來(lái)獲取數(shù)據(jù)信息，再利用接受換能裝置，將其轉(zhuǎn)化為可讀電信號(hào)，借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理?；趲r體波速受到巖體地質(zhì)構(gòu)造的影響，使其強(qiáng)度參數(shù)與發(fā)育程度等有著差異，數(shù)值差異較大，因此不可以單采取單孔法進(jìn)行測(cè)試，需要結(jié)合跨孔測(cè)試法，以全面的測(cè)試出壩體質(zhì)量[3]。在魚洞峽水庫(kù)聲波測(cè)試中，根據(jù)超聲波測(cè)試數(shù)據(jù)知，巖樣縱波波速最小值為5038 m/s，最大值為6727 m/s，平均值為6185 m/s。作為本場(chǎng)地完整巖體的平均縱波波速值，以此求取實(shí)測(cè)巖體剖面的完整性系數(shù)KV。

3.2 聲波測(cè)試質(zhì)量測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)對(duì)聲波法測(cè)試壩基巖體構(gòu)造有著相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，明確提出構(gòu)造數(shù)值與相應(yīng)的地質(zhì)情況標(biāo)準(zhǔn)，若波速比<0.4，則巖體屬于全風(fēng)化。當(dāng)波速比介于0.4～0.6范圍內(nèi)，則巖體屬于強(qiáng)風(fēng)化。當(dāng)波速比介于0.7～0.8范圍內(nèi)，則巖體屬于弱風(fēng)化。當(dāng)波速比>0.8，則巖體為微新巖體。聲波測(cè)試能夠直接的反映出深層巖體的具體情況，若波速>5200 m/s，則巖體屬于Ⅱ類巖體。當(dāng)波速介于4200～5200 m/s范圍之間，則屬于Ⅲ1類巖體。當(dāng)波速介于3800～4200 m/s范圍內(nèi)，則巖體為Ⅲ2類。當(dāng)波速<3800 m/s，則為Ⅳ類巖體。魚洞峽水庫(kù)聲波測(cè)試場(chǎng)區(qū)巖體縱波主要有三個(gè)波速區(qū)域，即小于4000 m/s、4000～5000 m/s和大于5000 m/s，多為Ⅲ類巖體[4]。

3.3 繪制聲波測(cè)試數(shù)據(jù)

水庫(kù)壩基巖體勘測(cè)中運(yùn)用聲波測(cè)試技術(shù)，在進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中，需要測(cè)試各種深度的測(cè)孔，完成測(cè)試作業(yè)后，則需要進(jìn)行測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)匯總，基于聲波測(cè)試結(jié)果，對(duì)各深度情況，繪制等值線圖，再根據(jù)等值線圖，進(jìn)行測(cè)試巖體完整構(gòu)造圖測(cè)試。在進(jìn)行巖體構(gòu)造圖繪制的過(guò)程中，可以按照測(cè)量深度變化情況，來(lái)繪制巖體縱向數(shù)值圖，或者按照水平跨孔測(cè)試數(shù)據(jù)，進(jìn)行橫向巖體完整圖的繪制。

3.4 數(shù)據(jù)解釋

完成壩基巖體測(cè)試構(gòu)造圖繪制后，則需要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)解釋測(cè)試數(shù)值變化情況，這也是聲波測(cè)試巖體的關(guān)鍵。在進(jìn)行數(shù)值分析的過(guò)程中，需要確定壩基巖體下方情況，看其是否存在軟弱帶或者隱伏溶洞等，進(jìn)而為勘測(cè)地質(zhì)選擇提供數(shù)據(jù)支持[5]。在魚洞峽水庫(kù)聲波測(cè)試中，據(jù)實(shí)測(cè)波速判斷和現(xiàn)場(chǎng)鉆探觀察，在壩基巖體中，即聲波測(cè)試范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)軟弱夾層和溶洞。此次測(cè)試中，縱波波速VP的計(jì)算公式為：

(1)

式中：S為收發(fā)點(diǎn)的間距,m；tp為縱波傳播的時(shí)間,s。

在測(cè)試巖樣縱波波速VPR后，利用公式

(2)

計(jì)算出巖體各段的完整性系數(shù)KV。本次聲波測(cè)試地質(zhì)解釋，根據(jù)某剖面(沿鉆孔深度)的縱波波速和巖體各段的完整性系數(shù)的變化特征，作出該巖體結(jié)構(gòu)(裂隙發(fā)育程度、破碎等)、巖性劃分、不同風(fēng)化程度的地質(zhì)解釋、綜合評(píng)價(jià)，測(cè)試結(jié)果部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1所示?；跍y(cè)試結(jié)果能夠得出A-B剖面較為完整，巖體單元為B；B-C剖面巖體較為完整，巖體單元為B；A-C剖面巖體較為完整，巖體單元為C。

表1 貴陽(yáng)市魚洞峽水庫(kù)工程壩基測(cè)試結(jié)果(部分?jǐn)?shù)據(jù))

4 結(jié) 論

采取聲波測(cè)試法，對(duì)魚洞峽水庫(kù)壩基巖體的完整性進(jìn)行測(cè)試，就測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，壩基巖體較為完整，并且聲波測(cè)試范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)軟弱夾層和溶洞。借助聲波測(cè)試法，按照測(cè)試流程與方法，能夠準(zhǔn)確的測(cè)試出巖體情況，包括深層次情況，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

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[2] 余燦林，楊宏偉，吳宗宇，等.三維可視化在壩基巖體單孔聲波測(cè)試數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2014，28(2):103-106.

[3] 王憲志.蒙自市螞蚱沖水庫(kù)壩基聲波測(cè)試成果分析[J].水利建設(shè)與管理,2014，4(2):67-70.

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黃郅淋(1983-),男，貴州甕安人，工程師，主要從事水利水電質(zhì)量監(jiān)督方面的工作。E-mail：9267099@qq.com。

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