葠窩水庫(kù)壩基巖體質(zhì)量分析評(píng)價(jià)

豐亞麗

(遼寧省盤(pán)錦水文局，遼寧 盤(pán)錦 124010)

1 概 述

根據(jù)葠窩水庫(kù)的詳細(xì)調(diào)查和壩基基礎(chǔ)的開(kāi)挖，確定其巖性主要為前震旦系的變質(zhì)巖，產(chǎn)狀為350°SW∠65°-70°，與壩軸大致平行，壩基的主要巖性特征如下：

1)石英變粒巖為灰黑色，呈隱晶質(zhì)，致密結(jié)構(gòu)，高巖石強(qiáng)度和硬度，耐風(fēng)化力強(qiáng)，在壩址廣泛暴露。

2)黑云母石英花崗巖為新鮮巖石，呈淺灰色，其風(fēng)化巖石為淺黃色，巖體較為發(fā)達(dá)，但其耐候性相對(duì)較弱，大部分分布在左岸壩基上。

3)云母綠泥石片巖為黃綠色，但其耐候性相對(duì)差，形狀比較明顯，風(fēng)化程度較深，呈條帶狀分布在在壩址處。挖掘施工發(fā)現(xiàn)如果有云母綠泥石片巖段，它們都顯示出深風(fēng)化槽或風(fēng)化囊形狀。

4)石英巖脈：乳白色，沿縫隙侵入，分布寬度約1-5cm，分布在4號(hào)和5號(hào)壩段，周?chē)鷰r石及巖脈的結(jié)合及其緊密[1]。

2 壩段構(gòu)造特點(diǎn)

斷層結(jié)構(gòu)在壩址處形成，結(jié)構(gòu)線主要是以壩體軸線的推斷層和逆斷層及平行壩軸的剪切節(jié)理為主，由于斷層結(jié)構(gòu)斷裂，壩址區(qū)的巖體大部分已經(jīng)破碎。由大壩基礎(chǔ)的開(kāi)挖揭露了35個(gè)不同大小的斷層，斷層寬度從0.05到1.80 m變化不等，延伸的長(zhǎng)度最小約為10 m，最大長(zhǎng)度超過(guò)200 m，它們中的大多數(shù)平行于大壩軸線，并貫穿整個(gè)大壩基礎(chǔ)。根據(jù)分布位置，斷裂性質(zhì)，發(fā)生周期和發(fā)生特征，可將壩址區(qū)域的斷裂斷裂帶大致可分為6組。

2.1 右岸壩肩貫通河床斷層

該斷層在N20°-29°E，趨于NW，傾角為58°-71°，是具有平推特性的逆斷層。例如F26、F17、F18和F01-06、F09-10，每個(gè)斷層的間距在1到16 m之間。斷層斷裂帶的寬度沿延伸方向變化很大，較小的斷裂帶<1 cm，而寬度>1 m。斷層可分為斷層泥及斷層角礫巖，除F18外，此該斷層對(duì)泄漏的影響很小。

2.2 壩基軸線的河床附近的斷層

該組斷層走向N20°-28°W，趨勢(shì)為SW，傾角為55°-75°，為逆斷層[2]，斷層的分布寬度是不同的，斷裂帶5-8cm處有裂縫，斷裂帶寬約為1.0m。這組斷層主要是由F40組成，跨越8號(hào)-24號(hào)壩段，其次是7條F59-63和F40-41，斷層平行間距一般為2-4m和8-10m。

2.3 壩基平推斷層

平推斷層大部分較平坦的，走向N20°-30°W，傾向?yàn)镾W，傾角為57°-65°，斷層破碎帶的寬度約為0.4-1.4m，且斷層物質(zhì)較為明顯，F(xiàn)65分布在25-31號(hào)壩段處是該組斷層的主體，另外，還有一些小斷層。

2.4 左岸斜穿壩線斷層

該斷層走向?yàn)镹38°-42°E，傾向于SE，傾角58°-67°，屬于具有平推性的逆斷層，該組斷層由五個(gè)大小和寬度不同的斷層組成，這些包括F10、F10-1、F64、F8和F8-1，每個(gè)斷層的總間距為8m，最大間距為15m，由于巖石的破裂，斷層致密，并與大壩的上游和下游連通，因此對(duì)大壩的穩(wěn)定性和滲漏影響很大[2]

2.5 垂直壩軸斷層

該斷層走向?yàn)镹75°-85°E，傾向?yàn)镹W，傾角46°-74°，由一組較小的正斷層組成，延伸較短，斷層斷裂帶相對(duì)狹窄，一般寬度僅有20-40cm。

2.6斜壩基礎(chǔ)小斷層

該組中的斷層主要包括F16壩段的10號(hào)-12號(hào)，F(xiàn)39的20號(hào)和21號(hào)，F(xiàn)10的29號(hào)，走向 N48°-54°W，向SW傾斜，傾斜角度為70°-72°。斷層上形成刮痕，斷層泥和碎石塊，寬度為4-40cm，它相對(duì)于壩線傾斜，但不穿透上下壩的基礎(chǔ)。

3 壩基巖體的風(fēng)化特性

大壩基礎(chǔ)調(diào)查結(jié)果表明，風(fēng)化巖石隨著深度的增加而逐漸減小[3]。壩址各部位風(fēng)化巖隨深度變化規(guī)律見(jiàn)表1。

表1 不同部位風(fēng)化巖隨深度變化規(guī)律

不同的巖性具有不同程度的風(fēng)化作用，通常，在壩址上的花崗石的風(fēng)化程度沒(méi)有顯著差異，相比之下，綠泥石片巖的耐候性極差，快速風(fēng)化，其風(fēng)化變質(zhì)程度深，左岸和電站廠房下游河床壩段下游的綠泥石片巖弱風(fēng)化層埋藏深度為10-13m，是該地區(qū)弱風(fēng)化層埋藏深度的1倍以上，在壩基開(kāi)挖后，右岸1-4號(hào)壩底面為弱風(fēng)化巖石頂面，5-23號(hào)壩段為河床壩段，壩體各段開(kāi)挖面不平坦，高差約1.5m，灌漿廊道和排水廊道開(kāi)挖深度相對(duì)較大，基巖面高程基本控制在53m和55m，其軸線呈槽形，相對(duì)壩體基礎(chǔ)寬度為8-9m，深度為3-4m，左岸24號(hào)-31號(hào)坡段的底面為弱風(fēng)化巖石頂面。根據(jù)以上壩基開(kāi)挖分析，大部分壩段建在弱風(fēng)化巖石的中上部，小部分壩段建在弱風(fēng)化巖石的下部和頂部，大壩基礎(chǔ)開(kāi)挖深度不大[4]。

4 壩基巖體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)

在調(diào)查期和施工期，對(duì)巖性為石英及云母石英變粒巖兩個(gè)巖性微風(fēng)化巖和弱風(fēng)化巖進(jìn)行了許多力學(xué)測(cè)試。其試驗(yàn)成果詳見(jiàn)表2-表4。

表2 石英變粒巖抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)成果表

抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)成果見(jiàn)圖1-圖4。

圖1 剪應(yīng)力-垂直應(yīng)力(τ-p)關(guān)系線圖(抗剪斷-第Ⅱ階段)

圖 2 剪應(yīng)力-垂直應(yīng)力(τ-p)關(guān)系曲線圖(抗剪斷-第I階段(末尾值))

符號(hào)說(shuō)明；×-新鮮巖石；△-片巖；O-變粒巖的；微風(fēng)化巖；●-變粒巖的；弱風(fēng)化巖圖3 剪應(yīng)力與垂直應(yīng)力(τ-p)關(guān)系線圖(抗剪試驗(yàn)-第Ⅱ階段)

圖 4 剪應(yīng)力與垂直應(yīng)力(τ-p)關(guān)系曲線圖(抗剪試驗(yàn)-第I階段(末尾值))

試驗(yàn)階段新鮮變粒巖石新鮮的綠泥石片巖微風(fēng)化變粒巖強(qiáng)風(fēng)化變粒巖抗剪斷試驗(yàn)第Ⅰ階段末尾值第Ⅱ階段φ58.5°55°55°50°f1.631.431.431.20C12.35.55.55.2φ68°62°64°62°f2.481.882.051.88C18.26.07.27.0抗剪試驗(yàn)第Ⅰ階段末尾值第Ⅱ階段β24°28°32°32°f0.450.530.630.63C2.22.54.04.0β31°31°31°31°f0.60.60.60.6C7.68.49.29.2

技術(shù)設(shè)計(jì)階段根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)成果對(duì)壩基不同巖性變形模量提出建議值，見(jiàn)表4。

表4 壩址不同巖性及構(gòu)造帶變形模量建議值表

5 壩基巖體質(zhì)量分析評(píng)價(jià)

巖體強(qiáng)度、風(fēng)化程度及完整性和環(huán)境濕度影響是影響壩基巖體質(zhì)量的主要因素?？紤]到以上的因素，對(duì)壩基各壩段的巖體進(jìn)行定量分析和評(píng)價(jià)。見(jiàn)表5。

表5 各壩段巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)表

從表5可知，葠窩水庫(kù)壩基弱風(fēng)化巖巖體質(zhì)量中等，屬于Ⅲ級(jí)巖體，巖石質(zhì)量較好，略受水的影響，巖體質(zhì)量受巖體完整性和風(fēng)化程度控制，對(duì)壩體抗滑穩(wěn)定影響較大。

根據(jù)現(xiàn)行《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)壩基各壩段巖體質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定。壩址巖石抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明，壩基各壩段變粒巖以弱風(fēng)化為主，抗壓強(qiáng)度平均值均>100MPa，屬于堅(jiān)硬巖。采用規(guī)范中巖體質(zhì)量指標(biāo)(BQ)計(jì)算公式：

BQ=90+3Rc+250Kv

(1)

式中：Rc為巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度，MPa；Kv為巖體完整性系數(shù)。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 各壩段巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)表

根據(jù)表6巖體質(zhì)量指標(biāo)，對(duì)壩基巖體進(jìn)行質(zhì)量分級(jí)，其中1號(hào)-3號(hào)壩段壩基巖體為Ⅱ級(jí)，其它壩段壩基巖體為Ⅲ級(jí)。

表7 各壩段壩基表層巖芯采取率及RQD值統(tǒng)計(jì)表

從表7統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，大多壩段壩基巖芯采取率低于85%，采取率低于70%的壩段就有5個(gè)壩段；完整率(RQD)< 50%的壩段有24個(gè)，其中<20%的壩段有13個(gè)，<5%的壩段有7個(gè)?？傮w上可以看出，壩基巖體完整性從右岸向左岸逐漸變差，壩基巖體質(zhì)量較差，基本以Ⅳ級(jí)巖體為主，Ⅲ級(jí)巖體相對(duì)略少。

6 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)分析可知，壩體混凝土骨料級(jí)配不均，粗細(xì)相差懸殊。因技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的限制，未檢測(cè)到聚集堿的活性，混凝土中有小氣孔，這些孔是部分致密的，并且致密性不足，從而嚴(yán)重威脅了大壩的安全。壩基巖體完整性從右岸向左岸逐漸變差，壩基巖體質(zhì)量較差，基本以Ⅳ級(jí)巖體為主，Ⅲ級(jí)巖體相對(duì)略少。