綜合物探方法在西藏DG水電站壩基巖體檢測中的應(yīng)用

楊震中，趙建剛，吳遠(yuǎn)果

(1.中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550081； 2.水電九局西藏建設(shè)工程有限公司，西藏 拉薩 850000)

水電大壩作為擋水建筑物，對兩岸人民生命財(cái)產(chǎn)安全至關(guān)重要，大壩基礎(chǔ)的巖體質(zhì)量是整個(gè)工程的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，要想大壩牢固穩(wěn)定，大壩的基礎(chǔ)是否滿足規(guī)范要求則尤為重要[1]。在壩基巖體質(zhì)量復(fù)核與評價(jià)體系中，常采用物探手段，利用其快速、便捷、對結(jié)構(gòu)無損等特點(diǎn)進(jìn)行巖體質(zhì)量檢測[2]。由此查明壩基巖體開挖對建基巖體表面破壞程度，獲得巖體的物理力學(xué)參數(shù)和結(jié)構(gòu)面發(fā)育特性，對建基面的處理、壩基巖體質(zhì)量評價(jià)具有重要意義[3]。

本文以DG水電站壩基開挖物探檢測為例，通過對單孔聲波、跨孔聲波、鉆孔變模、鉆孔全景數(shù)字成像檢測等物探成果資料的綜合分析，得出了壩基巖體波速衰減率、爆破松弛深度、波速、變形模量等力學(xué)參數(shù)和裂隙寬度、走向等地質(zhì)特征，為綜合評價(jià)壩基巖體質(zhì)量、地質(zhì)缺陷處理、基礎(chǔ)灌漿設(shè)計(jì)、壩基巖體穩(wěn)定復(fù)核評價(jià)等提供了有力的技術(shù)支持。

1 工程概況及地質(zhì)條件

西藏DG水電站位于西藏自治區(qū)山南地區(qū)雅魯藏布江干流藏木峽谷河段上，距拉薩市約263 km，為二等大(2)型工程，開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主。正常蓄水位3 447.00 m，相應(yīng)庫容0.552 8億m3。電站裝機(jī)容量660 MW，多年平均發(fā)電量32.045億kWh。電站樞紐建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)及升壓站等組成。攔河壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程3 451.00 m，最大壩高117.0 m，壩頂長385.0 m。

工程區(qū)位于青藏高原中南部高山深谷區(qū)，為岡底斯～念青唐古拉地層區(qū)南部，與雅魯藏布江構(gòu)造巖石地層區(qū)毗鄰。區(qū)內(nèi)沉積巖、巖漿巖、變質(zhì)巖均有出露，其中以巖漿巖、變質(zhì)巖相對發(fā)育，未變質(zhì)的沉積巖相對較少，地層巖性復(fù)雜。壩基主要出露巖性為喜山期黑云母花崗閃長巖，灰白色，中細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)為主，塊狀構(gòu)造?；鶐r巖石致密且強(qiáng)度高，但節(jié)理裂隙較發(fā)育。左岸巖體差于右岸，整體巖石較完整。

DG水電站壩址區(qū)未見區(qū)域性斷裂通過，主要構(gòu)造形跡有斷層、節(jié)理等。共發(fā)育Ⅱ級結(jié)構(gòu)面3條，Ⅲ級結(jié)構(gòu)面25條，Ⅳ級結(jié)構(gòu)面21條，主要以NNW、NNE向?yàn)橹鳎酁槎竷A角結(jié)構(gòu)面，帶內(nèi)一般由碎塊巖、碎裂巖、巖屑及少量泥膜組成。壩址Ⅲ級結(jié)構(gòu)面走向以N10°～30°E為主，占47.83%；傾角多為61°～90°，占91.30%；破碎帶寬度一般21～50 cm，占56.52%。Ⅳ級結(jié)構(gòu)面走向以N10°～20°W為主，占45.45%；傾角多為61°～90°，占72.73%；破碎帶寬度一般5～10 cm，占45.45%。壩基出露Ⅱ級結(jié)構(gòu)面F7，主要出露于7～10號壩段。

在1～17號壩段共布置了60個(gè)鉆孔開展爆破松弛深度及巖體質(zhì)量檢測工作，檢測孔布置見圖1。其中BP鉆孔在開挖至壩基基巖面之前最后1次梯段爆破之前(一般為2 m)進(jìn)行爆前檢測，開挖至建基面高程后進(jìn)行爆后檢測；YT鉆孔進(jìn)行巖體質(zhì)量單孔聲波和鉆孔全景圖像檢測；BP鉆孔和相鄰的YT鉆孔(一般間距為5 m)進(jìn)行跨孔聲波檢測，同時(shí)按照20%的比例抽取YT鉆孔進(jìn)行鉆孔變模檢測。

第四、送滿月孩子銀飾習(xí)俗。自明中后期以來，閩東村落，孩子滿月時(shí)外婆要送銀飾為賀，款式有銀手鐲、銀項(xiàng)圈、銀腳鐲、銀手鈴、銀腳鈴等，這些銀飾一般由打銀師傅打制，很多外面刻有各種道教的符咒，如各種裝飾紋，官印模樣的手鈴，銀鐲子兩頭做成玉如意狀等等，據(jù)言孩子佩戴了銀飾，睡覺時(shí)動一動會發(fā)出響聲，妖魔鬼怪怕這種響聲，不敢靠近，于是孩子就安全了。

地下水類型主要為孔隙性潛水和裂隙性潛水?？紫缎詽撍植加诤哟矁砂稕_洪積層及兩岸山坡平緩處的崩坡積層中，補(bǔ)給來源主要來自大氣降水和冰雪融水。由于壩址區(qū)地形較陡，降雨多迅速形成地表徑流，只有少量滲入地下形成裂隙性潛水，兩岸裂隙性潛水埋藏較深，一般埋深20～100 m，地下水位變幅在0～1 m之間，變幅較小。

2 檢測方案

2.1 檢測方法

使用的檢測方法有：單孔聲波法、跨孔聲波法、鉆孔變形模量法、鉆孔全景數(shù)字成像法等。各種檢測方法的原理，許多學(xué)者已做了詳細(xì)的研究和推導(dǎo)，本文不再重復(fù)敘述[4-5]。檢測過程中，由于單孔聲波和跨孔聲波測試需要有水作為傳播介質(zhì)，在左右岸高程測試范圍內(nèi)無地下水作為介質(zhì)時(shí)，及時(shí)采用了外接水源，并引進(jìn)了國內(nèi)先進(jìn)的干孔聲波探頭，以克服無水的影響。下文將主要介紹各種方法在本項(xiàng)工作中取得的成果和積累的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)。

列寧主張批評自由。但他認(rèn)為批評自由有限度。不論是在俄共（布）黨內(nèi)還是在領(lǐng)導(dǎo)國際共產(chǎn)主義運(yùn)動中，列寧都主張有限度的批評自由。

2.2 檢測布置

對于一個(gè)SST而言，SST回波間隔距離會小于或等于多幀積累時(shí)間內(nèi)的SST運(yùn)動距離，根據(jù)多幀積累時(shí)間和SST運(yùn)動速度得到SST運(yùn)動的距離門限，通過距離門限檢測出可能的SST。

圖1 西藏DG水電站壩基巖體檢測鉆孔布置示意圖

3 檢測成果及分析

3.1 松弛深度

地表巖體由于天然地質(zhì)作用或人類工程活動減載卸荷，內(nèi)部應(yīng)力調(diào)整而引起的變形，可能會對表層巖體造成松弛變化，因此測試保護(hù)層開挖前后建基面巖體聲速的降低程度，可以判定巖體開挖爆破松弛深度及影響程度。

結(jié)合聲波的成果圖表，可得：左岸壩段巖體波速平均值低于右岸壩段，這也與測區(qū)地質(zhì)情況相符；河床壩基建基面以下低波速區(qū)域(波速小于4 050 m/s)隨高程降低而減少；平面上，低波速區(qū)域相對集中在左岸5～10號壩段；深度方向上，5～6號壩段低波速區(qū)域主要分布在3 350 m以上，7～10號壩段低波速區(qū)域主要分布在3 338 m以上(主要為F7斷層影響區(qū)域)，11號壩段低波速區(qū)域主要分布在3 340 m以上。

以上檢測成果揭示，爆后波速范圍為3 321～5 500 m/s，平均波速為4 590 m/s，右岸壩段的波速要高于左岸壩段，這與測區(qū)地質(zhì)條件相符；爆后大部分波速與孔深曲線在距孔口0.8～1.4 m直接出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)或振幅信號明顯減弱現(xiàn)象，淺部巖體波速與振幅均明顯比深部巖體低，爆破松弛與應(yīng)力卸荷共同作用形成的松弛帶深度范圍為0.8～1.4 m，即爆破對0.8～1.4 m深度范圍內(nèi)巖體影響較大；0～1 m深度范圍內(nèi)波速衰減率在4.1%～13.8%左右，平均衰減率為8.75%，屬于正常的松弛影響，在后續(xù)固結(jié)灌漿工作中可進(jìn)行加固處理。

對BP鉆孔在爆前和爆后均進(jìn)行了單孔聲波測試，按照壩段(其中7～10號壩段統(tǒng)一按照河床壩段進(jìn)行歸類)對平均波速、波速平均衰減率進(jìn)行了分類匯總，分段平均波速匯總表見表1，分段平均衰減率見表2。

表1 DG水電站爆破聲波孔各壩段平均波速分段統(tǒng)計(jì)表 m/s

表2 DG水電站爆破聲波孔各壩段波速平均衰減率分段統(tǒng)計(jì)表

通過比較發(fā)現(xiàn)：POD重構(gòu)保留了原始速度場的整體特性，圓柱繞流下游的卡門渦街脫落現(xiàn)象基本上與原始速度場一致；同時(shí)，重構(gòu)速度場剔除了尺度較小的旋渦結(jié)構(gòu)，使得大尺度相關(guān)結(jié)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)更加光滑、突顯。

綜合前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)收集的191個(gè)樣本，我們選擇樣本數(shù)相對較少的網(wǎng)絡(luò)視頻情境隨機(jī)再抽取60個(gè)樣本，剔除不合格樣本后，最終有效樣本為228份。涉及到其他中介變量和結(jié)果變量的測量方法與上述實(shí)驗(yàn)相同，實(shí)驗(yàn)步驟也保持一致。

3.2 巖體波速

根據(jù)《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50287-2017)的壩基巖體工程地質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合巖體性質(zhì)，巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度、風(fēng)化及卸荷特征等定性指標(biāo)，結(jié)合聲波縱波波速，以及各項(xiàng)建基巖體基本條件的分析，參照已建或在建水電站壩基巖體工程地質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)，借鑒已有工程實(shí)例進(jìn)行分析，將DG水電站壩基巖體質(zhì)量劃分為四大類(Ⅱ類～Ⅴ類)、兩個(gè)亞類(Ⅲ1類、Ⅲ2類)。

圖2 DG水電站壩基單孔聲波波速三維柱狀圖

圖3 DG水電站壩基聲波波速分布三維體積模型圖

圖4 DG水電站沿不同高程的波速分布等值線切片圖

究其原因，溫度升高時(shí)，二氧化碳?xì)怏w揮發(fā)的快，麻醉減弱，容易蘇醒，最終?；顣r(shí)間減短，Peters等[17]人發(fā)現(xiàn)鯰魚在隨著溫度的升高，無水?；顣r(shí)間越短，所以當(dāng)溫度大于8 ℃時(shí)，?；顣r(shí)間變短。當(dāng)溫度降低時(shí)，由于鮰魚耐低溫性較差，低溫會對魚體造成不可逆的損傷[21]。因此，選擇最佳的?；顪囟葘︳~的?；钸\(yùn)輸十分有意義，能延長魚的?；顣r(shí)間。

將單孔聲波和跨孔聲波測試的波速匯總進(jìn)行插值分析(網(wǎng)格1 m×0.5 m)，得到不同樁號剖面在不同高程范圍波速分布等值線圖；對波速進(jìn)行插值計(jì)算(三角插值法，網(wǎng)格1 m×1 m×0.5 m)，可建立DG水電站壩基波速分布三維模型；對數(shù)據(jù)進(jìn)行切片可得沿高程方向的波速分布等值線圖。DG水電站壩基巖體單孔聲波波速三維柱狀圖如圖2所示，壩基波速分布三維體積模型圖如圖3所示，沿不同高程的波速分布等值線切片圖如圖4所示。

依據(jù)聲波測試成果及上述分類標(biāo)準(zhǔn)，將DG水電站壩基巖體進(jìn)行了分類。1～4號壩段為Ⅲ2類巖體為主，局部Ⅲ1類，聲波波速范圍為3 650～4 000 m/s；5～14號壩段為Ⅲ1類巖體為主，局部Ⅱ類，聲波波速范圍為4 050～5 300 m/s；15～17號壩段為Ⅱ類巖體為主，聲波波速范圍為4 500～5 300 m/s。

3.3 巖體變形模量

1)根據(jù)選取巖體完整性不同的壩段的各個(gè)鉆孔進(jìn)行變形模量測試，得到壩基巖體變形模量范圍為7.04～16.89 GPa，平均值為11.15 GPa；

2)在有限的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立起本工程壩基測試段鉆孔變形模量與聲波波速的關(guān)系式為：E0=a·ebVp，經(jīng)回歸計(jì)算得出參數(shù)a、b及相關(guān)系數(shù)。本工程壩基巖石鉆孔變形模量與聲波速度的相關(guān)關(guān)系曲線如圖5所示。

圖5 DG水電站壩基巖石鉆孔變形模量與聲波速度相關(guān)曲線圖

由此得出的聲波波速與鉆孔變形模量也符合花崗閃長巖的一般分布規(guī)律。

表3 DG水電站建基巖體波速與變模對應(yīng)關(guān)系表

經(jīng)計(jì)算，得出a=1.613 216 04×10-8、b=0.000 820 376(擬合試驗(yàn)實(shí)用范圍：波速在3 540～6 030 m/s)，相關(guān)系數(shù)R2=0.906 761 759。由此得出聲波速度與鉆孔變形模量對應(yīng)關(guān)系如表3。

3.4 鉆孔全景數(shù)字成像

鉆孔全景數(shù)字成像可以反映單個(gè)鉆孔孔壁周邊巖體的完整情況和節(jié)理、裂隙發(fā)育情況，結(jié)合位于同一樁號的各個(gè)鉆孔的孔內(nèi)成像成果，可得到該剖面的裂隙分布圖，進(jìn)而推測節(jié)理裂隙的發(fā)育走向等。圖6為同一樁號3個(gè)鉆孔孔內(nèi)成像成果圖，可以看到從左岸到右岸，巖體破碎的深度逐步向下延伸，該孔段的單孔聲波波速也有顯著降低。

圖6 典型鉆孔全景數(shù)字成像成果圖

結(jié)合各種物探方法檢測成果綜合分析認(rèn)為：

1)DG水電站壩基巖性單一，陡傾角裂隙較發(fā)育，多呈閉合或微張開狀；

多發(fā)性骨髓瘤(multiple myemoma, MM)是血液系統(tǒng)常見的惡性腫瘤，臨床主要表現(xiàn)為血鈣增高(calcium elevation)、腎功能損害(renal insufficiency)、貧血(anemia)，骨病(bone disease)，即“CRAB”癥狀[1]。單純以血小板減少為首發(fā)表現(xiàn)時(shí)，容易忽略MM?，F(xiàn)將復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院青浦分院收治的1例以血小板減少為主要表現(xiàn)，診斷為IgD型MM的患者的診斷過程報(bào)告如下，并進(jìn)行相關(guān)文獻(xiàn)分析。

2)壩基淺部巖體(近建基面1.4 m范圍內(nèi))受爆破松弛和應(yīng)力卸荷的影響較大，波速普遍較低，隨著深度的增加，巖體質(zhì)量有顯著好轉(zhuǎn)，波速有明顯提高，大部分巖體波速大于4 500 m/s；

3)河床壩基(7～10號壩段)除F7斷層外，未發(fā)現(xiàn)有較大規(guī)模呈低速帶連續(xù)分布的裂隙和構(gòu)造。

4 結(jié) 語

通過本次對DG水電站壩基巖體檢測綜合物探方法的應(yīng)用，查明了巖體的爆破卸荷松弛深度，得到了壩基巖體波速、巖體變形模量等參數(shù)，其成果準(zhǔn)確可靠，應(yīng)用效果達(dá)到了預(yù)期的檢測目的，為后續(xù)壩基固結(jié)灌漿等施工工藝和施工方案設(shè)計(jì)提供了可靠的物理參數(shù)，進(jìn)而對壩基質(zhì)量驗(yàn)收和安全評價(jià)提供有力的技術(shù)支持。采用綜合物探方法避免了采用單一物探方法的局限性與多解性，更有利于物探異常的解釋，能夠勝任多種目的的物探檢測，對同類工程具有一定的參考價(jià)值和借鑒意義。