張勐，丁寶晶，崔建凱，賈留杰

（1.四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院，成都 610017；2.福建華東巖土工程有限公司，福州 350003）

西南某水電站壩基巖體質(zhì)量分級研究

張勐1，丁寶晶2，崔建凱1，賈留杰1

（1.四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院，成都 610017；2.福建華東巖土工程有限公司，福州 350003）

壩基巖體質(zhì)量分級關(guān)系到大壩工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。通過對壩基巖體質(zhì)量分級要素及各要素之間的聯(lián)系進(jìn)行研究，得出巖體分級各要素界限指標(biāo)的對應(yīng)值。在此基礎(chǔ)上提出適用于本工程壩基巖體質(zhì)量分級的單因素和雙因素標(biāo)準(zhǔn)。并應(yīng)用此標(biāo)準(zhǔn)對該壩基進(jìn)行巖體質(zhì)量分級。

水電站；巖體質(zhì)量分級；分級要素；界限指標(biāo)

1 前言

某水電站位于青藏高原和云貴高原向四川盆地過渡的斜坡地帶，地勢總體呈西高東低之勢，山脈走向受地質(zhì)構(gòu)造控制，以近南北及北東向?yàn)橹鳌^(qū)內(nèi)山高谷深，山勢巍峨，海拔高程多在2000～3000m以上。工程樞紐主要由混凝土雙曲拱壩、兩岸引水發(fā)電建筑物及泄洪消能建筑物等組成，最大壩高278m，裝機(jī)容量12600MW，近期多年平均發(fā)電量為571.2×108kW·h。

2 工程區(qū)地質(zhì)條件

壩區(qū)河床基巖及兩岸谷坡主要由二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖（P2β）組成，二疊系下統(tǒng)茅口組石灰?guī)r（P1m）僅出露于峽谷進(jìn)口段河床谷底，向下游傾伏于玄武巖之下，兩岸谷肩部位殘留厚約2～15m的二疊系上統(tǒng)宣威組砂頁巖（P2x）。

壩址區(qū)分布地層為二疊系峨眉山玄武巖，壩區(qū)總厚度490～520m，可分14個巖流層，巖流層一般厚25～40m，其中P2β6和P2β12厚度最大，平均厚72m和82m，P2β10和P2β11厚度最小，平均厚14m和13m，同一巖流層厚度相對穩(wěn)定，起伏差一般小于5m。

電站壩址經(jīng)大量的平硐、鉆孔勘探揭露，未發(fā)現(xiàn)切穿層位的斷層，壩址區(qū)主要的地質(zhì)構(gòu)造為巖流層間的層間錯動帶、巖流層內(nèi)的層內(nèi)錯動帶和少量高角度擠壓帶，以及隨機(jī)分布的節(jié)理、裂隙等。

3 壩基巖體質(zhì)量分級要素研究及分級標(biāo)準(zhǔn)

3.1 壩基巖體分級要素

為客觀、準(zhǔn)確地反應(yīng)壩區(qū)巖體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在運(yùn)用RQD定量指標(biāo)表征巖體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，引用“巖體塊度指數(shù)RBI（Rock Block Index）”來具體反應(yīng)巖塊大小差異。RBI為巖芯長度分別為3～10cm、10～30cm、30～50cm、50～100cm和大于100cm的五級巖芯長度獲得率的加權(quán)平均值，即：RBI＝3 ×Cr3＋10×Cr10＋30×Cr30＋50×Cr50＋100×Cr100。巖體塊度指數(shù)RBI越大，其完整性也較好，RBI是對RQD指標(biāo)的改進(jìn)和補(bǔ)充。

本文通過現(xiàn)場調(diào)查及物探手段對巖體完整性系數(shù)（Kv）、裂隙間距（D）、巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）、巖體塊度系數(shù)（RBI）等要素及各要素之間的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行巖體準(zhǔn)確定量分級研究。

3.2 壩基巖體分級要素的關(guān)聯(lián)性分析

在工程中用多個因素進(jìn)行分級時，按目前的求和或求積的值來分級，雖然可以分出巖體的級別，但由于各個指標(biāo)的界線值不統(tǒng)一，表示的方式和量綱不一，和現(xiàn)場勘探、調(diào)查時，因條件限制不可能在某一個部位同時獲得這些分類要素，因而在劃分巖級時，就可能出現(xiàn)壩基、壩肩選擇的要素不同，各要素的和或積出現(xiàn)量值上的差異，這樣使得多因素劃分巖級的綜合界限值出現(xiàn)大的差異，巖級一樣，而量值不同。另一方面造成很難將分級的結(jié)果用一定的軟件在計(jì)算機(jī)、繪圖機(jī)上來實(shí)現(xiàn)，為此，應(yīng)當(dāng)對這些要素進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析。

根據(jù)現(xiàn)場測試成果及巖體的特征，來選定現(xiàn)場快速易取得的巖體完整性系數(shù)（Kv）、裂隙間距（D）、巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）、巖體塊度系數(shù)（RBI）4個主要指標(biāo)進(jìn)行量化，而后對各要素之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析，建立彼此間的關(guān)系表達(dá)式（圖1～4）。

圖1 完整性系數(shù)（Kv）與裂隙間距（D）關(guān)系曲線Fig.1 Relation curve between completeness coefficient（Kv）and fissure space（D）

圖2 完整性系數(shù)（Kv）與RQD關(guān)系曲線Fig.2 Relation Curve between completeness coefficient（Kv）and RQD

圖3 完整性系數(shù)（Kv）與塊度指數(shù)（RBI）關(guān)系曲線Fig.3 Relation curve between completeness coefficient（Kv）and lumpiness index（RBI）

圖4 塊度指數(shù)（RBI）與RQD關(guān)系曲線Fig.4 Relation Curve between lumpiness index（RBI）and RQD

根據(jù)以上建立的關(guān)系式，可以獲得巖級劃分時各要素間的對應(yīng)關(guān)系，通過各指標(biāo)間的轉(zhuǎn)換式和對應(yīng)值，就可以較容易的用某一個指標(biāo)去了解另一個指標(biāo)的可能值（表1）。

3.3 壩基巖體質(zhì)量分級單要素及雙要素指標(biāo)的確定

鑒于分級時選取要素的不同和個數(shù)的差異，因此獲得的各分級界線的值是不同的，這些值彼此不易聯(lián)系，不能在作圖時統(tǒng)一表示，為了圖形表達(dá)的一致性，需要對各要素的量值進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析?？紤]將Kv、D、RQD及RBI等較易取得的要素進(jìn)行分級，將各巖級對應(yīng)界限值的積乘以1000作為相應(yīng)的分類值，然后通過該分類實(shí)現(xiàn)通過一個或幾個要素對巖體質(zhì)量進(jìn)行分級并可以在圖上較好地表達(dá)出來。

根據(jù)前面壩基巖體質(zhì)量分級各要素的基本值，各要素之間的相關(guān)性，以及求積后彼此量值的關(guān)聯(lián)性，可以獲得用于壩基巖體質(zhì)量分級的單因素、雙因素界限值。各巖級定性描述及分級指標(biāo)見表2，此表可用于本項(xiàng)目壩基巖體質(zhì)量分級。

4 實(shí)測各因素值對巖體質(zhì)量分級圖示的統(tǒng)一性

為了研究用實(shí)測資料作出的巖體質(zhì)量分級圖的一致性，選取壩軸線左岸段現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)和實(shí)測的裂隙間距、巖體縱波速度和完整性系數(shù)來進(jìn)行研究。根據(jù)各平硐現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)的裂隙間距和實(shí)測的巖體波速及完整性系數(shù)的資料，以下選取裂隙間距（D）、巖體完整性系數(shù)（Kv）和Kv＊D的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行作圖分析。

表1 各巖級間分級要素界限指標(biāo)的對應(yīng)值Table 1 Limit index value of each rock quality rating element

表2 壩基巖體質(zhì)量分級表Table 2 Rock quality rating for the dam foundation

從壩軸線左段巖體質(zhì)量分級圖（圖5～7）可以看出，圖中各巖級的界線和范圍基本統(tǒng)一，無大的差異。這表明，只要獲得的要素較為準(zhǔn)確，依研究提供的分級標(biāo)準(zhǔn)及各指標(biāo)的對應(yīng)性來作圖，圖形具有較好的一致性，可以作為地質(zhì)、設(shè)計(jì)、施工及其他技術(shù)人員在應(yīng)用中的基本圖件。

圖5 巖體質(zhì)量分級分區(qū)面（D）Fig.5 Subarea face（D）of rock quality rating

5 結(jié)語

通過研究和評價各主要因素對巖體質(zhì)量的影響程度，在獲得一定的量化關(guān)系的基礎(chǔ)上，綜合各因素的影響權(quán)值，對巖體進(jìn)行質(zhì)量分級，不僅可以較好地反映多個因素對巖體質(zhì)量的影響程度，而且可以用簡單的類型級別表達(dá)巖體對工程建筑物的適宜性及穩(wěn)定性，將復(fù)雜的地質(zhì)體用簡單的信息傳遞給工程設(shè)計(jì)人員，成為工程地質(zhì)人員與工程設(shè)計(jì)人員進(jìn)行技術(shù)交流的共同“語言”。盡管當(dāng)前在進(jìn)行巖體質(zhì)量分級時，大多僅能做到巖體優(yōu)劣程度的“質(zhì)”的分級，而尚難作到以較全面的工程特性參數(shù)予以精確量化，本文的研究使得巖體的質(zhì)量的分級既可以表征巖體的優(yōu)劣程度等級，又有與之相對應(yīng)的可靠的參數(shù)予以量化的真正的“質(zhì)”、“量”分級。

圖6 巖體質(zhì)量分級分區(qū)面（Kv）Fig.6 Subarea face（Kv）of rock quality rating

圖7 巖體質(zhì)量分級分區(qū)面（Kv＊D）Fig.7 Subarea face（Kv＊D）of rock quality rating

［1］張倬元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理［M］.地質(zhì)出版社，1994：430－468.

［2］中華人民共和國水利部.水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2009.

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ROCK QUALITY RATING FOR THE DAM FOUNDATION OF A HYDROELECTRIC STATION IN SOUTHWESTERN CHINA

Zhang Meng1，Ding Bao－jing2，Cui Jian－kai1，Jia Liu－jie1
（1.Sichuan Communication Surveying ＆Design Institute，Chengdu 610017，China；2.Fujian Huadong Geotechnical Engineering Co.，Ltd.，F(xiàn)uzhou 350003，China）

Rock quality rating is related to the safety and economy of dam projects.The limit index value of each rating element is obtained by studying rating elements and their relationship.Based on this，the standards of single factor and double factors are given and applied for the rock quality rating of this dam＇s foundation.

hydroelectric station；rock quality rating；rating element；limit index

TV74；P642

:A

1006－4362（2012）02－0077－04

張勐（1978－ ），男，工程師，2001年畢業(yè)于成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院巖土工程專業(yè)，主要從事工程地質(zhì)勘察工作。

2012－03－16改回日期:2012－05－11