裘良地

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

錦屏水電站深埋巖體超高壓變形試驗(yàn)研究

裘良地

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

錦屏二級(jí)水電站的四條巨大的輸水隧洞，洞長(zhǎng)17～19 km，開(kāi)挖洞徑12～13 m，上覆巖體一般埋深1500～2000 m，最大埋深約為2525 m，為超深埋長(zhǎng)隧洞大型地下水電工程。高應(yīng)力、強(qiáng)烈的巖爆和變形，給設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行安全帶來(lái)很大的困難，必須采用超高壓的巖體變形試驗(yàn)方法，提供巖體在高應(yīng)力條件下的變形模量和變形特性，滿足該工程的設(shè)計(jì)要求，因此該項(xiàng)試驗(yàn)研究成果對(duì)工程設(shè)計(jì)和施工將有重要的實(shí)用意義。

輸水隧洞；深埋巖體；超高壓；巖體變形試驗(yàn)。

1　概述

錦屏水電站工程區(qū)域的工程地質(zhì)條件十分復(fù)雜，工程區(qū)處于我國(guó)西南高地應(yīng)力區(qū)。錦屏二級(jí)水電站的四條巨大的輸水隧洞，洞長(zhǎng)17～19 km，開(kāi)挖洞徑12～13 m，上覆巖體一般埋深1500～2000 m，最大埋深約為2525 m，具有埋深大、洞線長(zhǎng)、洞徑大的特點(diǎn)，為超深埋長(zhǎng)隧洞大型地下水電工程。高應(yīng)力、強(qiáng)烈的巖爆和變形，給設(shè)計(jì)、施工及安全帶來(lái)很大的困難。

為深入研究錦屏二級(jí)水電站巖體力學(xué)特性，針對(duì)錦屏及其類似工程，采用常規(guī)工程壓力下的剛性承壓板巖體變形試驗(yàn)已經(jīng)無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，必須尋求新的測(cè)試設(shè)備、測(cè)試方法來(lái)解決超高壓條件下的巖體變形試驗(yàn)手段。鑒于以上的需求，我們開(kāi)展了超高壓巖體變形試驗(yàn)研究研究工作，采用超高壓剛性承壓板巖體變形試驗(yàn)、中心孔法剛性承壓板巖體變形試驗(yàn)等綜合測(cè)試方法相結(jié)合，并將試驗(yàn)壓力提高到100 MPa，提供巖體在高應(yīng)力條件下的變形模量和變形特性。

2　超高壓巖體變形試驗(yàn)

2.1測(cè)試設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備包括加壓系統(tǒng)、傳力系統(tǒng)和量測(cè)系統(tǒng)3個(gè)部分，總重量達(dá)10 t多。

（1） 加壓系統(tǒng)：由高壓油泵、高壓油管、液壓千斤頂和不同尺寸規(guī)格的剛性承壓板等配套設(shè)備組成。其中：1臺(tái)70 MPa壓力的大流量高壓液壓泵；4臺(tái)6300 kN千斤頂；3塊剛性承壓板直徑Φ504.6 mm，厚60 mm，面積2000 cm2；剛性墊板700×700 mm和900× 900 mm尺寸的各一塊，再疊加一塊約1100×1100 mm承壓平臺(tái)。

（2） 傳力系統(tǒng)：由傳力柱及各種規(guī)格的圓形鋼墊板組成。

（3） 量測(cè)系統(tǒng)：包括表面變形測(cè)量和中心孔深部變形測(cè)量?jī)刹糠?。巖體表面變形測(cè)量采用千分表，中心孔內(nèi)巖體深部變形測(cè)量采用測(cè)桿。

2.2測(cè)試方法

（1） 試驗(yàn)采用剛性承壓板法，加壓方式采用逐級(jí)一次循環(huán)法。

（2） 中心孔法剛性承壓板試驗(yàn)，采用在試點(diǎn)中心孔內(nèi)布置5點(diǎn)沉降測(cè)點(diǎn)，分別為孔深50 cm、100 cm、150 cm、200 cm和400 cm。

（3）試驗(yàn)最大壓力為100 MPa，分10、20、40、60、80、100 MPa六級(jí)施加。

2.3測(cè)試過(guò)程

（1） 試驗(yàn)安裝詳見(jiàn)圖1、圖2。

圖1　水平向變形試驗(yàn)安裝圖

圖2　鉛直向和中心孔法變形試驗(yàn)安裝圖

（2） 在承壓板的四個(gè)方位對(duì)稱布置四只千分表，用以測(cè)量巖體表面變形，中心孔內(nèi)巖體深部變形測(cè)量采用測(cè)桿并在每根測(cè)標(biāo)上固定機(jī)電千分表以測(cè)量孔內(nèi)巖體深部變形。

（3） 加載前每隔10 min測(cè)讀一次，四只千分表連續(xù)三次讀數(shù)不變（此讀數(shù)即為各測(cè)表的初始測(cè)讀值）后開(kāi)始施加荷載。加載后立即測(cè)讀其變形值，以后每隔10 min測(cè)讀一次，直至變形穩(wěn)定，再加下一級(jí)荷載。

（4） 穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)承壓板上四個(gè)測(cè)表相鄰兩次讀數(shù)差與同級(jí)壓力下第一次變形讀數(shù)和前一級(jí)壓力下最后一次變形讀數(shù)差之比小于5%時(shí)，則認(rèn)為變形穩(wěn)定。

（5） 退壓：采用逐級(jí)退壓，過(guò)程壓力要求讀數(shù)一次，退零后，立即讀數(shù)一次，10 min后再讀數(shù)一次，穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)與加壓相同。

（6） 按下列公式計(jì)算巖體表面變形（彈性）模量

式中：E為變形模量或彈性模量（MPa）；當(dāng)以全

變形W0代入式中計(jì)算時(shí)為變形模量E0；當(dāng)以彈性變形We代入式中計(jì)算時(shí)為彈性模量Ee； W為巖體表面變形（cm）；p為按承壓面單位面積計(jì)算的壓力（MPa）；D為承壓板直徑（cm）；μ為巖體泊松比（巖體取0.25）。

按下列公式計(jì)算中心孔深部巖體變形模量：

式中：E為變形模量（MPa）；μ為泊松比（巖體取0.25）；P為單位面積壓力（MPa）；W為巖體變形（cm）；a為承壓面外緣至承壓面間中縫中心線距離（cm）；L為承壓面內(nèi)緣至承壓面間中縫中心線距離（cm）；Z為測(cè)點(diǎn)深度（cm）。

2.4測(cè)試成果

在近二年的設(shè)備加工準(zhǔn)備及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，解決了巖爆、松弛等地質(zhì)現(xiàn)象（詳見(jiàn)圖3）對(duì)試驗(yàn)的影響，得到了錦屏二級(jí)水電站埋深2500m下輔助洞試驗(yàn)支硐超高壓巖體變形模量試驗(yàn)成果見(jiàn)表1，和中心孔法超高壓巖體變形模量試驗(yàn)成果見(jiàn)表2，其巖體的壓力—變形關(guān)系曲線見(jiàn)圖4，巖體的不同深處測(cè)點(diǎn)壓力～變形關(guān)系曲線見(jiàn)圖5 。

圖3　試驗(yàn)洞壁巖爆松弛情況

表1　錦屏二級(jí)水電站埋深2500　m下輔助洞超高壓巖體變形模量試驗(yàn)成果

表2　錦屏二級(jí)水電站埋深2500　m下輔助洞中心孔法超高壓巖體變形模量試驗(yàn)成果

圖4　錦屏二級(jí)水電站埋深2500 m下巖體壓力～變形關(guān)系曲線

3　結(jié)語(yǔ)

（1） 在埋深近2500m的超高地應(yīng)力和最高試驗(yàn)壓力100 MPa作用下，錦屏水電站輔助洞試驗(yàn)支洞變形模量試驗(yàn)值為103.5 GPa。

（2） 在埋深近2500m的超高地應(yīng)力和最高試驗(yàn)壓力100 MPa作用下，錦屏水電站輔助洞試驗(yàn)支洞中心孔法試點(diǎn)表面、50 cm深處、100 cm深處和150 cm深處的變形模量試驗(yàn)值分別為153.5 GPa、117.1 GPa、168.3 GPa和264.8 GPa。

圖5　錦屏二級(jí)水電站埋深2500 m下巖體不同深處測(cè)點(diǎn)壓力～變形關(guān)系曲線

（3）超高壓巖體變形模量試驗(yàn)研究，目前在國(guó)內(nèi)外都是比較難的課題，可供借鑒、使用的研究成果鮮有發(fā)現(xiàn)。因此該項(xiàng)研究成果對(duì)工程設(shè)計(jì)和施工將有重要的指導(dǎo)意義。

［1］ GB50287-2006，水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范.

［2］ DL/T5368-2007，水電水利工程巖石試驗(yàn)規(guī)程.

Experimental Study on Super High Pressure Deformation of Deep Buried Rock Mass in Jinping Hydropower Station

QIU Liang-di
（Huadong Engineering Corporation Limited，Hangzhou311122，China）

there are four items huge transport water tunnel in jinping secondary level hydro power station. the length of tunnel is 17-19km，the diameter of tunnel is 12-13m，cover rock mass commonly are buried depth 1500-2000m， most depth 2525m，it is super deep buried long tunnel largely. Ground hydro power engineering. high stress consuming rock burst and deformation bring lots of difficult for design ，construction and run safety. Must adopt super high pressure rock mass deformation test method， provide rock deformation model and characteristic quality under the condition of high stress， meet the demand of engineering design， the test research fruit has important practicality significance for engineering design and construction.

transport water tunnel； deep buried rock mass；super high pressure rock mass deformation test.

TU454

B

1671-9913（2016）04-0049-04

2016-03-01

裘良地（1962- ），男。浙江天臺(tái)縣人，高級(jí)工程師，主要從事水電巖體力學(xué)試驗(yàn)和科研工作。