黃郅淋

(貴州省水利科學(xué)研究院，貴州 貴陽 550002)

魚洞峽水庫壩基聲波測試及其成果分析

黃郅淋

(貴州省水利科學(xué)研究院，貴州 貴陽 550002)

以貴陽市魚洞峽水庫壩基工程勘測為例，基于聲波測試原理與方法，采用聲波測試技術(shù)在魚洞峽水庫壩基質(zhì)量勘測作業(yè)中進行具體應(yīng)用。通過采取聲波測試技術(shù)進行巖體勘測作業(yè)情況及測試結(jié)果來看，聲波測試技術(shù)能夠準確的測試出水庫壩基的質(zhì)量情況，具有較強的應(yīng)用價值。

魚洞峽水庫工程；壩基質(zhì)量；勘測作業(yè)；聲波測試

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，有著重要的意義。聲波測試作為壩基巖體勘測作業(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)量測試作業(yè)，對壩基巖體勘測，有著積極的作用。

1 魚洞峽水庫工程概述

魚洞峽水庫工程位于貴陽市烏當區(qū)東風(fēng)鎮(zhèn)頭堡村，地處長江流域烏江水系清水河的源頭河流——南明河的二級支流魚洞河上，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m3。水庫正常蓄水位1075 m，總庫容1860萬 m3，死水位1035 m。水庫與水廠間引水鋼管出口設(shè)發(fā)電廠房，裝機640 kW。水廠日處理能力為10萬t/d。

2 波測試技術(shù)的應(yīng)用

2.1 聲波測試原理

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)，進行壩基巖體勘測。通常情況下巖體密度越大，則說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 聲波測試的應(yīng)用方法

聲波測試應(yīng)用方法如下：

(1)選定測試位置。在進行壩址選擇的過程中，確定橫縱向位置，并且確保聲波波速與變形測試的范圍，并且擬定水庫大壩巖體所具有的抗剪斷強度。完成基礎(chǔ)計算工作后，開展實地測試，布設(shè)橫縱向勘測線。

(2)聲波CT測試。對水庫大壩壩體的檢測孔進行聲波CT測試，明確壩基巖體的綜合波速值。

(3)同時進行其他試驗。在進行聲波CT測試的過程中，還需要進行鉆孔聲波與巖芯取樣測試等，分析各項指標數(shù)據(jù)之間的相關(guān)關(guān)系。通?？v向測試采取的是單孔聲波測試方法，而橫向測試多采取跨孔聲波測試方法。聲波測試時多使用手風(fēng)鉆進行鉆孔，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 實際應(yīng)用案例

鉆孔布置和測試剖面：在對壩址巖體開挖后，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、監(jiān)理的要求，在現(xiàn)場布置9個鉆孔，現(xiàn)場測試時，根據(jù)設(shè)計、監(jiān)理和施工單位的要求確定9個測試剖面。

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

單元劃分：將巖塊縱波波速平均值(6185 m/s)作為本場地完整巖體的平均縱波波速值，以此求取實測巖體剖面的完整性指數(shù)KV，根據(jù)現(xiàn)場巖體縱波波速特征，本場區(qū)聲波測試范圍內(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 壩基聲波測試結(jié)果分析

3.1 聲波測試數(shù)據(jù)變化規(guī)律

水庫壩基巖體勘測作業(yè)中,所采取的聲波測試技術(shù)主要是利用聲波接收儀來獲取數(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，借助計算機進行數(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行測試，需要結(jié)合跨孔測試法，以全面的測試出壩體質(zhì)量[3]。在魚洞峽水庫聲波測試中，根據(jù)超聲波測試數(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。作為本場地完整巖體的平均縱波波速值，以此求取實測巖體剖面的完整性系數(shù)KV。

3.2 聲波測試質(zhì)量測定標準

我國對聲波法測試壩基巖體構(gòu)造有著相應(yīng)的標準，明確提出構(gòu)造數(shù)值與相應(yīng)的地質(zhì)情況標準，若波速比<0.4，則巖體屬于全風(fēng)化。當波速比介于0.4～0.6范圍內(nèi)，則巖體屬于強風(fēng)化。當波速比介于0.7～0.8范圍內(nèi)，則巖體屬于弱風(fēng)化。當波速比>0.8，則巖體為微新巖體。聲波測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。當波速介于4200～5200 m/s范圍之間，則屬于Ⅲ1類巖體。當波速介于3800～4200 m/s范圍內(nèi)，則巖體為Ⅲ2類。當波速<3800 m/s，則為Ⅳ類巖體。魚洞峽水庫聲波測試場區(qū)巖體縱波主要有三個波速區(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 繪制聲波測試數(shù)據(jù)

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

3.4 數(shù)據(jù)解釋

完成壩基巖體測試構(gòu)造圖繪制后，則需要按照相關(guān)標準，來解釋測試數(shù)值變化情況，這也是聲波測試巖體的關(guān)鍵。在進行數(shù)值分析的過程中，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，進而為勘測地質(zhì)選擇提供數(shù)據(jù)支持[5]。在魚洞峽水庫聲波測試中，據(jù)實測波速判斷和現(xiàn)場鉆探觀察，在壩基巖體中，即聲波測試范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)軟弱夾層和溶洞。此次測試中，縱波波速VP的計算公式為：

(1)

式中：S為收發(fā)點的間距,m；tp為縱波傳播的時間,s。

在測試巖樣縱波波速VPR后，利用公式

(2)

計算出巖體各段的完整性系數(shù)KV。本次聲波測試地質(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、綜合評價，測試結(jié)果部分數(shù)據(jù)如表1所示?；跍y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 貴陽市魚洞峽水庫工程壩基測試結(jié)果(部分數(shù)據(jù))

4 結(jié) 論

采取聲波測試法，對魚洞峽水庫壩基巖體的完整性進行測試，就測試數(shù)據(jù)來看，壩基巖體較為完整，并且聲波測試范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)軟弱夾層和溶洞。借助聲波測試法，按照測試流程與方法，能夠準確的測試出巖體情況，包括深層次情況，具有較強的應(yīng)用價值。

[1] 段雪琴，任光明，夏敏，等.西南某水電站層狀建基巖體松弛特征研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2014，22(1):124-129.

[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試數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2014，28(2):103-106.

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

[4] 易毅，湯子堅，張春安.大崗山水電站壩基巖體表層低波速帶成因分析[J].人民長江，2014，45(22):37-39.

[5] 佟長江.清林徑水庫壩基滲流調(diào)查分析及處理建議[J].資源環(huán)境與工程，2013，27(4):434-438.

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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