王曉朋

摘 要：隨著我國水力資源開發(fā)重點的西移，川西、藏東等高寒地區(qū)的水電建設逐漸拉開序幕，其特有的氣候與地理環(huán)境，為水電建設提出了新的挑戰(zhàn)。在壩工設計上緊密相關的壩基沉降、邊坡和洞室穩(wěn)定性問題控制中，如何合理給定巖體的物理力學參數(shù)一直是一個比較棘手的問題。在文章中，將就西藏果多水電站巖體環(huán)境構建下的物理力學進行一定的研究與分析。

關鍵詞：西藏果多水電站；巖體環(huán)境；物理力學

中圖分類號：TV741 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）33-0019-02

1 概述

隨著我國水電開發(fā)力度的不斷加大，我國水電站建設重點逐漸西移，尤其是西藏地區(qū)。據全國水力資源復查結果顯示，西藏自治區(qū)水力資源理論蘊藏量17640億千瓦時，技術可開發(fā)裝機容量1.1億千瓦，位居全國第二位，僅次于四川省。然而，目前西藏地區(qū)已建水電站總裝機容量僅約50萬千瓦，只占技術可開發(fā)量的5‰，開發(fā)利用率為全國最低。西藏地區(qū)其獨特的自然和人文地理環(huán)境為水電工程建設提出了新的問題和要求，區(qū)域構造穩(wěn)地問題突出、高地應力問題突出、高寒環(huán)境對工程建設的影響等均制約著藏區(qū)水電工程建設的順利開展。而該地區(qū)水電站建設壩基巖體（尤其是軟巖）力學參數(shù)的選取對工程建設的成功與否尤為關鍵，科學、合理的選擇壩基巖體力學參數(shù)，將是工程建設者適應新環(huán)境、促進科技發(fā)展的關鍵內容。

2 壩址區(qū)巖體物理力學性質試驗參數(shù)研究

為查明電站壩址區(qū)巖體物理力學特性，勘測階段進行了大量室內物理力學試驗以及現(xiàn)場試驗，如：巖礦鑒定、三軸壓縮試驗、水質分析、化學分析及現(xiàn)場大剪、變形試驗等，并利用鉆孔及平硐進行巖體聲波波速測試。

壩址區(qū)共在鉆孔中取樣51組進行了巖塊室內物理力學試驗、取其中3組進行了巖石聲波室內試驗，6組進行了巖石單軸壓縮試驗，15組進行了室內三軸壓縮試驗，對13個鉆孔進行了鉆孔聲波測試和對5個鉆孔進行了孔內錄像，對10個平硐進行了地震波測試，原位大剪試驗14組，原位變形試驗13組等多種試驗。

2.1 巖塊室內試驗

為了解下壩址巖體的物理力學特征，在鉆孔中共取樣51組進行了巖塊室內物理力學試驗、取其中3組進行了巖石聲波室內試驗，共取樣6組紫紅色泥巖、粉砂質泥巖進行了室內巖石單軸壓縮試驗，沿層面、裂隙面等結構面破壞的試驗值在飽和抗壓強度的統(tǒng)計過程中已舍去了，統(tǒng)計結果顯示：

2.1.1 泥巖、粉砂質泥巖平均密度為2.71g/cm2，平均比重2.76g/cm2，平均吸水率為1.46%。自然狀態(tài)下弱風化巖石飽和抗壓強度平均值為12.1MPa，微新巖體飽和抗壓強度平均值為16.8MPa。

2.1.2 粉砂巖平均密度為2.69g/cm2，平均比重2.73g/cm2，平均吸水率為1.03%。自然狀態(tài)下弱風化巖石飽和抗壓強度平均值為56MPa，微新巖體飽和抗壓強度平均值為63.3MPa。

2.1.3 砂巖平均密度為2.65g/cm2，平均比重2.72g/cm2，平均吸水率為0.55%。自然狀態(tài)下弱風化巖石飽和抗壓強度平均值為91.5MPa，微新巖體飽和抗壓強度平均值為103.6MPa。

2.2 室內三軸試驗

為了解壩址區(qū)紫紅色泥巖、粉砂質泥巖在三向應力條件下的強度，該電站共取樣15組紫紅色泥巖及粉砂質泥巖進行了室內三軸壓縮試驗。

2.2.1 試驗準備

本次試驗依據為：第一，中華人民共和國國家標準《工程巖體試驗方法標準》（GB/T50266-99）；第二，中華人民共和國行業(yè)標準《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》（SL264-2001）；第三，中華人民共和國電力行業(yè)標準《水電水利巖石力學試驗規(guī)程》（DL/T 5368-2007）。

試驗采用美國產MTS815 Flex Test GT巖石力學試驗系統(tǒng)進行。依據國標和規(guī)程規(guī)定，本次試驗試件尺寸均為φ50mm×H100mm。采用鉆、切割與精磨進行試樣制備。精磨后精度，包括平行度、平整度和垂直度均滿足國標和規(guī)程要求。

干燥試樣的狀態(tài)為自然風干狀態(tài)；飽和狀態(tài)試樣采用抽氣法進行飽和，飽和條件按國標與規(guī)程進行。

本次試驗由巖石力學試驗系統(tǒng)進行，計算機程序控制自動完成加載與測量，整個加載過程速率控制穩(wěn)定、精確。試驗所施加荷載由力傳感器測量，試件變形由引伸計測量，這些測量信息均由計算機自動進行數(shù)據采集、記錄，完全消除了人為測量誤差。

2.2.2 試驗結果

根據室內MTS815 Flex Test GT巖石力學試驗系統(tǒng)進行了單軸和三軸試驗，通過試驗數(shù)據繪制試驗曲線，干燥狀態(tài)和飽和狀態(tài)下巖樣典型應力-應變全過程曲線（單軸）。通過試驗曲線擬合計算得出巖石的變形參數(shù)和強度參數(shù)?？辜魯鄰姸龋ǚ逯担┡c抗剪強度（殘余值）按最佳關系曲線和下包線兩種方法整理，兩者結果有所差別，最終結果可以參考相關規(guī)范、類比相關工程項目進行確定。

2.3 波速測試成果

主要利用鉆孔、平硐進行聲波波速測試，以了解不同巖性、完整程度、風化程度巖體的波速特征值。

鉆孔聲波測試成果：電站下壩址共對13個鉆孔進行了鉆孔聲波測試，測試成果表明：T3d2厚層灰色砂巖、粉砂巖夾泥質粉砂巖、粉砂質泥巖及泥巖地層巖體，巖體波速為3000～5000m/s、平均波速為4500m/s左右、完整性系數(shù)多大于0.7，巖體較完整。

T3d2厚層灰色砂巖、粉砂巖夾泥質粉砂巖、粉砂質泥巖及泥巖地層巖體中弱風化砂巖、粉砂巖段波速為3900～4800m/s、平均波速為4300m/s左右，完整性系數(shù)多大于0.7，巖體較完整；微新巖體砂巖、粉砂巖段波速為4000～5000m/s、平均波速為4600m/s左右，完整性系數(shù)多大于0.7，巖體較完整；該地層泥巖所占比例較少，僅在微新巖體中測得泥巖、泥質粉砂巖段波速為2500～3300m/s、平均波速為3000m/s左右，完整性系數(shù)在0.3左右，巖體較破碎，可能受斷層影響所致。endprint

平硐巖體地震波測試成果：電站下壩址共對10個平硐進行了地震波測試。測試成果表明：T3d2厚層灰色砂巖、粉砂巖夾泥質粉砂巖、粉砂質泥巖及泥巖地層巖體中，大部分巖體波速在3000～4800m/s之間，完整性系數(shù)在0.4～0.7之間，巖體較完整。

T3d2厚層灰色砂巖、粉砂巖夾泥質粉砂巖、粉砂質泥巖及泥巖地層巖體中弱風化砂巖、粉砂巖段波速為3100～4200m/s之間，完整性系數(shù)在0.4～0.7之間，巖體較完整，局部受斷層、夾層等影響，完整性較差；微新巖體中砂巖、粉砂巖段波速在4000～4800m/s之間，完整性系數(shù)多大于0.7，巖體較完整，局部受斷層、夾層等影響，完整性較差。

于左岸PDk1、PDk7平硐中測的J1ch1～2紫紅色泥巖夾砂巖地層，該地層弱風化巖體波速在3200m/s左右，完整性系數(shù)在0.4左右，巖體較破碎；微風化巖體波速在4100m/s左右，完整性系數(shù)在0.6左右，巖體較完整。

2.4 基于試驗成果的建議值取值原則

第一，巖石密度、單軸抗壓強度、抗拉強度等，有大量的統(tǒng)計資料，取值時巖芯均是較為新鮮完整的，對于微新巖體地質建議值可直接取用標準值，但作為風化巖體的取值需進行折減。

第二，變形參數(shù)，由于試驗時的尺寸效應，大體積巖體的變形參數(shù)理論上比小尺寸巖體的值低，建議在標準值的基礎上適當折減。

第三，巖體抗剪（斷）強度參數(shù)。巖體抗剪強度的試驗值，除與巖石強度有關，還與試驗塊體剪斷面所含的結構面所占的比例及性狀有狀。通過對巖體剪切面的粗略統(tǒng)計，裂隙面平均所占比例為10～15%。也就是說通過現(xiàn)場試驗所取得的巖體抗剪強度值是包含了一定微小結構面比例的，這也是巖體與巖塊的區(qū)別，但該比例低于與大體積節(jié)理巖體中節(jié)理對巖體強度的影響，地質取值宜小于標準值。當需提供某特定方向上的巖體抗剪強度參數(shù)時，則需考慮巖體中的結構面連通率，即還需要一定的折減。

3 結束語

在上文中，我們對西藏果多水電站巖體環(huán)境構建下的物理力學情況進行了一定的研究，對水電站建設打下了良好的數(shù)據基礎，具有較好的研究應用價值。

參考文獻：

[1]張軍新，裴向軍，黃潤秋，等.順層巖質變形體變形機制及治理對策研究[J].水土保持研究，2011（03）.

[2]程心意，劉彬，侯炳紳，等.三峽庫區(qū)某居民點高切坡變形體治理方案設計實例[J].資源環(huán)境與工程，2010（05）.

[3]許文鼎，吳云鶯，張樹寶.斜坡地質變形體強烈地震后的變形和演化特征[J].巖土工程技術，2009（03）.

[4]陳濤，陳江濤.重慶忠縣吊鐘壩滑坡Ⅰ-2變形體啟動機制探討[J].中國地質災害與防治學報，2015（02）.

[5]宋彥輝，黃民奇，陳新建.黃河上游茨哈峽水電站右壩肩順層巖質斜坡破壞模式分析[J].中國地質災害與防治學報，2011（01）.

[6]王樂華，李建林，李映霞，等.茨哈峽水電站右岸泄洪霧化影響區(qū)巖質高邊坡穩(wěn)定分析[J].巖土工程學報，2010（S2）.endprint