鄒建

（貴州正業(yè)工程技術(shù)投資有限公司，貴州貴陽 550001）

巖體容易受多種因素影響，導(dǎo)致滲透性能發(fā)生大幅度改變，如何全面分析影響因素，構(gòu)建較為準(zhǔn)確的估算模型成為了重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容[1]。目前，應(yīng)用比較多的滲透系數(shù)求解方法有4 種，分別是滲透系數(shù)估算方法、反分析法、裂隙樣本分析法、水文地質(zhì)試驗(yàn)分析法[2-3]。相比之下，滲透系數(shù)估算方法的準(zhǔn)確度較高，計(jì)算難度偏低。由于當(dāng)前將此方法應(yīng)用至巖體滲透性能分析中的研究較少，未能形成完整的評(píng)估模型，并且地質(zhì)指標(biāo)不全面[4-5]。為了彌補(bǔ)以往研究的不足，本研究選擇充填物FSD、巖石質(zhì)量RQD、埋深Z 因素作為研究指標(biāo)，設(shè)計(jì)一套Z-RQD-FSD 估算模型展開深入探究。

1 工程概況

某水電站屬于3 級(jí)工程，以河床碾壓混凝土重力擋水壩作為樞紐布置方案，蓄水標(biāo)高為2558m，上游與下游水頭差值在88m 左右；以壩后消力池作為壩身布置方案；電站裝機(jī)總?cè)萘繛?086MW，以地下廠房作為左岸布置方案。工程壩址為茨瑪絨侵入體，容易受風(fēng)化、卸荷、構(gòu)造影響，導(dǎo)致透水性能發(fā)生改變，需要準(zhǔn)確估算透水性能變化數(shù)值，從而為工程施工方案設(shè)計(jì)提供較為可靠的信息支撐。如圖1 所示為L(zhǎng)u 值隨埋深變化曲線圖（Lu為壓水呂榮值）。

圖1 Lu 值隨埋深變化

2 現(xiàn)有的裂隙巖體估算模型與分析

2.1 現(xiàn)有的巖體估算模型

經(jīng)過多年研究，國內(nèi)外在巖體滲透系數(shù)估算方面的研究取得了一些成果，這些研究皆是以埋深Z 作為影響因素，例如文獻(xiàn)[8]、文獻(xiàn)[9]、文獻(xiàn)[10]搭建以下估算模型：

文獻(xiàn)[8]巖體估算模型：

文獻(xiàn)[9]巖體估算模型：

文獻(xiàn)[10]巖體估算模型：

上述模型中，參數(shù)a、參數(shù)b 皆為常數(shù)。

2.2 模型存在的問題

雖然該工程已經(jīng)設(shè)計(jì)了一套巖體估算模型，但是該模型存在一些問題，總結(jié)如下：

圖2 局部鉆孔

2.2.1 巖土滲透性能容易受多種因素干擾，除了埋深Z 以外，還涉及充填物FSD、巖石質(zhì)量RQD 等因素，當(dāng)前模型指標(biāo)不全面。

2.2.2 模型計(jì)算量較大，耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。

3 裂隙巖體滲透系數(shù)估算模型的構(gòu)建

為了優(yōu)化傳統(tǒng)巖體滲透系數(shù)估算模型，本研究通過整理大量文獻(xiàn)資料，選取3 個(gè)對(duì)巖體滲透性能影響較大的因素作為主要地質(zhì)分析指標(biāo)，構(gòu)建新的估算模型。如

3.1 模型指標(biāo)

3.1.1 埋深Z：該項(xiàng)指標(biāo)用于描述巖體應(yīng)力水平，裂縫發(fā)育與之間成負(fù)相關(guān)關(guān)系，裂隙開度與裂縫發(fā)育之間成正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)巖體裂縫發(fā)育發(fā)生改變時(shí)，其他相關(guān)指標(biāo)也將發(fā)生變化，容易引發(fā)巖體滲透性能的變化，從掌握資料來看，滲透性能將沿著垂直方向發(fā)生改變。

3.1.2 巖石質(zhì)量RQD：該項(xiàng)指標(biāo)用于描述巖體風(fēng)化程度，作為巖體穩(wěn)定性主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.1.3 充填物FSD：該項(xiàng)指標(biāo)用于描述裂縫中的細(xì)粒物質(zhì)，例如粉砂質(zhì)填充物、泥質(zhì)等[6]。

3.2 模型的構(gòu)建

本研究借鑒文獻(xiàn)[7]、文獻(xiàn)[8]、文獻(xiàn)[9]、文獻(xiàn)[10]中的研究觀點(diǎn)，采用冪函數(shù)描述埋深與滲透系數(shù)之間的關(guān)系，而FSD 指標(biāo)與RQD 指標(biāo)之間存在負(fù)指數(shù)關(guān)系。由此推斷，F(xiàn)SD 指標(biāo)與RQD 指標(biāo)之間必定存在關(guān)聯(lián)關(guān)系。本研究將充填物FSD、巖石質(zhì)量RQD、埋深Z 因素作為研究指標(biāo)，設(shè)計(jì)一套Z-RQD-FSD 估算模型。如下：

公式（4）和公式（5）中，α、β、γ 皆為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。其中，參數(shù)γ＜0，當(dāng)裂隙充填不是很明顯，且裂隙發(fā)育速度較慢時(shí)，巖體滲透性能隨著埋深的增加而逐漸減弱。β＞0 時(shí)，當(dāng)埋深保持不變時(shí)，裂隙充填程度越大（FSD 指標(biāo)增大），或者裂隙發(fā)育程度越低（RQD 指標(biāo)增大），對(duì)巖體滲透性能造成的影響為消極影響。

整理收集到的資料數(shù)據(jù)，計(jì)算不同鉆孔的K 值和PD 值，結(jié)果如表1 所示。

表1 鉆孔結(jié)果

將實(shí)測(cè)K 值與估算K 值進(jìn)行對(duì)比，y=x 直線兩側(cè)聚集了大量數(shù)據(jù)點(diǎn)。由此判斷，實(shí)測(cè)K 值與估算K 值比較接近，可以作為模型估算數(shù)據(jù)資料。

3.3 模型參數(shù)

將表1 中的相關(guān)數(shù)據(jù)帶入估算模型中進(jìn)行擬合，涉及到的參數(shù)如表2 所示。

表2 Z-RQD-FSD 模型參數(shù)

擬合結(jié)果中，由此看來，本文構(gòu)建的Z-RQD-FSD 估算模型比較合理，可以反映巖體滲透特性。

4 模型的驗(yàn)證

為了進(jìn)一步檢驗(yàn)估算模型可靠性，本研究以文獻(xiàn)[8]、文獻(xiàn)[9]、文獻(xiàn)[10]中的估算精度作為對(duì)照，對(duì)本模型的臺(tái)灣鉆孔、地下水封洞庫參數(shù)估算合理性進(jìn)行驗(yàn)證。本次擬合試驗(yàn)為鉆孔HM-102-05、HM-103-06、ZK18、ZK11 賦予不同條件，運(yùn)用Z-RQD-FSD 模型估算，得到如表3、表4、表5 所示結(jié)果。

表3 臺(tái)灣鉆孔驗(yàn)證結(jié)果

表4 地下水封洞庫驗(yàn)證結(jié)果

表5 模型擬合結(jié)果

觀察表5 和圖3 可知，擬合結(jié)果與實(shí)際情況更為接近，K 實(shí)測(cè)結(jié)果與K 估算結(jié)果幾乎保持一致，各項(xiàng)參數(shù)的擬合結(jié)果也貼近實(shí)際情況，而其他幾個(gè)文獻(xiàn)的模型擬合精度偏低。

圖3 鉆孔的K 實(shí)測(cè)與K 估算的關(guān)系

5 結(jié)論

本文圍繞巖體滲透系數(shù)估算方法展開探究，以地質(zhì)指標(biāo)充填物FSD、巖石質(zhì)量RQD、埋深Z 作為滲透系數(shù)影響因素，構(gòu)建估算模型。估算結(jié)果顯示，本估算模型得到的K 估算結(jié)果與K 實(shí)測(cè)結(jié)果幾乎保持一致，各項(xiàng)參數(shù)的擬合結(jié)果也貼近實(shí)際情況，較以往設(shè)計(jì)的模型估算精度有所改善。