王 曦,黃 強(qiáng),李春林

(四川水發(fā)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司,成都 610072)

0 引言

裂隙是巖石受力后斷開并沿?cái)嗔衙鏌o顯著位移的斷裂構(gòu)造,按成因可分為風(fēng)化裂隙、成巖裂隙、構(gòu)造裂隙,其中構(gòu)造裂隙是巖石在地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過程中,在構(gòu)造應(yīng)力作用下形成,具有分布廣泛,延伸范圍較廣,可切穿不同的巖層,成組出現(xiàn)等特點(diǎn)。

吳沛沛等[1]根據(jù)內(nèi)江高鐵北站路塹邊坡巖體裂隙數(shù)據(jù),通過宏觀、中觀、細(xì)觀分組統(tǒng)計(jì)分析,提出裂隙平均長(zhǎng)度和裂隙發(fā)育數(shù)存在各自的函數(shù)關(guān)系,并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定研究。

王子忠[2]認(rèn)為構(gòu)造改造作用與紅層巖體透水帶主要表現(xiàn)之一為:砂巖等相對(duì)較硬的巖體,在構(gòu)造作用下易形成裂隙,砂巖巖體中的構(gòu)造裂隙為剪性共軛裂隙,其特性是與層面近于垂直,裂面平直,閉合性較好。這種裂隙在表生改造的作用下,透水性增加,形成巖體透水帶。

各類地層中各種裂隙相互交叉貫通,是水庫(kù)滲漏的主要路徑,如何有效阻斷或削弱這些路徑,是工程防滲處理研究的主要問題。在水利水電工程中,水庫(kù)庫(kù)盆巖體通常采用帷幕灌漿進(jìn)行防滲處理。目前,帷幕灌漿大多以豎直鉆孔為主,當(dāng)面臨較陡傾角裂隙時(shí),在有限的巖層范圍內(nèi),鉆孔貫穿裂隙的概率較小,導(dǎo)致部分裂隙無法被漿液充填,影響灌漿防滲效果。

高學(xué)通等[3]通過對(duì)鉆探巖芯裂隙發(fā)育的統(tǒng)計(jì)整理,分析了水平、斜向和垂向3種裂隙產(chǎn)狀對(duì)注漿擴(kuò)散效果的影響,同時(shí)結(jié)合礦區(qū)構(gòu)造發(fā)育特征,評(píng)價(jià)了帷幕線與裂隙之間組合形式對(duì)注漿施工及工程質(zhì)量的影響。

脫云飛等[4]通過斜孔帷幕灌漿對(duì)酥油口水庫(kù)壩肩進(jìn)行防滲處理,對(duì)減小水庫(kù)滲漏的作用和效果顯著,達(dá)到了預(yù)期的目的。

考慮到紅層軟巖具有典型的代表性,可以利用取得的裂隙統(tǒng)計(jì)特性指導(dǎo)帷幕灌漿設(shè)計(jì),通過對(duì)壩區(qū)巖體裂隙數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,采取適當(dāng)?shù)墓酀{孔布置參數(shù)(孔距及孔傾斜角),以達(dá)到理論上較優(yōu)的防滲設(shè)計(jì)方案。

1 邊界條件擬定及研究方法

1.1 邊界條件擬定

(1)鑒于各種裂隙分布廣泛,目前統(tǒng)計(jì)的手段僅限于地表觀測(cè)和鉆孔揭示。根據(jù)構(gòu)造裂隙成組出現(xiàn)的特性,假定一定數(shù)量下裂隙數(shù)據(jù)能近似反映巖層中裂隙分布的規(guī)律,即統(tǒng)計(jì)裂隙的特征參數(shù)只與走向、傾向、傾角相關(guān),與其具體位置和相互間距無關(guān)。

(2)裂隙相對(duì)帷幕灌漿范圍足夠長(zhǎng),即其層面均能與帷幕灌漿軸線形成的豎直面相交。

(3)工程措施需兼顧效果和經(jīng)濟(jì)性,統(tǒng)計(jì)分析范圍應(yīng)針對(duì)主要的滲透巖層。

1.2 研究方法

(1)通過現(xiàn)場(chǎng)勘察,根據(jù)巖層的實(shí)際情況,收集足夠數(shù)量的裂隙數(shù)據(jù)樣本。數(shù)據(jù)根據(jù)走向、傾向、傾角進(jìn)行統(tǒng)計(jì),傾角傾向山內(nèi)為正,傾向山外為負(fù)。

(2)裂隙面真傾角和裂隙面與灌漿面視傾角的換算。

如圖1所示,面ABCD為裂隙面,其真傾角為α,其走向線為AB,面BDF為灌漿面,其走向線為BF,為豎直面。裂隙走向與灌漿軸線走向往往會(huì)有一定的夾角(圖1中β),因此需在灌漿面對(duì)裂隙進(jìn)行研究。

圖1 裂隙面真傾角、視傾角關(guān)系

如圖1所示裂隙面ABCD相對(duì)帷幕面FBD的視傾角為γ,兩個(gè)面在水平面的交線夾角為β。通過幾何推算可得:tanγ=tanαsinβ?？捎?jì)算各裂隙面與灌漿面的視傾角γ。

(3)灌漿孔角度、裂隙傾角與灌漿間距的關(guān)系。

如圖2所示,某一巖層為主要滲漏途徑,厚度為h,對(duì)其進(jìn)行帷幕灌漿防滲處理,該巖層中某一裂隙與灌漿面的視傾角為γ,帷幕灌漿孔的角度為δ(豎直孔δ=0)。理論上能保證有1條帷幕貫穿該裂隙的最小灌漿間距B(水平距離),當(dāng)帷幕傾角與裂隙傾角相反時(shí)候?yàn)锽=a+b,反之則為B=a-b(如圖中虛線所示);其中a=h·cotγ,b=h·tanδ。

圖2 灌漿孔角度、裂隙傾角與灌漿間距關(guān)系

(4)灌漿方案裂隙覆蓋率的計(jì)算和較優(yōu)方案的選擇。

對(duì)統(tǒng)計(jì)裂隙進(jìn)行灌漿面視傾角換算后,擬定灌漿方案,計(jì)算保證至少1條灌漿線貫穿的裂隙最大視傾角,對(duì)各裂隙進(jìn)行判斷統(tǒng)計(jì),計(jì)算灌漿方案的裂隙覆蓋率,結(jié)合經(jīng)濟(jì)性和可行性選擇較優(yōu)方案。

2 案例分析

經(jīng)勘察,川中盆地某水庫(kù):(1)左、右岸巖性為砂巖和粉砂質(zhì)泥巖不等厚互層,巖層較水平;巖體以較完整、完整巖體為主,完整性差次之,局部巖體較破碎;砂巖中陡傾角裂隙發(fā)育。(2)左壩肩高程336.61～354.00 m(J2sn④)、317.36～327.78 m(J2sn②)存在中等～強(qiáng)透水帶,組成巖性為砂巖或砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖;右壩肩高程330.50～351.07 m(J2sn④)、319.00～331.47 m(J2sn②)存在中等～強(qiáng)透水帶,組成巖性為砂巖或砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖。

由此,左、右岸壩肩主要的滲漏途徑為J2sn②、J2sn④巖層,該兩層巖層內(nèi),左岸共統(tǒng)計(jì)裂隙137條,詳見圖3,右岸共統(tǒng)計(jì)裂隙166條,詳見圖4(傾向山內(nèi)為正,山外為負(fù))。

圖3 左岸裂隙分布

圖4 右岸裂隙分布

根據(jù)前述分析方法,擬定灌漿間距1.5～2.0 m,每0.1m一組數(shù)據(jù),灌漿孔傾角70～90 °,每1 °一組數(shù)據(jù),分別計(jì)算對(duì)應(yīng)裂隙覆蓋率,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)詳見圖5、圖6。

圖5 左岸裂隙覆蓋率

圖6 右岸裂隙覆蓋率

從圖5、圖6中可以分析得出:

(1)在陡傾角裂隙占優(yōu)勢(shì)的巖層中,結(jié)合其具體情況,減少灌漿傾角較加密間距能獲得較高的裂隙覆蓋率。

(2)圖5所示,隨著間距的加密和灌漿傾角的減少,裂隙覆蓋率有明顯平緩段,采取突變位置參數(shù)較優(yōu),即傾角80 °左右,間距2 m;圖6所示,較優(yōu)參數(shù)為傾角75 °左右,間距1.6 m。

3 結(jié)論與建議

(1)擬定壩基灌漿方案,應(yīng)注意收集透水巖層和優(yōu)勢(shì)裂隙的相關(guān)情況,分析判斷主要的滲漏途徑,擬定有針對(duì)性的灌漿方案。

(2)四川盆地廣泛分布的紅層巖體工程特性具有典型性和代表性,通過勘察手段可以獲取一定的裂隙發(fā)育統(tǒng)計(jì)特征,據(jù)此指導(dǎo)帷幕灌漿方案設(shè)計(jì)。但紅層巖體受成巖、構(gòu)造、剝蝕和卸荷作用影響,其裂隙結(jié)構(gòu)發(fā)育復(fù)雜,現(xiàn)有勘察手段難以準(zhǔn)確掌握其特性,現(xiàn)主要結(jié)合經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì),尚需要對(duì)巖體結(jié)構(gòu)特性深入研究,以供設(shè)計(jì)參考。

(3)灌漿工程屬于隱蔽工程,由于巖體裂隙發(fā)育規(guī)律的復(fù)雜性、灌漿漿液在基巖裂隙中擴(kuò)散的不確定性和灌漿施工條件的影響,均會(huì)影響灌漿效果,本文僅根據(jù)灌漿孔對(duì)裂隙的覆蓋進(jìn)行了分析,實(shí)際工程中仍需通過灌漿試驗(yàn)確定有關(guān)灌漿參數(shù),如灌漿孔距、傾角、漿液配比、灌漿壓力、灌漿方式等。