高拱壩壩基巖體松弛時間以及空間效應研究(XXXX0924)

高拱壩壩基巖體松弛時間以及空間效應研究(XXXX0924)匯報內容1前言2壩基巖體松弛帶的劃分3壩基巖體松弛的空間效應4壩基巖體松弛的時間效應5結語1前言在高拱壩的建設過程中，壩基巖體受到開挖爆破及后期卸荷等因素的影響，會出現不同程度的松弛，巖體松弛過程中表現出聲波速度降低、裂隙張開度及數量增加等效應。壩基巖體松弛效應測試的方法主要有聲波及鉆孔全景圖像長觀測試，通過對壩基巖體在長觀期間波速的衰減率、鉆孔全景圖像裂隙的開度比及數量比分析，總結壩基巖體松弛的空間及時間效應，得到壩基巖體松弛程度及深度發(fā)展情況，波速衰減的收斂時間，從而為設計過程中的固灌深度、固灌驗收標準等關鍵參數提供依據。本研究主要依托大崗山、錦屏一級及溪洛渡水電站在開挖期間長觀孔的聲波及鉆孔全景圖像資料。大崗山壩基巖性主要為澄江期灰白色、微紅色中粒黑云二長花崗巖，輝綠巖脈穿插發(fā)育其中；錦屏一級壩址區(qū)河床及兩岸基巖主要為中上三疊統(tǒng)雜谷腦組變質巖，按巖石建造特征可分為綠片巖、大理巖、砂板巖三段；溪洛渡壩址區(qū)河床壩基及兩岸谷坡主要由二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組成。電站名稱長觀孔數量及布置長觀孔測試情況孔數孔位布置測試方法測試頻率大崗山471080m以上20m高程一個孔，1080~1040m段10m高程按1、2兩個孔交叉布置，1080m以下10m高程（間距）1個孔，孔向垂直建基面；左右岸每60~80m布置1個鉛垂長觀孔，共6孔，深均為20m。單孔聲波為主，部分全景圖像前3個月每月1次，后每3個月一次，最長觀測19個月錦屏一級174右岸1885~1795m及左岸1885~1730m高程于大壩中心線以7.5m等高差布設了一排長觀孔；右岸1795~1580m及左岸1727~1580m高程，分別以3孔和1孔（壩中心線）交替布置長觀孔，孔向垂直建基面。單孔聲波為主，部分全景圖像每月一次，最長觀測27個月溪洛渡25EL.400m以上左右岸每30m布置一個長觀孔，長觀孔均位于壩軸線上，孔深為20~25m，孔向垂直建基面。左右岸建基面新增13個變模孔長期觀測，孔深為30m，孔向鉛垂向下。單孔聲波每月一次，最長觀測25個月大崗山、錦屏一級及溪洛渡水電站壩基巖體長觀孔的布置及觀測情況表圖1-1大崗山水電站大壩建基面長觀孔孔位布置圖

圖1-2錦屏一級水電站大壩建基面長觀孔孔位布置圖圖1-3溪洛渡水電站大壩建基面長觀孔孔位布置圖2壩基巖體松弛帶的劃分標準2.1壩基巖體波速衰減率的分類2.2壩基巖體松弛帶的劃分標準2.1壩基巖體波速衰減率的劃分根據壩基巖體波速衰減的原因及衰減時段，巖體的波速衰減率分為卸荷波速衰減率和爆破及卸荷波速總衰減率兩類，其中波速總衰減率又分為長觀初期和長觀末期兩個時間段。

衰減率分類巖體卸荷波速衰減率（ηx）巖體爆破及卸荷波速總衰減率長觀初期（ηbx1）長觀末期（ηbx2）波速衰減時段爆破完成后至長觀完成天然狀態(tài)至長觀初期天然狀態(tài)至長觀末期波速衰減量度長時間卸荷爆破+短時間卸荷爆破+長時間卸荷初始波速爆后波速平均值天然狀態(tài)波速值天然狀態(tài)波速值末期波速長觀末期平均波速長觀初期平均波速長觀末期平均波速壩基巖體波速衰減率劃分表

2.2壩基巖體松弛帶的劃分標準

壩基巖體松弛帶的劃分主要根據巖體的平均波速及波速總衰減率進行，同時結合鉆孔全景圖像的裂隙開度情況及波速曲線特征。根據上述指標，壩基巖體松弛帶分為：強松弛帶、弱松弛帶及基本正常帶。強松弛帶：巖體爆破及卸荷松弛的波速總衰減率大于25%（輝綠巖、玄武巖等基性巖大于30%），巖體裂隙發(fā)育，裂隙面一般呈張開~微張，間距一般小于0.3m，波速曲線起伏大，強松弛帶的各類巖體平均波速較基本正常帶的平均波速低約500m/s左右。弱松弛帶：巖體爆破及卸荷松弛的波速總衰減率介于10~25%（輝綠巖、玄武巖等基性巖為10~30%），巖體裂隙較發(fā)育，裂隙面一般呈微張~閉合，間距一般介于0.3~1.0m，波速曲線有一定起伏，弱松弛帶的各類巖體平均波速介于強松弛帶和基本正常帶之間?；菊В簬r體爆破及卸荷松弛的波速總衰減率小于10%，巖體裂隙不發(fā)育，裂隙面一般呈閉合，間距一般大于1.0m，波速曲線起伏較小，基本正常帶的各類巖體平均波速較統(tǒng)計得到的波速較大平均值的低約500m/s左右。巖性巖體類別平均波速（m/s）巖體爆破及卸荷波速總衰減率（%）強松弛帶弱松弛帶基本正常帶強松弛帶弱松弛帶基本正常帶花崗巖Ⅱ＜39004000~4400＞4400＞2525~10＜10Ⅲ1＜34503450~3900＞3900Ⅲ2＜30003000~3450＞3450大理巖Ⅱ＜50005000~5400＞5400＞2525~10＜10Ⅲ1＜45004500~5000＞5000輝綠巖（脈巖）Ⅲ1＜40004000~4400＞4400＞3030~10＜10Ⅲ2＜35003500~4000＞4000玄武巖（陸相）Ⅱ＜45004500~5000＞5000＞3030~10＜10Ⅲ1＜40004000~4500＞4500Ⅲ2＜35003500~4000＞4000壩基巖體松弛帶的劃分標準3壩基巖體松弛的空間效應3.1壩基巖體松弛空間效應的平均波速及波速總衰減率分析3.2壩基巖體松弛空間效應的鉆孔全景圖像特征分析長觀初期不同孔深的各類巖體平均波速孔深(m)大崗山花崗巖大崗山輝綠巖錦屏一級大理巖溪洛渡玄武巖ⅡⅢ1Ⅲ2Ⅲ1Ⅲ2ⅡⅢ1ⅡⅢ1Ⅲ2爆后爆后爆后爆后爆后爆后爆后爆后爆后爆后0.0~2.036142985277530292419527445004798446639762.0~5.041113859342044943022577552005583550548035.0~10.0449939223878495831865925555056105486476710.0~1548504252392344005960570056245562482615.0~20485043103932482559705850550555204932較大平均4850431039324958440059705850562455624932分級波速≥45004000~45003500~4000≥4500≥4000≥55004500~55004800~55004000~52003500~45003.1壩基巖體松弛空間效應的平均波速及波速總衰減率分析長觀末期不同孔深的各類巖體平均波速孔深(m)大崗山花崗巖大崗山輝綠巖錦屏一級大理巖溪洛渡玄武巖ⅡⅢ1Ⅲ2Ⅲ1Ⅲ2ⅡⅢ1ⅡⅢ1Ⅲ212個月9個月12個月9個月9個月15個月9個月12個月15個月15個月0.0~2.030002664232126571954437235693958354832602.0~5.034143465300740452498542947584818449739565.0~10.0390535793560477727385652508952424898419510.0~15.042923995361840155704555853405017430115.0~20.0451441003731446958275698520750934445長觀初期不同孔深的各類巖體爆破及卸荷松弛波速總衰減率孔深(m)大崗山花崗巖大崗山輝綠巖錦屏一級大理巖溪洛渡玄武巖ⅡⅢ1Ⅲ2Ⅲ1Ⅲ2ⅡⅢ1ⅡⅢ1Ⅲ2爆后爆后爆后爆后爆后爆后爆后爆后爆后爆后0.0~2.025.4830.7429.4338.9145.0211.6623.0814.6919.7119.382.0~5.015.2410.4613.029.3631.323.2711.110.731.022.625.0~10.07.249.001.370.0027.590.755.130.251.373.3510.0~15.01.350.238.810.172.562.1515.0~20.02.120.76長觀末期不同孔深的各類巖體爆破及卸荷松弛波速總衰減率孔深(m)大崗山花崗巖大崗山輝綠巖錦屏一級大理巖溪洛渡玄武巖ⅡⅢ1Ⅲ2Ⅲ1Ⅲ2ⅡⅢ1ⅡⅢ1Ⅲ212個月9個月12個月9個月9個月15個月9個月12個月15個月15個月0.0~2.038.1438.2040.9746.4155.5926.7639.0029.6236.2133.892.0~5.029.6119.6023.5218.41

43.239.0718.6714.3419.1519.785.0~10.019.4916.969.463.6637.775.3213.006.7911.9314.9310.0~15.011.517.307.998.754.465.005.069.7912.8015.0~20.06.934.875.107.382.402.607.428.439.87壩基巖體松弛帶深度隨時間的變化情況表工程名稱巖性巖體類別觀測時間（個月）強松弛深度（m）弱松弛深度（m）長觀初期長觀末期長觀初期長觀末期大崗山花崗巖Ⅱ120.0~2.00.0~5.02.0~5.05.0~15.0Ⅲ190.0~2.00.0~2.02.0~5.02.0~10.0Ⅲ2120.0~2.00.0~2.02.0~5.02.0~5.0輝綠巖Ⅲ190.0~2.00.0~2.0*2.0~5.0Ⅲ290.0~5.00.0~10.05.0~10.0*錦屏一級大理巖Ⅱ15*0.0~2.00.0~2.0*Ⅲ19*0.0~2.00.0~5.02.0~10.0溪洛渡玄武巖Ⅱ12**0.0~2.00.0~5.0Ⅲ115*0.0~2.00.0~2.02.0~10.0Ⅲ215*0.0~2.00.0~2.02.0~15.0壩基巖體松弛空間效應小結1：

綜合壩基巖體波速總衰減率的變化規(guī)律：Ⅱ花崗巖、Ⅲ2輝綠巖、Ⅱ類大理巖、Ⅲ1類大理巖、Ⅲ1類玄武巖、Ⅲ2類玄武巖強、弱松弛帶深度均發(fā)生變化，具有較強的空間效應；Ⅲ1輝綠巖、Ⅲ1花崗巖、Ⅱ類玄武巖強、弱松弛帶深度部分發(fā)生變化，具有一定的空間效應；Ⅲ2花崗巖強、弱松弛帶深度在長觀前后未發(fā)生變化，空間效應較弱。

3.2壩基巖體松弛空間效應的鉆孔全景圖像特征分析0.0~4.0m(間隔12個月)4.0~8.0m(間隔12個月)8.0~12.0m(間隔12個月)3-9Ⅱ類花崗巖不同孔深的鉆孔全景圖像特征8.0~12.0m(間隔7個月)3-10Ⅲ1類輝綠巖不同孔深的鉆孔全景圖像特征

2.0~6.0m(間隔15個月)3-11Ⅴ1類花崗巖（f145斷層）不同孔深的鉆孔全景圖像特征

裂隙開度比是指巖體在一定長觀周期內，相同位置長觀末期與長觀初期的裂隙張開度之比，裂隙開度比一般隨孔深的增加而減??；裂隙數量比是指巖體在一定長觀周期內，相同孔段長觀末期與長觀初期的裂隙數量之比，裂隙數量比一般隨孔深的增加而減小。壩基巖體松弛空間效應小結2：綜合全景圖像裂隙開度比和裂隙數量比兩個方面分析：Ⅱ類花崗巖及Ⅲ1類輝綠巖全景圖像沿孔深方向具有較強的空間效應，Ⅲ2類花崗巖全景圖像沿孔深方向具有一定的空間效應，輝綠巖由于隱微裂隙較發(fā)育，開挖松弛后其裂隙數量比及開度比均較大。4壩基巖體松弛的時間效應4.1壩基巖體松弛時間效應的波速衰減率分析

4.2壩基巖體松弛時間效應的全景圖像分析

4.1壩基巖體松弛時間效應的波速衰減率分析壩基巖體松弛的波速衰減主要利用波速衰減率和波速月平均衰減率兩個指標。波速衰減率是波速衰減的累積效應，隨著觀測周期延長，波速衰減率一般呈逐漸增加的趨勢，它是表征波速衰減的程度；波速月平均衰減率是根據各觀測周期的波速衰減率按月平均得到，它反映整個觀測周期內，巖體波速衰減的快慢，是描述巖體波速衰減時間效應的重要指標。根據各類巖體的波速月平均衰減率，波速衰減分為四個階段：波速月平均衰減率大于3.0%的為快速衰減期；波速月平均衰減率介于1.0~3.0%的為過渡衰減期；波速月平均衰減率介于0.5~1.0%的為緩慢衰減期；波速月平均衰減率小于0.5%的為衰減收斂期。壩基巖體松弛時間效應小結1：

（1）觀測期12個月的巖體波速衰減率：在0.0~5.0m較大，0.0~2.0m段的波速衰減率介于16.67~18.12%，2.0~5.0m段的波速衰減率一般介于13.77~14.96%（大理巖為5.40%）；5.0m以下巖體波速衰減小于10%。（2）壩基巖體波速衰減收斂情況：大崗山的花崗巖及輝綠巖大部分孔段在長觀期間波速衰減未趨于收斂或波速衰減趨于收斂的時間較長，松弛的時間效應較強；錦屏一級的大理巖及溪洛渡的玄武巖全部孔段波速衰趨于收斂，波速衰減趨于收斂的時間一般小于3個月，松弛的時間效應相對較弱?？傮w而言，大崗山輝綠巖時間效應強于花崗巖，大崗山花崗巖強于溪洛渡玄武巖，溪洛渡玄武巖強于錦屏大理巖。圖4-13Ⅱ類花崗巖長觀孔鉆孔全景圖像（1、6、12個月）圖4-14Ⅲ1輝綠巖長觀孔鉆孔全景圖像（1、4、7個月）

圖4-15Ⅴ1類花崗巖（f145斷層）及其影響帶長觀孔鉆孔全景圖像（1、6、15個月）壩基巖體松弛時間效應小結2：綜合全景圖像裂隙開度比和裂隙數量比隨時間變化規(guī)律分析:Ⅱ類花崗巖及Ⅲ1類輝綠巖全景圖像具有較強的時間效應，Ⅲ2類花崗巖全景圖像具有一定的時間效應，Ⅴ1類花崗巖全景圖像的時間效應較弱。詳見圖4-13~4-15。巖體鉆孔全景圖像特征的隨時間的變化與巖性和開挖完成前巖體所處的應力環(huán)境關系較大。輝綠巖由于隱微裂隙較發(fā)育，開挖后隨時間延續(xù)，裂隙進一步顯現