高拱坝坝基岩体松弛时间以及空间效应研究(XXXX0924)

高拱坝坝基岩体松弛时间以及空间效应研究(XXXX0924)汇报内容1前言2坝基岩体松弛带的划分3坝基岩体松弛的空间效应4坝基岩体松弛的时间效应5结语1前言在高拱坝的建设过程中，坝基岩体受到开挖爆破及后期卸荷等因素的影响，会出现不同程度的松弛，岩体松弛过程中表现出声波速度降低、裂隙张开度及数量增加等效应。坝基岩体松弛效应测试的方法主要有声波及钻孔全景图像长观测试，通过对坝基岩体在长观期间波速的衰减率、钻孔全景图像裂隙的开度比及数量比分析，总结坝基岩体松弛的空间及时间效应，得到坝基岩体松弛程度及深度发展情况，波速衰减的收敛时间，从而为设计过程中的固灌深度、固灌验收标准等关键参数提供依据。本研究主要依托大岗山、锦屏一级及溪洛渡水电站在开挖期间长观孔的声波及钻孔全景图像资料。大岗山坝基岩性主要为澄江期灰白色、微红色中粒黑云二长花岗岩，辉绿岩脉穿插发育其中；锦屏一级坝址区河床及两岸基岩主要为中上三叠统杂谷脑组变质岩，按岩石建造特征可分为绿片岩、大理岩、砂板岩三段；溪洛渡坝址区河床坝基及两岸谷坡主要由二叠系上统峨眉山玄武岩组成。电站名称长观孔数量及布置长观孔测试情况孔数孔位布置测试方法测试频率大岗山471080m以上20m高程一个孔，1080~1040m段10m高程按1、2两个孔交叉布置，1080m以下10m高程（间距）1个孔，孔向垂直建基面；左右岸每60~80m布置1个铅垂长观孔，共6孔，深均为20m。单孔声波为主，部分全景图像前3个月每月1次，后每3个月一次，最长观测19个月锦屏一级174右岸1885~1795m及左岸1885~1730m高程于大坝中心线以7.5m等高差布设了一排长观孔；右岸1795~1580m及左岸1727~1580m高程，分别以3孔和1孔（坝中心线）交替布置长观孔，孔向垂直建基面。单孔声波为主，部分全景图像每月一次，最长观测27个月溪洛渡25EL.400m以上左右岸每30m布置一个长观孔，长观孔均位于坝轴线上，孔深为20~25m，孔向垂直建基面。左右岸建基面新增13个变模孔长期观测，孔深为30m，孔向铅垂向下。单孔声波每月一次，最长观测25个月大岗山、锦屏一级及溪洛渡水电站坝基岩体长观孔的布置及观测情况表图1-1大岗山水电站大坝建基面长观孔孔位布置图

图1-2锦屏一级水电站大坝建基面长观孔孔位布置图图1-3溪洛渡水电站大坝建基面长观孔孔位布置图2坝基岩体松弛带的划分标准2.1坝基岩体波速衰减率的分类2.2坝基岩体松弛带的划分标准2.1坝基岩体波速衰减率的划分根据坝基岩体波速衰减的原因及衰减时段，岩体的波速衰减率分为卸荷波速衰减率和爆破及卸荷波速总衰减率两类，其中波速总衰减率又分为长观初期和长观末期两个时间段。

衰减率分类岩体卸荷波速衰减率（ηx）岩体爆破及卸荷波速总衰减率长观初期（ηbx1）长观末期（ηbx2）波速衰减时段爆破完成后至长观完成天然状态至长观初期天然状态至长观末期波速衰减量度长时间卸荷爆破+短时间卸荷爆破+长时间卸荷初始波速爆后波速平均值天然状态波速值天然状态波速值末期波速长观末期平均波速长观初期平均波速长观末期平均波速坝基岩体波速衰减率划分表

2.2坝基岩体松弛带的划分标准

坝基岩体松弛带的划分主要根据岩体的平均波速及波速总衰减率进行，同时结合钻孔全景图像的裂隙开度情况及波速曲线特征。根据上述指标，坝基岩体松弛带分为：强松弛带、弱松弛带及基本正常带。强松弛带：岩体爆破及卸荷松弛的波速总衰减率大于25%（辉绿岩、玄武岩等基性岩大于30%），岩体裂隙发育，裂隙面一般呈张开~微张，间距一般小于0.3m，波速曲线起伏大，强松弛带的各类岩体平均波速较基本正常带的平均波速低约500m/s左右。弱松弛带：岩体爆破及卸荷松弛的波速总衰减率介于10~25%（辉绿岩、玄武岩等基性岩为10~30%），岩体裂隙较发育，裂隙面一般呈微张~闭合，间距一般介于0.3~1.0m，波速曲线有一定起伏，弱松弛带的各类岩体平均波速介于强松弛带和基本正常带之间。基本正常带：岩体爆破及卸荷松弛的波速总衰减率小于10%，岩体裂隙不发育，裂隙面一般呈闭合，间距一般大于1.0m，波速曲线起伏较小，基本正常带的各类岩体平均波速较统计得到的波速较大平均值的低约500m/s左右。岩性岩体类别平均波速（m/s）岩体爆破及卸荷波速总衰减率（%）强松弛带弱松弛带基本正常带强松弛带弱松弛带基本正常带花岗岩Ⅱ＜39004000~4400＞4400＞2525~10＜10Ⅲ1＜34503450~3900＞3900Ⅲ2＜30003000~3450＞3450大理岩Ⅱ＜50005000~5400＞5400＞2525~10＜10Ⅲ1＜45004500~5000＞5000辉绿岩（脉岩）Ⅲ1＜40004000~4400＞4400＞3030~10＜10Ⅲ2＜35003500~4000＞4000玄武岩（陆相）Ⅱ＜45004500~5000＞5000＞3030~10＜10Ⅲ1＜40004000~4500＞4500Ⅲ2＜35003500~4000＞4000坝基岩体松弛带的划分标准3坝基岩体松弛的空间效应3.1坝基岩体松弛空间效应的平均波速及波速总衰减率分析3.2坝基岩体松弛空间效应的钻孔全景图像特征分析长观初期不同孔深的各类岩体平均波速孔深(m)大岗山花岗岩大岗山辉绿岩锦屏一级大理岩溪洛渡玄武岩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较大平均4850431039324958440059705850562455624932分级波速≥45004000~45003500~4000≥4500≥4000≥55004500~55004800~55004000~52003500~45003.1坝基岩体松弛空间效应的平均波速及波速总衰减率分析长观末期不同孔深的各类岩体平均波速孔深(m)大岗山花岗岩大岗山辉绿岩锦屏一级大理岩溪洛渡玄武岩ⅡⅢ1Ⅲ2Ⅲ1Ⅲ2ⅡⅢ1ⅡⅢ1Ⅲ212个月9个月12个月9个月9个月15个月9个月12个月15个月15个月0.0~2.030002664232126571954437235693958354832602.0~5.034143465300740452498542947584818449739565.0~10.0390535793560477727385652508952424898419510.0~15.042923995361840155704555853405017430115.0~20.0451441003731446958275698520750934445长观初期不同孔深的各类岩体爆破及卸荷松弛波速总衰减率孔深(m)大岗山花岗岩大岗山辉绿岩锦屏一级大理岩溪洛渡玄武岩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长观末期不同孔深的各类岩体爆破及卸荷松弛波速总衰减率孔深(m)大岗山花岗岩大岗山辉绿岩锦屏一级大理岩溪洛渡玄武岩ⅡⅢ1Ⅲ2Ⅲ1Ⅲ2ⅡⅢ1ⅡⅢ1Ⅲ212个月9个月12个月9个月9个月15个月9个月12个月15个月15个月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坝基岩体松弛带深度随时间的变化情况表工程名称岩性岩体类别观测时间（个月）强松弛深度（m）弱松弛深度（m）长观初期长观末期长观初期长观末期大岗山花岗岩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辉绿岩Ⅲ190.0~2.00.0~2.0*2.0~5.0Ⅲ290.0~5.00.0~10.05.0~10.0*锦屏一级大理岩Ⅱ15*0.0~2.00.0~2.0*Ⅲ19*0.0~2.00.0~5.02.0~10.0溪洛渡玄武岩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坝基岩体松弛空间效应小结1：

综合坝基岩体波速总衰减率的变化规律：Ⅱ花岗岩、Ⅲ2辉绿岩、Ⅱ类大理岩、Ⅲ1类大理岩、Ⅲ1类玄武岩、Ⅲ2类玄武岩强、弱松弛带深度均发生变化，具有较强的空间效应；Ⅲ1辉绿岩、Ⅲ1花岗岩、Ⅱ类玄武岩强、弱松弛带深度部分发生变化，具有一定的空间效应；Ⅲ2花岗岩强、弱松弛带深度在长观前后未发生变化，空间效应较弱。

3.2坝基岩体松弛空间效应的钻孔全景图像特征分析0.0~4.0m(间隔12个月)4.0~8.0m(间隔12个月)8.0~12.0m(间隔12个月)3-9Ⅱ类花岗岩不同孔深的钻孔全景图像特征8.0~12.0m(间隔7个月)3-10Ⅲ1类辉绿岩不同孔深的钻孔全景图像特征

2.0~6.0m(间隔15个月)3-11Ⅴ1类花岗岩（f145断层）不同孔深的钻孔全景图像特征

裂隙开度比是指岩体在一定长观周期内，相同位置长观末期与长观初期的裂隙张开度之比，裂隙开度比一般随孔深的增加而减小；裂隙数量比是指岩体在一定长观周期内，相同孔段长观末期与长观初期的裂隙数量之比，裂隙数量比一般随孔深的增加而减小。坝基岩体松弛空间效应小结2：综合全景图像裂隙开度比和裂隙数量比两个方面分析：Ⅱ类花岗岩及Ⅲ1类辉绿岩全景图像沿孔深方向具有较强的空间效应，Ⅲ2类花岗岩全景图像沿孔深方向具有一定的空间效应，辉绿岩由于隐微裂隙较发育，开挖松弛后其裂隙数量比及开度比均较大。4坝基岩体松弛的时间效应4.1坝基岩体松弛时间效应的波速衰减率分析

4.2坝基岩体松弛时间效应的全景图像分析

4.1坝基岩体松弛时间效应的波速衰减率分析坝基岩体松弛的波速衰减主要利用波速衰减率和波速月平均衰减率两个指标。波速衰减率是波速衰减的累积效应，随着观测周期延长，波速衰减率一般呈逐渐增加的趋势，它是表征波速衰减的程度；波速月平均衰减率是根据各观测周期的波速衰减率按月平均得到，它反映整个观测周期内，岩体波速衰减的快慢，是描述岩体波速衰减时间效应的重要指标。根据各类岩体的波速月平均衰减率，波速衰减分为四个阶段：波速月平均衰减率大于3.0%的为快速衰减期；波速月平均衰减率介于1.0~3.0%的为过渡衰减期；波速月平均衰减率介于0.5~1.0%的为缓慢衰减期；波速月平均衰减率小于0.5%的为衰减收敛期。坝基岩体松弛时间效应小结1：

（1）观测期12个月的岩体波速衰减率：在0.0~5.0m较大，0.0~2.0m段的波速衰减率介于16.67~18.12%，2.0~5.0m段的波速衰减率一般介于13.77~14.96%（大理岩为5.40%）；5.0m以下岩体波速衰减小于10%。（2）坝基岩体波速衰减收敛情况：大岗山的花岗岩及辉绿岩大部分孔段在长观期间波速衰减未趋于收敛或波速衰减趋于收敛的时间较长，松弛的时间效应较强；锦屏一级的大理岩及溪洛渡的玄武岩全部孔段波速衰趋于收敛，波速衰减趋于收敛的时间一般小于3个月，松弛的时间效应相对较弱。总体而言，大岗山辉绿岩时间效应强于花岗岩，大岗山花岗岩强于溪洛渡玄武岩，溪洛渡玄武岩强于锦屏大理岩。图4-13Ⅱ类花岗岩长观孔钻孔全景图像（1、6、12个月）图4-14Ⅲ1辉绿岩长观孔钻孔全景图像（1、4、7个月）

图4-15Ⅴ1类花岗岩（f145断层）及其影响带长观孔钻孔全景图像（1、6、15个月）坝基岩体松弛时间效应小结2：综合全景图像裂隙开度比和裂隙数量比随时间变化规律分析:Ⅱ类花岗岩及Ⅲ1类辉绿岩全景图像具有较强的时间效应，Ⅲ2类花岗岩全景图像具有一定的时间效应，Ⅴ1类花岗岩全景图像的时间效应较弱。详见图4-13~4-15。岩体钻孔全景图像特征的随时间的变化与岩性和开挖完成前岩体所处的应力环境关系较大。辉绿岩由于隐微裂隙较发育，开挖后随时间延续，裂隙进一步显现