高拱坝坝基岩体松弛时间及空间效应研究(20120924)

四川中水成勘院勘察公司,高拱坝坝基岩体松弛时间及,空间效应研究,2012年9月,汇报人：易毅,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,47,1080m以上20m高程一个孔，10801040m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6080m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18851795m及左岸18851730m高程于大坝中心线以7.5m等高差布设了一排长观孔；右岸17951580m及左岸17271580m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,25,EL.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2025m，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,（,x,）,岩体爆破及卸,荷波速总衰减率,长观初期,（,bx1,）,长观末期,（,bx2,）,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1025%（辉绿岩、玄武岩等基性岩为1030%），岩体裂隙较发育，裂隙面一般呈微张闭合，间距一般介于0.31.0m，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,3900,40004400,4400,25,2510,10,1,3450,34503900,3900,2,3000,30003450,3450,大理岩,5000,50005400,5400,25,2510,10,1,4500,45005000,5000,辉绿岩,（脉岩）,1,4000,40004400,4400,30,3010,10,2,3500,35004000,4000,玄武岩,（陆相）,4500,45005000,5000,30,3010,10,1,4000,40004500,4500,2,3500,35004000,4000,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,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,长观末期不同孔深的各类岩体平均波速,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,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,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,12,0.02.0,0.05.0,2.05.0,5.015.0,1,9,0.02.0,0.02.0,2.05.0,2.010.0,2,12,0.02.0,0.02.0,2.05.0,2.05.0,辉绿岩,1,9,0.02.0,0.02.0,*,2.05.0,2,9,0.05.0,0.010.0,5.010.0,*,锦屏一级,大理岩,15,*,0.02.0,0.02.0,*,1,9,*,0.02.0,0.05.0,2.010.0,溪洛渡,玄武岩,12,*,*,0.02.0,0.05.0,1,15,*,0.02.0,0.02.0,2.010.0,2,15,*,0.02.0,0.02.0,2.015.0,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：花岗岩、,2,辉绿岩、类大理岩、,1,类大理岩、,1,类玄武岩、,2,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；,1,辉绿岩、,1,花岗岩、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；,2,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,0.04.0m(间隔12个月),4.08.0m(间隔12个月),8.012.0m(间隔12个月),3-9 类花岗岩不同孔深的钻孔全景图像特征,8.012.0m(间隔7个月),3-10 ,1,类辉绿岩不同孔深的钻孔全景图像特征,2.06.0m(间隔15个月),3-11 ,1,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：类花岗岩及,1,类辉绿岩全景图像沿孔深方向具有较强的空间效应，,2,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1.03.0%的为过渡衰减期；波速月平均衰减率介于0.51.0%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0.05.0m较大， 0.02.0m段的波速衰减率介于16.6718.12%，2.05.0m段的波速衰减率一般介于13.7714.96%（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4-13 类花岗岩长观孔钻孔全景图像（1、6、12个月）,图4-14 ,1,辉绿岩长观孔钻孔全景图像（1、4、7个月）,图4-15 ,1,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,:,类花岗岩及,1,类辉绿岩全景图像具有较强的时间效应，,2,类花岗岩全景图像具有一定的时间效应，,1,类花岗岩全景图像的时间效应较弱。详见图4-134-15。,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，其裂隙数量比增大最多；类花岗岩开挖前较完整，储存应力较高，开挖后随时间延续应力释放，伴随岩体开裂，其裂隙开度比较大。,5.1坝基岩体松弛的空间效应,根据坝基岩体在长观初期和长观末期的平均波速、波速衰减率及钻孔全景图像特征的综合分析，得到坝基岩体松弛的空间效应：,（1）大岗山花岗岩及辉绿岩、锦屏一级大理岩和溪洛渡玄武岩在松弛过程中体现出比较明显的空间效应；,（2）大岗山因左右岸拱端嵌深比较深，坝基岩体松弛的空间效应总体强于锦屏一级及溪洛渡；,（3）大岗山辉绿岩松弛的空间效应强于花岗岩，其中,2,类辉绿岩强于,1,类辉绿岩，类花岗岩强于,1,类花岗岩，,1,类花岗岩又强于,2,类花岗岩；锦屏一级,1,类大理岩较类略强；溪洛渡,1,类及,2,类玄武岩略强于类玄武岩。,5结语,5.2坝基岩体松弛的时间效应,根据坝基岩体在长观初期和长观末期的平均波速、波速衰减率及钻孔全景图像特征的综合分析，得到坝基岩体松弛的时间效应：,（1）大岗山、锦屏一级、溪洛渡及官地水电站坝基开挖完成后具有不同程度的时间效应，大岗山坝基岩体开挖后松弛时间效应最为明显。,（2）从岩性角度分析，坝基岩体时间效应由强到弱的顺序依次为大岗山的辉绿岩，大岗山的花岗岩，溪洛渡的玄武岩，锦屏一级的大理岩。,致谢,本次研究过程中，得到了李文纲大师及沙椿总工的悉心指导，在此表示最诚挚的谢意！祝愿你们在今后的工作及生活中万事如意！同时对所有关心及支持本研究项目的领导及同事表示衷心的感谢！,谢谢大家！,