西南某水电站坝基岩体质量分级研究

张勐，丁宝晶，崔建凯，贾留杰

（1.四川省交通运输厅交通勘察设计研究院，成都 610017；2.福建华东岩土工程有限公司，福州 350003）

西南某水电站坝基岩体质量分级研究

张勐1，丁宝晶2，崔建凯1，贾留杰1

（1.四川省交通运输厅交通勘察设计研究院，成都 610017；2.福建华东岩土工程有限公司，福州 350003）

坝基岩体质量分级关系到大坝工程的安全性和经济性。通过对坝基岩体质量分级要素及各要素之间的联系进行研究，得出岩体分级各要素界限指标的对应值。在此基础上提出适用于本工程坝基岩体质量分级的单因素和双因素标准。并应用此标准对该坝基进行岩体质量分级。

水电站；岩体质量分级；分级要素；界限指标

1 前言

某水电站位于青藏高原和云贵高原向四川盆地过渡的斜坡地带，地势总体呈西高东低之势，山脉走向受地质构造控制，以近南北及北东向为主。区内山高谷深，山势巍峨，海拔高程多在2000～3000m以上。工程枢纽主要由混凝土双曲拱坝、两岸引水发电建筑物及泄洪消能建筑物等组成，最大坝高278m，装机容量12600MW，近期多年平均发电量为571.2×108kW·h。

2 工程区地质条件

坝区河床基岩及两岸谷坡主要由二叠系上统峨眉山玄武岩（P2β）组成，二叠系下统茅口组石灰岩（P1m）仅出露于峡谷进口段河床谷底，向下游倾伏于玄武岩之下，两岸谷肩部位残留厚约2～15m的二叠系上统宣威组砂页岩（P2x）。

坝址区分布地层为二叠系峨眉山玄武岩，坝区总厚度490～520m，可分14个岩流层，岩流层一般厚25～40m，其中P2β6和P2β12厚度最大，平均厚72m和82m，P2β10和P2β11厚度最小，平均厚14m和13m，同一岩流层厚度相对稳定，起伏差一般小于5m。

电站坝址经大量的平硐、钻孔勘探揭露，未发现切穿层位的断层，坝址区主要的地质构造为岩流层间的层间错动带、岩流层内的层内错动带和少量高角度挤压带，以及随机分布的节理、裂隙等。

3 坝基岩体质量分级要素研究及分级标准

3.1 坝基岩体分级要素

为客观、准确地反应坝区岩体结构的特点，在运用RQD定量指标表征岩体结构的基础上，引用“岩体块度指数RBI（Rock Block Index）”来具体反应岩块大小差异。RBI为岩芯长度分别为3～10cm、10～30cm、30～50cm、50～100cm和大于100cm的五级岩芯长度获得率的加权平均值，即：RBI＝3 ×Cr3＋10×Cr10＋30×Cr30＋50×Cr50＋100×Cr100。岩体块度指数RBI越大，其完整性也较好，RBI是对RQD指标的改进和补充。

本文通过现场调查及物探手段对岩体完整性系数（Kv）、裂隙间距（D）、岩石质量指标（RQD）、岩体块度系数（RBI）等要素及各要素之间的对应关系进行岩体准确定量分级研究。

3.2 坝基岩体分级要素的关联性分析

在工程中用多个因素进行分级时，按目前的求和或求积的值来分级，虽然可以分出岩体的级别，但由于各个指标的界线值不统一，表示的方式和量纲不一，和现场勘探、调查时，因条件限制不可能在某一个部位同时获得这些分类要素，因而在划分岩级时，就可能出现坝基、坝肩选择的要素不同，各要素的和或积出现量值上的差异，这样使得多因素划分岩级的综合界限值出现大的差异，岩级一样，而量值不同。另一方面造成很难将分级的结果用一定的软件在计算机、绘图机上来实现，为此，应当对这些要素进行关联性分析。

根据现场测试成果及岩体的特征，来选定现场快速易取得的岩体完整性系数（Kv）、裂隙间距（D）、岩石质量指标（RQD）、岩体块度系数（RBI）4个主要指标进行量化，而后对各要素之间的关联性进行分析，建立彼此间的关系表达式（图1～4）。

图1 完整性系数（Kv）与裂隙间距（D）关系曲线Fig.1 Relation curve between completeness coefficient（Kv）and fissure space（D）

图2 完整性系数（Kv）与RQD关系曲线Fig.2 Relation Curve between completeness coefficient（Kv）and RQD

图3 完整性系数（Kv）与块度指数（RBI）关系曲线Fig.3 Relation curve between completeness coefficient（Kv）and lumpiness index（RBI）

图4 块度指数（RBI）与RQD关系曲线Fig.4 Relation Curve between lumpiness index（RBI）and RQD

根据以上建立的关系式，可以获得岩级划分时各要素间的对应关系，通过各指标间的转换式和对应值，就可以较容易的用某一个指标去了解另一个指标的可能值（表1）。

3.3 坝基岩体质量分级单要素及双要素指标的确定

鉴于分级时选取要素的不同和个数的差异，因此获得的各分级界线的值是不同的，这些值彼此不易联系，不能在作图时统一表示，为了图形表达的一致性，需要对各要素的量值进行关联分析。考虑将Kv、D、RQD及RBI等较易取得的要素进行分级，将各岩级对应界限值的积乘以1000作为相应的分类值，然后通过该分类实现通过一个或几个要素对岩体质量进行分级并可以在图上较好地表达出来。

根据前面坝基岩体质量分级各要素的基本值，各要素之间的相关性，以及求积后彼此量值的关联性，可以获得用于坝基岩体质量分级的单因素、双因素界限值。各岩级定性描述及分级指标见表2，此表可用于本项目坝基岩体质量分级。

4 实测各因素值对岩体质量分级图示的统一性

为了研究用实测资料作出的岩体质量分级图的一致性，选取坝轴线左岸段现场统计和实测的裂隙间距、岩体纵波速度和完整性系数来进行研究。根据各平硐现场统计的裂隙间距和实测的岩体波速及完整性系数的资料，以下选取裂隙间距（D）、岩体完整性系数（Kv）和Kv＊D的对应关系进行作图分析。

表1 各岩级间分级要素界限指标的对应值Table 1 Limit index value of each rock quality rating element

表2 坝基岩体质量分级表Table 2 Rock quality rating for the dam foundation

从坝轴线左段岩体质量分级图（图5～7）可以看出，图中各岩级的界线和范围基本统一，无大的差异。这表明，只要获得的要素较为准确，依研究提供的分级标准及各指标的对应性来作图，图形具有较好的一致性，可以作为地质、设计、施工及其他技术人员在应用中的基本图件。

图5 岩体质量分级分区面（D）Fig.5 Subarea face（D）of rock quality rating

5 结语

通过研究和评价各主要因素对岩体质量的影响程度，在获得一定的量化关系的基础上，综合各因素的影响权值，对岩体进行质量分级，不仅可以较好地反映多个因素对岩体质量的影响程度，而且可以用简单的类型级别表达岩体对工程建筑物的适宜性及稳定性，将复杂的地质体用简单的信息传递给工程设计人员，成为工程地质人员与工程设计人员进行技术交流的共同“语言”。尽管当前在进行岩体质量分级时，大多仅能做到岩体优劣程度的“质”的分级，而尚难作到以较全面的工程特性参数予以精确量化，本文的研究使得岩体的质量的分级既可以表征岩体的优劣程度等级，又有与之相对应的可靠的参数予以量化的真正的“质”、“量”分级。

图6 岩体质量分级分区面（Kv）Fig.6 Subarea face（Kv）of rock quality rating

图7 岩体质量分级分区面（Kv＊D）Fig.7 Subarea face（Kv＊D）of rock quality rating

［1］张倬元，王士天，王兰生.工程地质分析原理［M］.地质出版社，1994：430－468.

［2］中华人民共和国水利部.水利水电工程地质勘察规范［S］.北京：中国计划出版社，2009.

［3］韩爱果，聂德新，孙冠平，等.岩体结构研究中结构面间距取值方法探讨［J］.岩石力学与工程学报，2003，22（增2）：2575－2577.

［4］陈剑平，王清，等.岩体结构统计均匀区的划分［J］.地质灾害与环境保护，1996，7（1）：19－24.

［5］王毅，杨建宏.玄武岩的岩体结构与力学性状研究［J］.岩石力学与工程学报，2002，21（9）：1307－1310.

ROCK QUALITY RATING FOR THE DAM FOUNDATION OF A HYDROELECTRIC STATION IN SOUTHWESTERN CHINA

Zhang Meng1，Ding Bao－jing2，Cui Jian－kai1，Jia Liu－jie1
（1.Sichuan Communication Surveying ＆Design Institute，Chengdu 610017，China；2.Fujian Huadong Geotechnical Engineering Co.，Ltd.，Fuzhou 350003，China）

Rock quality rating is related to the safety and economy of dam projects.The limit index value of each rating element is obtained by studying rating elements and their relationship.Based on this，the standards of single factor and double factors are given and applied for the rock quality rating of this dam＇s foundation.

hydroelectric station；rock quality rating；rating element；limit index

TV74；P642

:A

1006－4362（2012）02－0077－04

张勐（1978－ ），男，工程师，2001年毕业于成都理工大学环境与土木工程学院岩土工程专业，主要从事工程地质勘察工作。

2012－03－16改回日期:2012－05－11