水电水利工程岩体检测技术的应用与发展

许海燕,裴 琳

(1.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川 成都 610072；2.四川中水成勘院工程勘察有限责任公司，四川 成都 610072)

1 前 言

自改革开放以来，国家把开发西部地区水力资源提到了重要位置，尤其是在提出“西电东送”战略以后，西南地区丰富的水力资源逐步得到开发利用。除长江干流上的三峡水电站外，在其支流雅砻江、大渡河、乌江上均已建成或正在建设巨大型水电站，黄河上游龙羊峡至青铜峡河段、澜沧江、南盘江、红水河均已建成或正在建设一批百万千瓦以上的骨干水电站。经过多年的发展，我国水电建设取得了很大的成就,2004年水电装机容量突破1亿kW，占全国电力总装机容量的1/ 4 ，提供了全国约1/ 5的电力需求。全国目前在建的大中型高坝、大库水电站共180多座，总装机容量为92 500 MW ,包括三峡22 400 MW(含计划扩建的地下厂房电站4 200 MW) 、溪洛渡1 386 MW、龙滩5 400 MW、小湾4 200 MW、拉西瓦4 200 MW、瀑布沟3 600 MW、锦屏一级3 600MW、水布垭1 840 MW、彭水1 750 MW 等特大型水电站。

中国水能资源和水电工程建设主要集中在西南地区，这些大中型水电工程具有以下特点：(1)装机容量大，最高超过12 000MW，发电效益显著；(2)电站的坝型根据筑坝地点的特有条件而不同，主要有拱坝、堆石坝和重力坝三类，中小型水电工程以闸坝为主；(3)坝高大，坝高超过或接近300m的在建和拟建的巨型水电工程已有数座，大型工程的平均坝高接近200m；(4)绝大部分工程采用地下厂房，且具有大尺寸和大规模，地下厂房洞室高度已超过80m，平均在60m左右，跨度(宽)超过30m，平均在20m左右，长度超过400m，平均在280m左右；(5)水工隧洞和调压室(井)亦具有越来越大的尺寸和规模，洞室或隧洞断面尺寸超过20m，平均在12m左右，调压室高度超过100m，平均在70m左右；(6)岩石工程边坡高陡，工程边坡(不含自然边坡)高度最高超过500m，平均在200m左右，且大部分坡度接近直立；(7)土石方开挖工程量巨大，无论是地面工程还是地下工程，开挖方量最大已超过5 000万m3，平均在2 000万m3左右。

1.1 工程地质条件及重大地质问题

大中型水电工程不仅自身具有“高坝、大库、高边坡、大洞室、巨量开挖”的特点，而且还具有工程所处的西南地区河谷陡峻、地质环境复杂、地应力水平高、降雨充沛、地震烈度大、交通不便、生产生活设施不发达等区域特点，由此带来了很多亟待解决的岩石力学课题和岩石工程问题。

我国西南地区总体上处于青藏高原的周边地带，伴随青藏高原第四纪期间的快速隆升，这一地区受其影响最为强烈。高原隆升不仅塑造了这一地区高山峡谷的基本地貌形态和河谷的发育历史，而且也决定了这一地区地壳的内动力条件、新构造运动及地震活动规律、地壳浅表层改造、第四纪沉积和剥蚀以及降雨分布，从而决定了中国西部地区与人类活动有关的地质环境的基本状况。一方面，周边河谷如澜沧江、怒江、金沙江、雅砻江、大渡河、岷江等强烈快速下切，形成高原东侧横断山系高山峡谷地貌景观，河谷两侧高陡边坡上大规模的崩塌、滑坡屡屡发生，且往往有超大型崩滑堵江断流形成堰塞湖的事件；另一方面，周边地区高地应力环境的出现及周边断裂体系如龙门山断裂、鲜水河断裂、安宁河-则木河-红河断裂等频繁的新活动，使地壳内动力条件异常活跃，地震频繁，因高地应力区河谷强烈下切卸荷而产生的大型卸荷浅表生时效变形结构也已被大量发现。这就是中国西部地质环境条件的基本格局，这样的地质环境条件在全世界都是独一无二的。

从岩性上看，西南地区分布的地层除太古界和寒武系之外，各时代均有出露，其中以三叠系分布最广，岩性主要是浅变质砂、板岩及其韵律层组合。这套地层厚度巨大，挤压紧密，褶皱强烈，岩性分布复杂。从区域稳定性上看，西南地区主要断裂大多形成于中生代，以北西向断裂为主，第四纪早期构造运动较为强烈，北西向断裂大多后期重新活动。从外动力地质现象上看，调水区外动力地质现象发育程度不均，具有平面分区、垂向分带的特性，海拔4 300m以上为冻土冰缘地貌发育区，其下岸坡变形破坏现象如滑坡、崩塌、泥石流等较为发育。

目前，西南地区水电建设面临的重大地质问题可以简要归纳为以下四类：

(1)活断层、高地震烈度和区域构造稳定性问题。西南地区活断层多、规模大、活动强度高，大部分地区地震基本烈度在Ⅶ度或以上，局部地区强震周期短，里氏7级强震的周期有的不足百年。这些活跃的外动力因素不仅影响到场地的区域构造稳定性，对水电工程枢纽布置及建筑物本身也有直接或间接的影响。

(2)河谷高地应力及其导致的变形破裂。河谷地应力场的形成是在区域应力场环境条件的基础上叠加河流侵蚀地质作用而产生的二次应力场。西南地区普遍存在较高的区域构造应力，加之河谷深切，岸坡陡峻，伴随河谷下切过程应力场的释放与调整所产生的边坡岩体结构表生改造现象非常普遍，在锦屏、二滩、小湾、溪洛渡、向家坝、瀑布沟、铜街子等水电站均有典型表现。这个过程导致了坝址地质条件的复杂化和恶化，对高坝建设带来一系列重大的工程地质问题，如高边坡稳定性问题、绕坝渗漏问题、建基面选择问题等。

(3)工程高边坡稳定问题。西南地区河谷深切，临河自然岸坡高达上千米，对200～300m级的高坝工程，人工开挖边坡将达到200～500m，坝肩以上还可能存在数百米的自然高边坡。这样高度的复杂岩质高边坡，其稳定性评价尤其是在工程环境下的稳定性评价，对目前的工程地质、岩石力学及计算分析理论方法与实践都是一个极大的挑战。

(4)大型地下洞室的围岩稳定问题。由于地形、地质条件的限制以及出于工程施工的考虑，西南地区的绝大多数大中型水电工程都将发电厂房布置在地下，且大都具有超大尺度，如溪洛渡的主厂房跨度超过30m，锦屏一级的调压室高度超过90m，加上前述的高地应力和复杂的地质构造等因素，由此带来的围岩稳定性问题十分突出。

1.2 水电工程物探和工程检测

工程物探和工程检测是水电水利工程地质勘察的重要手段，也是工程质量无损检测的重要技术，具有快速、简便、适用、有效、经济等特点，目前已广泛应用于在建和运行期的水电工程中。在施工期，天然地质环境及其水文地质、工程地质条件随工程施工进度发生显著变化，检测和监测资料可反映各种自然因素和人为因素的综合影响。通过对检测和监测资料进行综合分析，能了解建筑物场地水文地质、工程地质条件的变化和发展趋势，验证工程地质结论和工程处理效果。因此，检测和监测资料是优化建筑物设计和施工的重要依据。

水工建筑物的稳定性分析是一个非常复杂的问题，它牵涉到诸多方面的因素，但基础岩体的质量是首要的。岩体质量是由互相作用、互相影响、互相制约的若干地质要素组成，从而决定了岩体力学的内在品质。声波速度与控制岩体质量的各种地质要素有着密切关系，与声波速度密切相关的一系列量化指标均可作为衡量岩体质量的重要依据。在水电工程施工阶段，采用声波、钻孔变模、钻孔全景图像、地震层析成像、地质雷达等物探方法，通过施工过程全程快速跟踪系统检测与信息反馈，及时、准确提供检测资料，为工程竣工验收提供基础资料。

在水电工程施工阶段边坡、基础和洞室开挖过程中，通过现场快速跟踪检测及时准确地提供大量真实可靠的检测资料，在控制坝基开挖质量、指导地质缺陷处理、鉴定坝基岩体质量及正确合理选择建基面、优化设计方案等方面将发挥重要作用。

固结灌浆是全面加强基础岩体的完整性并提高整体变形模量的有效手段。坝基固结灌浆是一项重要的隐蔽工程，灌浆效果是否达到设计要求，必须采用科学的检测手段加以检测，采用声波、钻孔变模及钻孔全景图像综合物探方法，通过灌浆施工全程跟踪、快速检测，获取客观准确的数据，评价灌浆效果，促进固结灌浆施工工艺的提高，为固结灌浆质量检查验收和设计调整灌浆参数提供依据。

对于高边坡工程，通过物探检测获取岩体质量参数，详细了解不良地质体(断层破碎带、富水带、裂隙密集带、软弱夹层等)的分布情况，并结合开挖后地质编录和其它监测资料，确定岩体松动过程与范围，为设计制定支护方案提供定量依据。

地下洞室围岩的物探检测目的是复核地下厂房洞室围岩分类，确定围岩松弛范围，通过长期声波检测，研究开挖后围岩力学参数随时间和施工开挖的变化情况；根据开挖揭示的地质情况、监测资料，配合分析地下厂房洞室群围岩变形的破坏型式、深度范围，为围岩稳定性评价和围岩加固支护动态设计提供依据。

1.3 水电工程物探检测发展

近年来，水电工程岩体检测技术随着大中型水电工程的建设逐步发展。自1993年开始，在二滩水电站工程施工期间，结合现场施工及灌浆工艺流程，采用超声波法、钻孔电视、地震层析成像法等检测技术，系统开展了坝基岩体开挖和坝基岩体固结灌浆质量检测技术研究，首次将声波检测技术大量应用于开挖建基面岩体和坝基岩体固结灌浆质量的检测中，很好地控制和保证了基础的质量要求。在地下厂房大型洞室群开挖过程中，通过声波测试、各向异性地震层析成像方法，查明洞室围岩松弛深度。

在三峡工程施工检测中，采用地震波和声波进行建基岩体质量分级，探测建基岩体松弛层厚度和不良地质体的空间分布，确定可利用岩体的高程，评价和复核已开挖的建基岩体质量等；采用地质雷达探测坝基风化槽深度，查清风化夹层的范围和走向。在临时船闸中隔离墩和永久船闸中隔离墩，采用声波、地震CT、电磁波CT等方法，查清爆破卸荷损伤带，为中隔离墩稳定性评价提供岩体物理力学参数；对坝基岩体固结灌浆和帷幕灌浆采用单孔声波和穿透声波法，检查灌浆效果。

在小湾水电站施工过程中，采用单孔声波、穿透声波、全孔壁数字成像、载荷试验、钻孔变模量测试、地震CT等方法，检测爆破开挖质量，探测不良地质体的空间分布，确定可利用建基面高程，评价并复核已开挖成型的坝基岩体质量；通过长期观测孔波速随时间推移的变化规律，判断坝基岩体卸荷松弛过程及深度；对比分析固结灌浆和帷幕灌浆前后测试成果，综合评价灌浆质量和效果。

在锦屏一级水电站工程施工期间，对大坝基础岩体爆破开挖进行爆前、爆后质量检测，对大坝建基面岩体质量评价和固结灌浆检查开展单孔声波、对穿声波、钻孔变模、承压板变形试验、钻孔全景图像、长期观测等系统检测工作；针对地下厂房洞室群天然地应力高的特点，以声波为主，辅以钻孔全景图像、钻孔变模，并对检测孔长观监测，查明洞室围岩松弛深度及其随时间的变化；为查明洞室开挖围岩岩体松弛深度、复核抗力体灌浆区域灌浆围岩岩体质量，检查固结灌浆质量，对左岸基础处理工程进行了相应的声波检测、CT地震层析成像及钻孔变模、钻孔全景图像方法等检测工作。

在锦屏二级水电站超长引水隧洞施工过程中，采用了隧道地震地质超前预报、表面雷达地质超前预报、孔内雷达地质超前预报等方法。并应用于引水隧洞岩体质量检测、松弛深度检测、固结灌浆质量检测、隧洞周边不良地质体检测、混凝土衬砌质量检测、预应力锚索孔电视检查，以及大流量出水段处理质量检测等，主要采用单孔声波、声波CT、洞壁地震波、甚(超)高频雷达检测、钻孔变模检测和全景钻孔电视检查等方法。

溪洛渡水电站在施工过程中，对建基面各开挖梯段及时开展了声波检测、承压板变形试验、钻孔变模、钻孔全景图像、长期观测等系统的岩体质量检测工作，根据建基面开挖已出露的地质情况，某些部位存在地质缺陷，为准确把握地质缺陷的空间分布和影响范围，提出最佳的地质处理方案，在重点部位进行必要的岩体声波测试；在坝基基础固结灌浆及帷幕灌浆施工过程中，及时开展声波、钻孔变模及钻孔全景图像检测工作，评价灌浆效果。

官地水电站大坝坝型为混凝土重力坝，在施工开挖过程中，对坝基建基面每一坝块平台及斜坡岩体开展了声波、钻孔变模、钻孔全景图像、长期观测等系统岩体质量检测工作；结合洞室施工开挖进程，利用布置在地下厂房三大洞室、尾水洞、泄洪洞等物探检测断面，及时开展常规声波及长期观测等工作，同时针对厂区出露地质构造，采用钻孔全景图像手段，追踪断层及其影响带空间分布及延伸情况；在坝基基础固结灌浆、洞室固结灌浆及帷幕灌浆施工过程中，对灌浆区及时开展声波、钻孔变模及钻孔全景图像检测工作，评价灌浆效果。

在龙滩、拉西瓦、向家坝、瀑布沟、大岗山、福堂、天生桥、紫坪铺等大中型水电工程施工期，都对坝基岩体、地下洞室围岩、灌浆处理等进行了全面系统的检测，为评价岩体质量、检查基础处理施工效果以及工程安全评价提供检测成果。

2 大坝基础岩体质量检测

大坝建基面开挖后，坝基岩体的质量是保证大坝稳定和安全的基础。在坝基开挖施工期间，为查明坝基爆破开挖后各部位卸荷松弛深度、岩体波速衰减情况以及松弛岩体随时间变化过程，正确评价建基面岩体开挖卸荷松弛程度和岩体质量，为指导建基面施工开挖和岩体卸荷松弛加固设计提供直接依据；需对基础岩体进行检测，一般包括爆破松弛检测、建基面岩体质量检测、查明地质缺陷空间分布及性状、测试岩体松弛时效变形特性、检测坝基岩体固结灌浆及帷幕灌浆效果。

爆破检测一般按开挖单元或梯段布置爆破检测孔，爆破检测孔分爆前、爆后孔，检测主要采用单孔声波和对穿声波方法，通过爆破前后声波测试，确定坝基开挖后的爆破影响深度、应力释放前后岩体质量变化，监测爆破参数的合理性。在坝基开挖最后一层爆破时，通过同一孔位距建基面1m部位的岩体爆前、爆后波速的衰减率，判断基础表面受爆破影响的程度，若衰减率大于10%，判断为爆破破坏，为制定爆破技术方案和设计参数提供依据。

随着坝基开挖，大面积岩体被揭示出来，给岩体质量准确评价提供了更为丰富的基础资料。建基面岩体质量检测的目的是探测不良地质体的空间分布，确定可利用建基面高程，评价并复核已开挖成型的坝基岩体质量。

在拱坝体型设计和坝体应力、变形计算分析中，对不同高程、不同部位岩体的变形模量有不同的要求。在坝基基础开挖过程中，按不同高程、不同部位、不同岩性布置物探检测孔，主要采用声波、钻孔变形模量、钻孔全景图像等物探方法，获取岩体声波速度、钻孔变形模量、钻孔全景图像成果，建立坝基岩体声波值与变形模量关系，配合水工设计、地质人员确定开挖后岩体的波速控制标准，提出坝基建基面的综合质量控制标准。

岩体变形模量是水工设计和各项工程基础变形稳定分析的重要力学参数之一，其大小与岩性、结构构造、风化卸荷等地质因素密切相关。这一力学参数目前主要是通过现场(刚性)承压板法岩体变形试验获得。但该试验方法对场地要求较高，仪器设备复杂且笨重，试验周期长。

声波技术的基本原理是利用固体介质受到动载荷的瞬间冲击作用或反复振动作用时，在固体介质内产生动态应力，从而引起动态应变，并以波动的形式自震源向外传播。与岩体变形模量一样，声波在岩体中传播速度的大小受岩性、结构面的性质、数量，以及它们之间的组合关系、风化卸荷等因素影响。声波速度的大小不仅反映了岩体的地质情况，同时也在一定程度上表现了岩体的力学性能。一般情况下，岩体变形模量高，声波速度也高，这就为岩体变形模量与声波速度建立相关关系提供了前提条件。

在水电工程施工中，常需要对建基面、地下洞室中工程岩体质量进行检测复核，以验证是否达到设计要求。由于施工干扰、施工进度等限制，施工期开展现场承压板法岩体变形试验难度很大，然而，进行声波测试却是一种简单可行的方法。利用前期已建立起的岩体变形模量与声波速度的相关关系，和现场测得的声波速度，即可快速简便地换算出岩体变形模量值，从而为工程施工提供快速、高效的服务。

坝基岩体开挖后，随着时间的推移坝基岩体将持续产生不同程度的松弛，在坝基高地应力部位，建基面岩体卸荷松弛较大，严重影响坝基岩体的利用，开展坝基卸荷回弹变形过程和变形深度的研究，为掌握坝基岩体声波速度随时间推移的衰减规律，了解因坝基开挖所引起的应力重新分布状态下岩体卸荷松弛影响深度、程度，坝基岩体声波波速及质量随时间推移的变化情况等，在大坝建基面布设声波测试长观孔，进行大坝建基面的时效松弛变化研究。根据测试结果所反映的坝基岩体随时间推移波速衰减规律，判断坝基岩体在应力重新分布影响下的卸荷松弛深度。

固结灌浆是全面加强基础岩体的完整性并提高整体变形模量的有效手段。经灌浆处理后，被灌岩体的整体性、刚度和防渗性等方面均得到了不同幅度的提高，而对于处理效果必须采用科学的检测手段加以控制，检测结果作为指导施工、验收、安全鉴定和今后运行期安全鉴定等提供必备的定量依据。

在坝基基础施工阶段，结合现场施工及灌浆工艺流程，采用声波、钻孔变模及钻孔全景图像等方法，系统开展坝基岩体固结灌浆质量检测。灌前检测一般利用Ⅰ序孔，灌后检测利用检查孔，通过灌浆前后岩体波速及变模提高情况，建立钻孔变模与钻孔声波相关关系，提出各岩级固结灌浆效果声波检测评价标准，综合评价坝基岩体固结灌浆效果，达到了施工现场快速检测的目的。

3 地下洞室物探检测

3.1 大跨度、高边墙地下洞室岩体质量检测

由于水电工程地下洞室往往具有跨度大、边墙高和地质条件复杂的特点，如何评价大跨度地下洞室的围岩稳定，节约工程投资，成为目前岩石力学工程中需要解决的主要问题之一，也给岩石力学工程带来了挑战与研究机遇。准确把握围岩基本参数、边界条件以及初始条件(初始地应力)是确定相对较好的施工方案和支护设计参数的关键，通过建立施工期快速检测、监测与反馈分析系统，分析研究在一定的工程措施下(爆破开挖、支护措施等)的输出信息(应力、变形等)，间接地评价围岩稳定性和支护作用，了解现场开挖和支护过程中的围岩稳定性和支护措施的工作状态信息。通过反分析研究这些信息，为修正开挖及支护参数提供依据，并反馈于施工决策和支持系统，修正和确定新的开挖方案和支护参数。这个过程可以随开挖支护的施工循环进行，使施工过程得以不断调整和优化，经济安全地完成洞室施工。

地下洞室施工期快速检测、监测与反馈分析是“动态设计”方法的一个重要环节，它在整个支护设计过程中具有重要作用。通过对地下厂房施工期检测、监测反馈分析，逐层进行围岩稳定性评价和后续开挖对围岩影响的预测，为整个开挖过程中的设计支护参数的调整、施工开挖方案提供了重要的依据。

岩体结构是决定岩体完整性和围岩变形破坏形式的主要因素之一，是围岩类别划分、支护型式确定的主要依据之一。因此，研究岩体结构类型与变形破坏形式及其两者的关系对分析评价围岩稳定性尤为重要。

影响围岩稳定的主要因素包括岩体结构与围岩类别、岩体应力、地下水、工程因素四个方面，因此，应从这些方面着手对各类围岩的整体或局部稳定性进行定量或定性评价，以便采取相应的、合理的开挖方案和有效的支护措施加固围岩，以充分发挥围岩自身的承载能力，确保围岩的稳定。

要查明这些地质条件，在定性评价岩体类别的基础上，采用物探等手段定量对洞室岩体质量进行工程地质评价。

对于大型水电工程中高应力条件下大跨度地下洞室群，在开挖施工过程中高边墙和顶拱经常发生较大的松弛变形，监测和检测围岩松弛变形深度及其变化极为重要。钻孔声波测试和钻孔全景图像测试是常用的物探检测方法。

声波测试孔一般按断面布置，每个检测断面的钻孔间距8～10m，在顶拱和拱肩布置检测孔。对检测孔进行定期测试，检测围岩波速随开挖进行的变化情况，分析评价岩体松弛卸荷随时间的变化规律。在定期完整的测试过程中应分析岩体松弛变化与施工过程的关系，为围岩松弛分析评价提供准确、及时、完整的检测资料。

通过对地下厂房松弛深度变化及声波波速衰减率等因素的综合统计分析，洞室围岩时效特征表现为围岩松弛深度与开挖的关系密切：随地下厂房的开挖，测试孔孔口与底板的高差增加，岩体松弛深度明显加剧；底板高程一定时，随测试时间跨度的增加，岩体松弛深度稍有增加。总体来看，随着时间推移和开挖的进行，地下厂房围岩波速总体上呈降低趋势，在岩墙浅部降低得尤为显著。随着开挖进行，围岩卸荷松动越来越强烈，松弛深度增加明显。

3.2 中小地下洞室岩体质量检测

地下洞室开挖后，破坏了岩体原有的平衡条件，导致岩体内的应力重新分布，在洞壁周边的岩体将出现应力释放的松弛带。物探检测洞室松弛圈可了解洞室围岩应力下降带的范围，查明洞壁岩体的松弛厚度，测定松弛、未松弛岩体的弹性力学参数。

水电工程中小洞室主要是引水隧洞、导流洞、泄洪洞、尾水洞等，一般洞线较长。洞室松弛检测断面一般按一定间距布置，或根据地质条件分岩级布置典型断面，根据断面大小布置4～6个检查孔，采用钻孔声波和钻孔全景图像等方法查明围岩松弛深度，为支护设计和固结灌浆设计提供定量依据。

洞室松弛深度检测采用单孔声波法，通过获取的岩体声波速度，对隧洞洞壁表浅层因爆破和应力松弛所造成的岩体破坏情况进行分析，以较好地掌握隧洞开挖后围岩的松弛变形情况，为设计确定各洞段固结灌浆孔的深度提供依据。

一般认为，岩石的密度越大、孔隙率越低，其声速越高；声速还随着岩石所受压力(小于岩石强度)的增大而增大。洞室围岩松动带的特点是应力松弛、结构松动；压密带的特点是应力升高、结构紧密；稳定带的特点是应力与结构状态都保持不变。所以在对围岩松动带深度进行划分时，既要根据声波速度变化情况，又要依据围岩的结构特征，按岩级、构造、风化卸荷、岩爆等地质单元进行分类统计、分析。

4 高边坡岩体物探检测

在水电工程建设中，边坡稳定问题是经常遇到的。特别是修建大型水电工程时，大坝坝址往往选在高山河谷地带，不可避免地会遇到大量边坡工程。水电工程边坡主要有两类，即人工边坡和天然边坡。人工边坡主要是指工程施工开挖形成的边坡，主要有大坝坝肩开挖边坡，地下洞室(地下厂房、引水隧洞、厂房尾水隧洞、泄洪隧洞、导流隧洞、交通洞等)进、出口边坡，地面厂房边坡，引水渠道、溢洪道及道路边坡等。天然边坡是指工程兴建前就存在、未受到人类活动影响，但工程兴建后受工程影响，存在稳定问题的边坡，主要有两类：一类是水库库区内的边坡和陡崖，由于受水库蓄水的影响，常常发生水库滑坡和陡崖崩塌；另一类是水电站泄洪雾化区天然边坡，在电站运行期大坝、溢洪道或泄洪洞泄洪时，受泄洪雾化降雨的影响可能失稳的边坡。

与公路边坡、铁路边坡、矿山边坡、民用建筑物边坡相比，水电工程边坡往往规模巨大、地形地质条件复杂、技术难度大、工程风险高，边坡的稳定直接决定着工程修建的可行性，影响着工程的建设投资和安全运行。水电工程边坡主要有以下特点：边坡高陡、规模巨大、边坡使用期长、治理安全标准高、边坡的稳定性至关重要、边坡地质条件复杂。边坡工程涉及各种类型岩土体，有覆盖层边坡、堆积体边坡，有岩石边坡、岩土体混合边坡。边坡工程与地下水关系密切，地下水往往是影响边坡稳定的主要因素。

高边坡涉及的工程地质问题，不仅成为工程可行性决策的重要控制因素，而且在很大程度上影响着工程投资、施工运行安全及工程运行效益。

水电工程的水库库岸、坝肩边坡、电站厂房边坡、管道边坡、隧洞进出口边坡、溢洪道边坡、引水渠道边坡等，都是在各个设计阶段中经常遇到的岩石高边坡问题，其稳定分析与评价关乎工程建设的安全、经济效益和进度，同时也是复杂的岩石力学综合问题。边坡的失稳是各种内、外地质因素综合作用的结果：地形地貌条件反映了边坡的应力状况和临空状况；岩体的地层岩性及其物理力学性质、构造特点、风化卸荷特征等是影响边坡稳定的内在因素；地表水与地下水的作用往往成为边坡稳定的关键因素，边坡现今变形现象是边坡稳定性的直观反映。

在中、高地应力岩石高边坡中，随着施工开挖的进程，岩体表部荷载卸除，边坡或地下洞室围岩临空面产生向外的回弹变形，岩体应力调整，浅表部的应力降低而向深部转移，同时岩体内原有的裂隙开度增大，细微裂隙进一步扩展，并伴随产生新的裂隙，这就是岩体开挖的卸荷松弛现象。岩体开挖卸荷松弛会增加边坡或地下洞室围岩的变形，并随时间有所增长，同时还会降低岩体质量，弱化相应的变形和强度参数，对此若认识不足或控制不当将会对边坡稳定、围岩稳定、变形控制及大坝建基面岩体质量产生不利的影响甚至导致工程事故。

岩体力学参数是影响边坡稳定性的主要因素之一,准确确定边坡岩体力学参数是进行边坡稳定性分析的关键环节和基础性工作。在边坡开挖施工过程中，结合水电工程边坡特点，利用边坡锚杆、锚索孔及施工洞室布置物探检测工作，采用声波、钻孔全景图像、地震层析成像等物探方法，通过获取岩体声波速度，确定锚固端岩体类别、开挖松弛深度、风化卸荷带和软弱带空间展布及延伸方向，为制定边坡支护方案、调整设计参数、动态设计提供定量依据。

西南地区河谷深切，岸坡外动力地质作用强烈，坡体结构复杂，地震层析成像(地震CT)测试技术的普及应用，为坡体结构定量研究提供了快速有效的研究手段。

在锦屏一级水电站经勘探揭示左岸坡体内发育有深部裂缝，为准确掌握深部裂缝在坡体内的空间发育分布特征，沿不同方向的平硐进行了地震层析成像(地震CT)测试(见图1)。

图1 锦屏一级水电站地震层析成像成果

根据平硐CT图像分析：(1)破裂带岩体倾向坡外，进一步证实它们是追踪NE向倾向坡外地构造裂隙发展而成的；(2)裂缝大多未贯通，明显受层面限制，宏观上呈台阶状展布；(3)破裂带之间保留有不同厚度的相对完整的板梁。

岸坡岩体的上述分带特征，为变形破裂范围确定、已有的变形破裂迹象及其机制类型的判定、岸坡演化趋势及其在不同条件下岸坡稳定性状况评价提供了重要依据。同时在稳定性评价中，充分考虑了变形破裂体发展阶段和组合结构面的贯通情况，分别赋予不同的参数，更好地反映了实际情况。

5 结束语

近年来，工程岩体检测技术广泛应用于大中型水电工程中。自1993年开始，在二滩水电站坝基开挖过程中，结合现场施工及灌浆工艺流程，系统地开展了坝基岩体质量及固结灌浆效果、拱坝混凝土浇筑质量的检测及技术研究工作，对工程质量控制起到了十分重要的作用，为安全鉴定提供了必要的基础资料。近些年，在小湾、锦屏、溪洛渡等大中型水电站主体工程中物探检测技术得到广泛应用，为坝基基础、地下洞室、边坡等工程部位岩体质量评价、基础处理、制定开挖方案、动态设计提供定量依据。

随着西部水电建设大力发展，为了更好地为水电工程服务，针对工程特点及难点，还需要深入研究物探检测技术，开展新方法、新技术研究工作，让工程岩体物探检测技术更具生命力。

参考文献：

[1] 宋胜武.水电岩石力学与岩石工程学科应用发展专题报告[R].成都：中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，2009.

[2] 李张明.地球物理探测技术与三峡工程建设[M]∥工程物探论文集.昆明：云南科技出版社，2006：37-50.

[3] 沙椿，宋正宗.工程岩体试验中的静动对比[M]∥工程物探论文集.昆明：云南科技出版社，2006：8-12.

[4] 张建清，陈敏，陆二年男，等.水电工程施工质量物探检测方法应用效果综述[J].水利技术监督,2009,17(1)：42-44.

[5] 武斌，易攀，曹署湘，等.地球物理综合测井在渝利线方斗山隧道围岩评价中的应用研究[J].工程地球物理学报，2009，6(5)：640-645.

[6] 刘海涛，任广智.浅层地震反射波法与声波测井在岩土工程中的应用[J].工程地球物理学报，2009，6(4)：454-458.