原位变形试验在阿尔塔什水利枢纽右岸边坡F9 断层中的应用

李远林

(新疆水利水电勘测设计研究院试验研究所，新疆昌吉 831100)

1 工程概况

阿尔塔什水利枢纽推荐坝址为上坝址，初选坝型为面板堆石坝，水库正常蓄水位1820m，最大坝高164.3m，总库容22.51 亿m3，控制灌溉面积28.5 万hm2，电站装机容量730MW，设计年发电量22.32 亿kW·h，属大(1)型Ⅰ等工程。它的兴建对流域社会经济可持续发展具有举足轻重的作用。工程坝址区位于铁克里克逆冲叠瓦式推覆构造上，且坝址区位于依希安阿格孜断裂以西、阿尔塔什断裂以东，由于推覆抬升作用，使得局部河流纵比降发生变化，加剧了坝址溯源侵蚀能力以及流水的下切作用，形成高陡岸坡。坝址右岸高边坡在构造运动中形成雏形后，主要受河流侧蚀和F9断层控制。河流在坝址区附近整体流向弯曲呈“Ω”形，“Ω”形顶部位于右岸边坡底部，同时受2 号沟泥石流作用，河水紧贴右岸高边坡底部流淌，长期的冲刷掏蚀作用，使边坡底部塌落悬空，逐级向坡顶推进，形成陡坡。

2 F9断层糜棱岩原位变形试验

F9断层是右岸边坡重要的控制因素。F9在坝址右岸顺层面出露，向上游掩埋于河床;向下游延至1920m 高程处规模变小，最终截止于F7断层。断层出露长度约650m，为一上盘向西平移的逆断层，两盘岩层主要为灰岩和白云质灰岩，断层产状273° ～310°SW∠32° ～41°，破碎带宽40m 左右，主要由角砾岩、糜棱岩和碎裂岩组成，其中，糜棱岩厚度1.0 ～2.5m，断层核部以及较大的破碎夹层，岩性软弱，含泥量较高，岩体多呈散体结构。

在坝址区右岸高边坡平洞PD19 内F9断层破碎带断层核部糜棱岩上进行了2 组岩体原位变形试验，试验最大应力为5.0MPa，试验采用刚性承压板法，承压板面积为2003cm2。试验采用板上4 个测表的变形平均值作为岩体变形值，刚性承压板法试验变形参数按下列公式计算;

式中 Ε——变形模量或弹性模量，MPa;当以全变形W0代入式中计算时为变形模量E0;当以弹性变形We代入式中计算时为变形模量Ee;

μ——岩体泊松比;

P——按承压板面单位面积计算的压力，MPa;

D——承压板直径，cm;

W——岩体表面变形，cm。

距洞口14m 和17m 处在饱和7 天后采用逐级一次循环法进行试验。PD19－DM1 (14m 处)变形模量E0为 (0.16 ～0.23) ×103MPa，弹性模量Ee为(0.71 ～1.09) ×103MPa;PD19－DM2 (17m 处)变形模量E0为(0.38 ～0.50) ×103MPa，弹性模量Ee为(0.63 ～1.25) ×103MPa。由试验结果看，符合糜棱岩浸水后软化的特性。试验成果详见图1、图2。

图1 阿尔塔什水利枢纽工程PD19－DM1 岩体原位变形试验成果

图2 阿尔塔什水利枢纽工程PD19－DM2 岩体原位变形试验成果

3 F9断层糜棱岩物理性分析

另外，在试验点PD19－DM1 (14m)、PD19－DM2 (17m)进行了天然干密度及颗粒分析试验，其天然干密度为2.22 ～2.24g/cm3，天然含水率为1.3% ～1.4%。由颗粒分析试验结果可知，粒径大于20mm 的粗砾含量为0.5% ～1.0%，粒径20 ～5mm 的中砾含量为11.0% ～15.5%，粒径5 ～2mm 的细砾含量为19.5% ～32.0%，2 ～0.5mm 的粗砂含量为24.0%，0.5 ～0.25mm 的中砂含量为6.5% ～8.5%，0.25 ～0.075mm 的细砂含量为10.0% ～15.0%，0.075 ～0.005mm 的粉粒含量为10.5% ～19.5%，小于0.005mm 的黏粒含量为1.0% ～1.5%，分别定名为含细粒土砾(GF)、粉土质砂(SM)。试验成果详见表1。

表1 F9 断层糜棱岩颗粒分析及天然密度试验成果

4 结 语

原位岩石试验PD19 平洞位于坝轴线右岸高边坡中部F9断层上，糜棱岩物理力学特性决定着坝体安全稳定性，特在此处进行了两组原位饱和变形试验，饱和变形模量值为0.16 ～0.50MPa，饱和弹性模量值为0.63 ～1.25MPa。该断层糜棱岩弹、变模量值偏低，天然干密度偏低，建议对该断层进行灌浆及锚索处理。本试验结果可为建模计算高边坡稳定性提供可靠的计算参数，也可为类似工程提供借鉴。

常士骠，张苏民.工程地质手册(第四版)［M］.北京:中国建筑工业出版社，2006:280-284.