某水电站坝基岩体质量分级研究

摘 要 某水电站坝基岩体主要发育左岸坝基发育硅质板岩、变质砂岩、绢云母石英片岩、炭质板岩，岩性与岩相的组合较复杂，如何对坝基岩体质量进行准确系统的评价具有十分重要的意义。在对坝基岩体质量评价方法及标准研究的基础上，分别对坝基岩体岩性与岩相组合特征、岩石强度及岩体结构和岩体声波特征等进行了研究，最后对该水电站坝基岩体质量进行综合评价。

关键词 坝基 岩体质量分级 水电站

中图分类号：TV642.3 文献标识码：A

0引言

坝基岩体质量分级是复杂岩体工程质量的分解和归纳。它既是研究岩体工程质量的一种手段，又是表征岩体工程特性的一种方法，是工程岩体稳定分析的基础。在工程设计和基础岩体工程间起着桥梁的作用。岩体质量分类从20世纪40年代的太沙基分类（ 1946年）等开始，先后经历了美国迪尔的RQD分级、挪威学者巴顿针对地下工程岩体的Q 系统分类、南非波兰籍学者比尼奥斯基的地质力学分类（ RMR）、R.P.米勒提出的以岩块抗压强度和模量比作为分类标志的分类方案，以及日本电力中央研究所菊地宏吉的坝基岩体分类等。我国坝基岩体分类的研究工作起步较晚，从20 世纪50年代至70年代中期，主要以岩体风化程度作为岩体工程地质分类标准，并将这种分级列入《水利水电工程地质勘察规范》（SDJ14-78）。随后，以中国科学院地质所谷德振教授为首创建的《岩体工程地质力学》分级方案在地下及地面工程岩体分类中得到广泛应用；1979 年谷德振、黄鼎成又提出了岩体质量系数Z分级。这些研究对推动我国水电工程岩体质量分类的研究起了促进作用。进入20 世纪80年代后，我国对坝基岩体分类及评价，已由单因素向多因素、由定性向定量方向发展。中国水利水电规划设计总院于1988年提出坝基岩体质量分级表，主要依据岩石强度、岩体结构特征、岩体受力条件3个基本因素进行分级，同时给出各类岩体力学参数，基本做到了定性与定量相结合。

1坝基岩体质量分级方法及标准

坝基岩体质量分级作为其中的一种，是将坝作用和影响范围内的岩体按照岩石介质和岩体工程特性的优劣及其对建坝的适宜程度而进行的等级划分。西藏境内某水电站坝址区出露地层主要为郎杰学群的姐德秀组第一段T3j1的硅质板岩、绢云母石英片岩、变质砂岩夹炭质板岩，岩石组合较复杂；岩体内层面、小断层及节理裂隙较发育；两岸均有深厚覆盖层，表部岩体受卸荷作用影响较弱。因此，在进行岩体质量分级时，首先以岩体所属地层层位和岩石组合特征为基础，同时考虑岩体结构特征及卸荷作用影响程度，进行基本工程地质单元划分和岩体质量初步分级；其次对初分岩级与岩体力学试验成果进行相关分析，研究主要地质因素与岩体力学参数的相关性和规律性，在此基础上，进行岩级的调整、归纳，并参照水电坝基岩体分级标准形成最终的岩体质量分级体系。

2岩性与岩相组合特征

变质砂岩：全名细粒绢云母长英变质砂岩，从手标本看为灰色细粒粒状结构，具半定向构造，岩石组分以细粒石英斜长石矿物为主，含少许细小鳞片状绢云母。

绢云母石英片岩：全名细粒条纹状含钙质（炭质）绢云母石英片岩，从手标本看为灰黑色细粒变晶结构，片状构造较发育，片理面相对较粗糙，岩石组分主要由细粒石英和绢云母组成，含钙质，加冷稀盐酸起泡较强烈。

炭质板岩：从手标本看为灰黑色隐晶质，板状劈理较发育，新鲜断面具砂感，并轻微染手，岩石组分由隐晶质碳质及粉砂质碎屑组成。

3坝基岩体质量分级及岩体工程力学参数取值

在浅表风化卸荷带内，岩体工程地质分类主要依据风化卸荷程度确定，而在微风化～新鲜岩体内，主要依据岩性与岩相组合、岩石强度及岩体结构、声波等确定。针对某水电站坝基岩体工程地质特点，将坝基岩体划分为Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅳ1、Ⅳ2和Ⅴ级共3个岩级5个亚级见表2。

其中微风化～新鲜的硅质板岩和绢云母石英片岩夹变质砂岩的工程地质分类，变质砂岩为坚硬岩，绢云母石英片岩强度较高，属中硬岩偏坚硬岩类，硅质板岩总体上为软质岩。绢云母石英片岩和硅质板岩夹变质砂岩总体上以中厚层状结构为主，但在硅质板岩集中分布处则为薄层状结构。该套岩层相变较大，难以将三种岩性截然分开，根据斜孔、平硐和地表露头揭示了坝区500余米厚的地层剖面，从岩性与岩相组合，将其分为5个大层（工程地质岩组），其中T3j1-1、T3j1-3岩组为硅质板岩和绢云母石英片岩夹变质砂岩，T3j1-5岩组为硅质板岩和绢云母石英片岩与变质砂岩不等厚互层。在T3j1-1和T3j1-3岩组中，厚度较大且相对集中分布的变质砂岩约占20～30%，且在绢云母石英片岩和硅质板岩中还分布有少量中厚层状的变质砂岩，这对该岩组的整体强度和工程性状有一定的改善作用。此外，从钻孔声波结果看，微风化～新鲜的绢云母石英片岩和硅质板岩夹变质砂岩均值绝大多数在4200m/s以上，小值平均～平均声波为4000m/s～4200m/s，且较均一。因此，将T3j1-1和T3j1-3岩组中微风化～新鲜的硅质板岩和绢云母石英片岩夹变质砂岩划分为Ⅲ2级岩体。

各级岩体特征如下：

Ⅲ1级岩体：微风化～新鲜、无卸荷的变质砂岩为主、夹硅质板岩和绢云母石英片岩，坚硬岩，岩体以中厚层状结构为主，部分薄层状结构，完整性较好，结构面中等发育，间距0.2～0.4m，2～3组裂隙，裂面闭合，裂面新鲜～轻锈，无充填，结合紧密，岩体弱透水，该级岩体属良好坝基。坝基的第2、第4岩组主要是Ⅲ1级岩体。

Ⅲ2级岩体：分为两类，一类是微风化～新鲜、无卸荷的硅质板岩和绢云母石英片岩为主，夹变质砂岩；另一类是硅质板岩、绢云母石英片岩与变质砂岩不等厚互层。岩体呈薄～中厚层状和互层状结构，较完整～完整性差，中硬岩为主、部分软质岩。结构面中等发育，间距0.1～0.3m，2～3组裂隙，裂面闭合，少量张开，裂面新鲜～轻锈，无充填，结合较紧密。岩体弱透水，该级岩体经适当工程处理后可作为坝基利用。坝基的第1、第3和第5岩组主要是Ⅲ2级岩体。

Ⅳ1级岩体：分为两类，一类是弱风化、弱卸荷的坝基各岩组，属软质岩。即第1、第3岩组的硅质板岩和绢云母石英片岩为主，夹变质砂岩；第2、第4岩组的变质砂岩为主、夹硅质板岩和绢云母石英片岩；第5岩组的硅质板岩、绢云母石英片岩与变质砂岩不等厚互层。岩体完整性差～较破碎，结构面发育3～4组，间距0.1～0.3m，裂面普遍张开1～5mm，裂面中锈，少量充填岩屑、泥，较松弛，岩体中等透水为主，裂隙张开松弛。另一类是微风化～新鲜岩体内集中分布的炭质板岩。Ⅳ1级岩体不可直接利用，在坝基内集中分布的炭质板岩需进行刻槽、置换等处理。

Ⅳ2级岩体：坝基分布的弱风化、强卸荷各岩组，软岩。碎裂结构，岩体破碎，结构面极其发育，裂面普遍张开1～5mm，间距0.1～0.3m，裂面强锈，充填岩屑、泥，松弛，岩体中～强透水。工程地质性状差，坝基及其他建筑物不可直接利用，需挖除。

Ⅴ级岩体：断层破碎带及其影响带。岩体破碎，属碎裂～散体状结构，结构较松驰，透水性强，工程地质性状差，在坝基出露需进行刻槽或置换处理。

4结论

（1）Ⅲ1级岩体为良好坝基可直接利用，Ⅲ2级岩体经适当工程处理后可作为坝基利用，可作系统的加强固结灌浆，提高其整体强度和均一性，满足坝基承载和变形要求；

（2）对建基面上出露或浅埋的断层破碎带、裂隙密集带、炭质板岩构成的Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅴ级岩体，应挖除，作适当的刻槽、置换混凝土。

作者简介：刘萍萍（1972-）女，河南偃师人，工程师，从事水利工程建设和移民征迁设计工作。

参考文献

[1] 徐光黎，潘别桐，唐辉明，等.岩体结构模型与应用[M].武汉：中国地质大学出版社，1993.

[2] 陈祖煜，彭土标.中国水力发电工程（工程地质卷）[M].北京：中国电力出版社，2000.