鱼洞峡水库坝基声波测试及其成果分析

黄郅淋

(贵州省水利科学研究院，贵州 贵阳 550002)

鱼洞峡水库坝基声波测试及其成果分析

黄郅淋

(贵州省水利科学研究院，贵州 贵阳 550002)

以贵阳市鱼洞峡水库坝基工程勘测为例，基于声波测试原理与方法，采用声波测试技术在鱼洞峡水库坝基质量勘测作业中进行具体应用。通过采取声波测试技术进行岩体勘测作业情况及测试结果来看，声波测试技术能够准确的测试出水库坝基的质量情况，具有较强的应用价值。

鱼洞峡水库工程；坝基质量；勘测作业；声波测试

随着能源建设工程的不断推广，水电站基础建设也随之增加。水电站工程作为永久性工程，其安全性要求较高，因此做好工程前期质量勘测，有着重要的意义。声波测试作为坝基岩体勘测作业的常用技术，能够确保岩体的完整性，高效的完成坝基质量测试作业，对坝基岩体勘测，有着积极的作用。

1 鱼洞峡水库工程概述

鱼洞峡水库工程位于贵阳市乌当区东风镇头堡村，地处长江流域乌江水系清水河的源头河流——南明河的二级支流鱼洞河上，坝址以上集水面积118 km2，多年平均流量2.06 m3/s，多年平均径流量6490万m3。水库正常蓄水位1075 m，总库容1860万 m3，死水位1035 m。水库与水厂间引水钢管出口设发电厂房，装机640 kW。水厂日处理能力为10万t/d。

2 波测试技术的应用

2.1 声波测试原理

声波是能量传递的主要方式，具有波的全部特性，波的传播速度以及频率等，与其传播介质有着直接的关系，声波测试便是基于此特性，将岩体作为传播介质，基于岩体弹性性质，进行坝基岩体勘测。通常情况下岩体密度越大，则说明岩体完整性就越好，而风化程度便越小，声波传播的波速较大。岩体密度越小，则岩体的完整性就越差，岩体的风化程度越大，波速较小[1]。

2.2 声波测试的应用方法

声波测试应用方法如下：

(1)选定测试位置。在进行坝址选择的过程中，确定横纵向位置，并且确保声波波速与变形测试的范围，并且拟定水库大坝岩体所具有的抗剪断强度。完成基础计算工作后，开展实地测试，布设横纵向勘测线。

(2)声波CT测试。对水库大坝坝体的检测孔进行声波CT测试，明确坝基岩体的综合波速值。

(3)同时进行其他试验。在进行声波CT测试的过程中，还需要进行钻孔声波与岩芯取样测试等，分析各项指标数据之间的相关关系。通常纵向测试采取的是单孔声波测试方法，而横向测试多采取跨孔声波测试方法。声波测试时多使用手风钻进行钻孔，孔深为2.5～3.0 m，钻孔径为45 mm。炮孔底以下深度>3 m，跨孔孔距在1.5～2.0 m范围内[2]。

2.3 实际应用案例

钻孔布置和测试剖面：在对坝址岩体开挖后，根据坝址处岩体节理裂隙发育、破碎情况和风化程度，根据设计、监理的要求，在现场布置9个钻孔，现场测试时，根据设计、监理和施工单位的要求确定9个测试剖面。

岩样波速测试：本次现场取样20余件(岩块)，在对所取岩块进行切磨、制样后，分三组对(天然含水状态下)岩块进行了超声波测试。

单元划分：将岩块纵波波速平均值(6185 m/s)作为本场地完整岩体的平均纵波波速值，以此求取实测岩体剖面的完整性指数KV，根据现场岩体纵波波速特征，本场区声波测试范围内岩体主要可划分为B、C两类岩质单元，岩体完整性主要呈完整和较完整两类。

3 坝基声波测试结果分析

3.1 声波测试数据变化规律

水库坝基岩体勘测作业中,所采取的声波测试技术主要是利用声波接收仪来获取数据信息，再利用接受换能装置，将其转化为可读电信号，借助计算机进行数据分析与处理。基于岩体波速受到岩体地质构造的影响，使其强度参数与发育程度等有着差异，数值差异较大，因此不可以单采取单孔法进行测试，需要结合跨孔测试法，以全面的测试出坝体质量[3]。在鱼洞峡水库声波测试中，根据超声波测试数据知，岩样纵波波速最小值为5038 m/s，最大值为6727 m/s，平均值为6185 m/s。作为本场地完整岩体的平均纵波波速值，以此求取实测岩体剖面的完整性系数KV。

3.2 声波测试质量测定标准

我国对声波法测试坝基岩体构造有着相应的标准，明确提出构造数值与相应的地质情况标准，若波速比<0.4，则岩体属于全风化。当波速比介于0.4～0.6范围内，则岩体属于强风化。当波速比介于0.7～0.8范围内，则岩体属于弱风化。当波速比>0.8，则岩体为微新岩体。声波测试能够直接的反映出深层岩体的具体情况，若波速>5200 m/s，则岩体属于Ⅱ类岩体。当波速介于4200～5200 m/s范围之间，则属于Ⅲ1类岩体。当波速介于3800～4200 m/s范围内，则岩体为Ⅲ2类。当波速<3800 m/s，则为Ⅳ类岩体。鱼洞峡水库声波测试场区岩体纵波主要有三个波速区域，即小于4000 m/s、4000～5000 m/s和大于5000 m/s，多为Ⅲ类岩体[4]。

3.3 绘制声波测试数据

水库坝基岩体勘测中运用声波测试技术，在进行测试的过程中，需要测试各种深度的测孔，完成测试作业后，则需要进行测试结果数据汇总，基于声波测试结果，对各深度情况，绘制等值线图，再根据等值线图，进行测试岩体完整构造图测试。在进行岩体构造图绘制的过程中，可以按照测量深度变化情况，来绘制岩体纵向数值图，或者按照水平跨孔测试数据，进行横向岩体完整图的绘制。

3.4 数据解释

完成坝基岩体测试构造图绘制后，则需要按照相关标准，来解释测试数值变化情况，这也是声波测试岩体的关键。在进行数值分析的过程中，需要确定坝基岩体下方情况，看其是否存在软弱带或者隐伏溶洞等，进而为勘测地质选择提供数据支持[5]。在鱼洞峡水库声波测试中，据实测波速判断和现场钻探观察，在坝基岩体中，即声波测试范围内，未发现软弱夹层和溶洞。此次测试中，纵波波速VP的计算公式为：

(1)

式中：S为收发点的间距,m；tp为纵波传播的时间,s。

在测试岩样纵波波速VPR后，利用公式

(2)

计算出岩体各段的完整性系数KV。本次声波测试地质解释，根据某剖面(沿钻孔深度)的纵波波速和岩体各段的完整性系数的变化特征，作出该岩体结构(裂隙发育程度、破碎等)、岩性划分、不同风化程度的地质解释、综合评价，测试结果部分数据如表1所示。基于测试结果能够得出A-B剖面较为完整，岩体单元为B；B-C剖面岩体较为完整，岩体单元为B；A-C剖面岩体较为完整，岩体单元为C。

表1 贵阳市鱼洞峡水库工程坝基测试结果(部分数据)

4 结 论

采取声波测试法，对鱼洞峡水库坝基岩体的完整性进行测试，就测试数据来看，坝基岩体较为完整，并且声波测试范围内，未发现软弱夹层和溶洞。借助声波测试法，按照测试流程与方法，能够准确的测试出岩体情况，包括深层次情况，具有较强的应用价值。

[1] 段雪琴，任光明，夏敏，等.西南某水电站层状建基岩体松弛特征研究[J].工程地质学报，2014，22(1):124-129.

[2] 余灿林，杨宏伟，吴宗宇，等.三维可视化在坝基岩体单孔声波测试数据分析中的应用[J].水利规划与设计，2014，28(2):103-106.

[3] 王宪志.蒙自市蚂蚱冲水库坝基声波测试成果分析[J].水利建设与管理,2014，4(2):67-70.

[4] 易毅，汤子坚，张春安.大岗山水电站坝基岩体表层低波速带成因分析[J].人民长江，2014，45(22):37-39.

[5] 佟长江.清林径水库坝基渗流调查分析及处理建议[J].资源环境与工程，2013，27(4):434-438.

黄郅淋(1983-),男，贵州瓮安人，工程师，主要从事水利水电质量监督方面的工作。E-mail：9267099@qq.com。

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