保丰水库坝基岩体完整性跨孔声波测试分析

何帮静

(遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义 563000)

1 概 述

由于山区水库坝基岩体工程地质条件通常较复杂，坝基覆盖层深且厚、岩石软硬相间、溶蚀裂隙发育、性状复杂以及层间风化程度不均一等原因，当受到坝基开挖、爆破震动等扰动势必会引起岩体开挖面的力学特性改变。如无法探明坝基岩体的完整性及沿深度方向岩体特征，而盲目进行方案设计和施工，将会给工程安全带来隐患甚至出现恶性事故[1]。声波测试是弹性波测试方法中的一种，声波波速与岩体的岩性、结构特征、力学性能等因素密切相关[2-3]。通过测试声波在岩体中的传播时间并计算获得声波波速指标及变化规律，可以定量评估岩体完整性与结构特征，为施工开挖验收、坝基处理、坝体结构体型优化设计及施工等工作顺利开展提供详实的数据依据。

2 保丰水库概况

2.1 工程概况

保丰水库位于贵州省习水县双龙乡东南面的杨寺岩村境内，距习水县城79km。水库为农田灌溉和农村人畜饮水的综合利用中型水库，由水源工程、输水系统等组成。水库正常蓄水位900m，相应库容1050万m3，总库容1277万m3，年供水量2200万m3，最大坝高67m。水库枢纽主要由碾压混凝土重力坝、泄洪建筑物、取水兼放空孔等组成。

2.2 地层岩性

保丰水库库岸多以基本对称“V”形河谷为主。坝址为横向谷，坝基出露地层岩性为Qal河床冲积砂卵石，S1sh1薄至中厚层瘤状泥灰岩、泥质灰岩，S1sh2、S1sh4中厚层夹薄层灰岩、泥质灰岩及S1sh3中厚层泥灰岩夹极薄层泥灰岩和钙质粉砂岩等。坝基岩性复杂多样，抗压强度、变形模量等力学参数差异大，坝基岩体不均匀，可能产生压缩变形。

3 坝基岩体跨孔声波测试

3.1 测试原理

保丰水库坝基开挖后，采用一发一收跨孔同步声波测试探测地质情况，即在相邻两个钻孔内一个放置发射器而另一个放置接收器进行声波穿透测试。通过记录两钻孔间声波传播时间，并结合发射/接收器间的间距计算岩体的声波波速，以探明坝基岩体完整性及沿深度方向岩体特征，为下一步工作提供科学依据[4-5]。保丰水库坝基质量检测采用HX-SY02B非金属声波仪，双孔换能器，数据连续采集。测试原理见图1。

图1 跨孔声波测试原理

将一发一收换能器分别置于岩体相邻钻孔同等高程，以清水做耦合剂，同步依次按照Ln测点步距提升或下移换能器探头，测读出纵波传播时间，相应计算获得岩体纵波波速，其表达式为

(1)

式中Lp——两钻孔收发换能器间的间距；

tp——声波从发换能器传输到收换能器的纵波传播时间；

vp——孔壁介质的纵波波速。

3.2 纵波测试钻孔布置

由于岩性的不同，声波传播速度也不同，就是同一种岩性的岩体也会因其风化程度、完整状态的不同而导致声波传播速度的不同。习水县保丰水库工程大坝基础跨孔声波测试，沿坝基f1断裂带共测试3组9个钻孔(S1～S9)，即：坝基中部靠近上游面1组，坝基中部1组，坝基中部靠近下游面1组，每组各3个钻孔，孔深6m。坝基岩体跨孔声波现场检测钻孔位置见图2。

图2 坝基岩体跨孔声波检测钻孔位置布置平面

坝基岩体质量检测钻孔内声波检测仪器采用HX-SY02B非金属声波仪，双孔换能器，数据连续采集。按剖面由孔底向孔口自下往上逐级同时平行提升，步距Ln为20cm。

3.3 坝基岩体波速特征

3.3.1 质量检测标准

坝基基岩质量与岩体声波波速间存在特定的相关关系，如岩体越完整、强度越大，则实测声波波速值越高、声波曲线连续性越好；相反，岩体越破碎、强度越低，则实测声波波速值越低、声波曲线连续性越差。岩体完整程度主要依据岩体完整性指数(裂隙系数)，即采用岩体与岩石声波波速的比值，来定量评估岩体完整程度，即

(2)

式中vp——岩体纵波速度，实测值，m/s；

vpr——室内新鲜岩石(块)纵波速度，标准值，m/s。

根据《中小型水利水电工程地质勘察规范》(SL 55—2005)中附表A.0.2-3岩体完整程度分级，确定坝基岩体完整程度定量评价指标(见表1[6])。

表1 坝基岩体完整程度分级评价指标

3.3.2 检测成果分析

从现场取新鲜钻孔岩块，试验室内经切磨、制样后得灰岩岩块6件后，进行室内声波测试收集获得坝基岩石波速值，并经算术平均计算获得岩块纵波速度标准值为vpr=5630m/s。大坝基础岩体现场3组钻孔9个检测剖面的跨孔声波测试分析成果见表2。

表2 坝基岩体跨孔声波测试分析成果

绘制3组9个钻孔典型跨孔声波测试曲线(见图3)。

图3 坝基9个钻孔典型跨孔声波测试曲线

由表2和图3可知，保丰水库大坝基础岩体完整性系数最低为0.63(S1-S2剖面)、最高为0.71(S7-S8、S7-S9、S8-S9剖面)，均属0.75≥kv>0.55范畴，坝基岩体整体完整性评定为“较完整”。岩体波速值整体呈浅部波速值低而深部波速值高的逐步增大趋势，未发现异常声波值和连续波速低值，说明坝基岩体结构较单一、完整性较好。

4 结 论

跨孔声波测试是物探技术的一种，通过相邻钻孔间跨孔声波检测，可在垂直方向准确反映基岩岩体的结构类型、完整性、结构面发有程度与性状等特征，弥补了勘探孔以点带面的不足，通过面的形式详细展示坝基地表以下岩体的工程地质状况，便于地勘及设计人员准确掌握工程地质特性。保丰水库施工阶段，采用跨孔声波检测及时、准确地探明了坝基基岩地质状况并确定坝基岩体完整性为“较完整”，为工程设计优化和施工等下一步工作有序开展提供了科学详实的数据支撑。