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摘要:

以西藏某水電站壩址區內所有平硐的回彈裂隙風化特征的實測資料為依據，針對回彈裂隙的風化特征進行了統計分析，對電站的建設有重要的理論依據和實踐意義。研究內容包括基于整個壩址區域內的所有平硐的回彈裂隙風化等級，建立了裂隙風化建議值指標;按照壩址區整體、不同高程、不同卸荷帶、不同壩線的思路，用形象的圖片形式表現了壩址區不同高程所有平硐的裂隙風化特征分布的情況，目的是對電站裂隙風化特征做相應的評價，得出其分布特征。

關鍵詞:

回彈裂隙;風化特征;統計分析;風化指標;成帶分布

目前工程地質領域對巖體風化特征的傳統分析內容包括巖石的顏色、結構的變化、礦物的蝕變程度、敲擊巖石聲音的變化，以及巖體裂隙發育程度、巖體完整性的變化、巖體結構變化［1－3］。傳統意義上，工程上面對巖體風化的劃分主要方法有靜荷載試驗、波速測試、巖礦鑒定、鉆探等方法，參考的主要指標有壓縮波速度Vp、波速比Kv、及風化系數Kf，并在硐深方向上按照由外及里的方式將巖體風化分為強風化、弱風化、微風化、新鮮4個等級［4－5］。20世紀70年代，木宮一邦［6］使用點荷載試驗來論證劃分巖體風化帶的可能性和適宜性;80年代成都地質學院(現成都理工大學)向桂馥老師通過對四川大渡河大崗山水電站壩址區花崗巖風化帶劃分而建立了It與w、與n之間的關系［7］，但由于不同人實驗方法指標選取的不一致，至今沒有統一的劃分標準;丁武［8］在對混合花崗巖進行風化分帶時，將花崗巖的波速試驗和單軸抗壓強度做對比分析，最終達到風化分帶目的。潘天有［9］、劉泉［10］在對花崗巖分化特性研究時，選取了花崗巖風化物含水量、重度、孔隙比、內摩擦角、粘聚力、壓縮模量、壓縮系數和標貫擊數等8項物理力學指標進行概率統計，并著重分析了各指標變異性特征及其原因。而本文對于巖體裂隙風化的特性分析，著重點在于將裂隙風化的表現特征和力學特性相結合。由于裂隙在風化時不僅能夠表現出性狀上的變化，而且在性狀發生改變的同時裂隙的力學特性也在改變，現就在裂隙風化等級劃分的基礎上，同時考慮了巖體裂隙隙壁抗壓強度的變化，給出裂隙風化定量指標建議值，并利用建議值劃分裂隙風化區域，最終得到整個壩址區裂隙的分帶特征。

1區域風化背景

西藏某水電站區域出露地層主要為燕山晚期巖漿巖與第四系，巖漿巖主要為燕山晚期侵入的磨老新巖體(γ3(3)5)，巖性為黑云二長花崗巖。壩址河床風化程度較輕，強風化、弱風化上段分布較少。一般在上覆崩坡積物的部位以及地表巖脈有少量強風化巖體，結構面主要以短小微張的裂隙為主，裂面強烈銹染，多充填有巖屑、次生泥，巖體大部分失去光澤輕微蝕變，完整性差。弱風化主要分布在左岸高高程平硐以及右岸局部部位，巖體呈鑲嵌結構～塊裂結構，裂隙較發育，結構面多見銹染，部分充填有黃色次生泥以及巖屑，巖體多呈塊狀結構，完整性較好。微風化裂隙輕度發育，局部見有輕微銹染，巖體呈塊狀～次塊狀結構，完整性好。

2裂隙隙壁風化定量指標

根據米勒等的研究，回彈值R與巖石干容重的乘積與巖石單軸抗壓強度呈線性關系，因此只要測得裂隙隙壁回彈值R，并采取少量試樣測定干容重k，即可獲得裂隙隙壁單軸抗壓強度(JCS)的近似值。本此研究在將花崗巖裂隙風化等級劃分為1級風化(強風化)、2級風化(弱風化)、3級風化(微風化)、4級風化(新鮮)的基礎上，利用SPSS軟件統計回彈裂隙的抗壓強度，并繪制得到JCS頻率分布直方圖以及相關數據(圖1)。由圖1可以明顯看出，裂隙隙壁風化程度越強，其JCS分布區間越向JCS=0點方向偏移，并在較大的數值范圍內有較高的區分度。根據現場統計出的不同風化狀態下裂隙隙壁回彈值R，JCS及風化強度系數Kr，以單軸抗壓強度JCS為標準，得到壩址區裂隙在不同風化狀態下其分布規律，進一步獲得在不同風化狀態下風化強度系數、回彈值、單軸抗壓強度三者之間對應關系的定量指標建議值見表1。

3風化特征分析

裂隙隙壁風化特征的分析是對現場地質調查資料的整理和統計的基礎之上，一方面參考平硐隙壁風化等級的劃分，另一方面根據裂隙現場回彈試驗結果，對裂隙隙壁單軸抗壓強度JCS的特征進行分析。本次研究在已測得的回彈裂隙JCS基礎上，利用Surfer軟件對平硐沿深度方向進行差值計算，最終得到整個硐深方向上巖體風化隨硐深分布的特征。

3.1整個壩址區內風化特征對每個平硐回彈裂隙隙壁風化數據進行整理，做出每個平硐的回彈裂隙隙壁單軸抗壓強度統計表，利用Surfer進行數值差分，并依據風化特征定量分級指標建議值，將4個等級的風化劃分為1720、1770、1820、1870、1920m高程各硐裂隙隙壁JCS硐深:1級風化(JCS＜30.78);2級風化(30.78≤JCS＜83.58);3級風化(83.58≤JCS＜104.04);4級風化(JCS≥104.04)。通過總體分析可以看出，所有高程的硐子都表現出2級和4級風化比率最高，其次表現為3級，1級所占比率最小，整個壩址區風化程度都偏2級以下。隨著高程的增加，每個高程硐子出現4級風化段長的總長在增加，所占比率在上升。1720m高程受斷層和巖脈影響最大，表現在4個不同風化等級出現的情況是最多的，明顯比其他高程出現的頻率大，也就是每個硐子都有出現4種不同的情況，整個高程2級風化所占比率最高。1770m高程的PD234和PD263平硐，整個硐段全部表現為2級風化等級，其余平硐2級風化所占比率依然最大。1820m高程開始出一個明顯的特征，2級風化比率下降，4級風化等級占最多，1820m高程的PD273平硐在強卸荷段出現了1級風化的情況。1870m高程PD258全硐段都為4級風化，1920m高程PD239全硐段為2級風化。1720m高程的PD232、PD242、PD231、PD271，以及1770m高程的PD222、PD234、PD254、PD233、PD263，1820m高程的PD256，1870m高程的PD213、PD237，1920m高程的PD239，所例舉的這些高程的平硐在硐底深部均有出現2級風化的情況，通過翻閱勘察資料發現在這些平硐硐低都有存在斷層的情況，也就是說平硐硐底出現2級風化的原因很可能與斷層的作用有關。

3.2不同卸荷帶內風化特征根據各硐水平方向卸荷深度界限及裂隙分帶(段)標準，對壩址區卸荷帶，多裂隙帶和原巖段裂隙風化情況進行分別匯總和整理，根據現場回彈試驗結果，對照風化定量指標建議值，得到壩址區各帶(段)裂隙隙壁單軸抗壓強度統計見表2。由表2可以得到以下結論。a)卸荷段整體裂隙隙壁單軸抗壓強度平均值為94.47MN/m2，屬于3級風化;調整段整體裂隙隙壁單軸抗壓強度平均值較卸荷帶的高為109.36MN/m2，屬于4級風化，原巖段整體裂隙隙壁單軸抗壓強度平均值最大，為114.098MN/m2，屬于4級風化。b)無論是調整段、原巖段還是卸荷段，其強度數據跨度范圍都較大;且偏度為1左右均大于0，說明JCS大于平均值的裂隙未占到所有統計裂隙數量的一半，即JCS直方圖呈右偏分布，而且它們的整體峰度值也都大于0，那么其分布要更集中在平均值周圍，呈峰狀態明顯，其中原巖段整體峰度值最大，它的分布也就最為集中，呈峰現象也就最明顯。c)從卸荷段到調整段再到原巖段，它們的樣本數在減少，而平均值卻在增大，這說明平硐由外向里受到地表改造和河谷深切作用在減小。對于卸荷段、調整段以及原巖段而言，都有一個共同的規律就是右岸JCS平均值都要大于左岸，即右岸的風化程度都要比左岸的弱。特別是調整段左岸JCS平均值為98.72MN/m2，屬于3級風化，而右岸JCS平均值為116.23MN/m2，屬于4級風化，兩者相差大于18。這主要是由于左岸存在f33－1、fm9、f13、f11、f105、fm7、M8等多條斷層和巖脈，斷層巖脈相互交錯切割，為裂隙風化創造了條件，再加上其走向和方位的影響，回彈裂隙風化程度就較右岸要嚴重。

3.3左右岸各高程風化特征通過對壩址區左右岸同一高程的回彈裂隙隙壁風化資料的匯總和整理，在對各高程回彈裂隙隙壁風化分級頻度分布統計分析的基礎之上，根據現場回彈試驗結果，對照風化定量指標建議值，得到壩址區左右岸及各高程裂隙隙壁單軸抗壓強度統計表，見表3、4。由表3可以得到以下結論。a)與頻度分布統計圖相對應，左岸裂隙隙壁單軸抗壓強度平均值97.44略低于右岸隙壁單軸抗壓強度平均值為100.01MN/m2，但差別并不明顯。也就是說左、右岸裂隙但中平均抗壓強度處在83.58～104.04MN/m2區間內，即兩岸風化均屬于3等級。左岸中位數為88.0MN/m2，說明在左岸所有不同大小的隙壁單軸抗壓強度中出現頻數處于中間的值為88.0MN/m2，左岸眾數為67.9MN/m2，即左岸所有不同大小的隙壁單軸抗壓強度中出現頻數最多的值。從表中還可以看出右岸中位數為91.44MN/m2，眾數為65.5MN/m2。左右岸的最大、最小值也相差不大。b)左岸標準差為41.52MN/m2小于右岸的標準差42.87MN/m2，也就是說左岸樣本頻數分布直方圖中不同組段頻數更為集中。且兩岸偏度均大于0，那么左右岸樣本頻數直方圖呈左偏分布，即頻數直方圖都有傾向JCS較小值部分的趨勢，而左岸偏度大于右岸，說明左岸左偏趨勢更明顯。c)左、右岸JCS處于百分位數50%的值分別為88.0、91.44MN/m2，說明小于JCS平均值的頻數所占比列大于50%，即JCS出現小于平均值的概率較大。由表4分析，得出如下結論。a)對于樣本數而言，基本上同一高程右岸裂隙要多于左岸。而從總的壩址區來看，不管是左岸還是右岸，都表現出隨著高程的上升，裂隙樣本減少的特點。b)從偏度方面可以看出，左岸和右岸的偏度基本都大于0，頻數直方圖基本屬于左偏的情況，而左岸相對于右岸左偏的趨勢要更為明顯，頻數直方圖左偏意味著出現隙壁抗壓強度小于平均值的概率大于50%。c)從峰度方面出發，左右岸各高程基本都屬于瘦尾的情況，也就是說，不同高程的頻數直方圖中處于兩邊的數據所占比例小，分布呈現低峰狀態。d)在平均值一列中，單獨看左岸和右岸的數據，規律并不明顯，但是對比左右岸可以發現，同一高程右岸傾裂隙的隙壁平均抗壓強度要高于左岸，即左岸所有高程的風化程度要比右岸強烈，總的來說，壩址區所有高程的風化程度都比較好，均處于2級風化到4級風化的范疇內。e)表中，1670m高程左右岸、1770m左岸、1870m左岸、1920m左右岸、2119m左岸、2204m左岸、2308m左岸均出現眾數值與最小值相等的情況，也就是說這幾個高程裂隙抗壓強度的最小值是本高程所有裂隙抗壓強度中出現頻數最多的。

3.4不同壩線風化特征通過對壩址區左右岸不同壩線的回彈裂隙隙壁風化資料的匯總和整理，在對壩址區回彈裂隙隙壁風化分級頻度分布統計分析的基礎之上，根據現場回彈試驗結果，對照風化定量指標建議值，得到壩址區左右岸以及不同壩線的裂隙隙壁抗壓強度統計，見表5、6。由表5分析得出如下結論。a)S7線標準差為所有壩線中的最小值，即S7頻數直方圖不同區段所呈現的狀態表現更為集中。b)所有壩線中除了S3－S4以及S8線，其余壩線偏度全都大于0，那么它們的分布直方圖均屬于左偏分布，也就是說所這些壩線的裂隙小于單軸抗壓強度平均值所占的比例大于50%，而所有壩線中，S2線左偏情況最為明顯。c)所有壩線中S8線裂隙隙壁單軸抗壓強度平均值最大等于149.2MN/m2，而最小值是S3，值為85.77MN/m2。也就是說，所有壩線的風化程度都比較好，都處于2～4級。由表6分析得知如下結論。a)無論左岸還是右岸，所有壩線的偏度值基本都大于0，即各壩線的頻度直方圖均為左偏分布，這說明各壩線左右岸隙壁單軸抗壓強度分布直方圖中，強度小于隙壁單軸抗壓強度平均值所占的比例超過了50%。b)在分析平均值一列時，發現各壩線右岸裂隙單軸抗壓強度平均值普遍高于左岸的，左岸最大JCS平均值在S2線為114.94MN/m2，左岸最小值為73.43MN/m2，出現在S6線。右岸最大JCS平均值在S8線為149.20MN/m2，右岸最小值為83.29MN/m2，出現在S3線。也就是說整個壩線范圍內，JCS平均值的最小值在S6線，最大值在S8線。

4結論

a)所有高程的硐子都表現出2級和4級風化比率最高，其次表現為3級，1級所占比率最小，整個壩址區風化程度都偏2級以下。隨著高程的增加，每個高程硐子出現4級風化段長的總長在增加，所占比率在上升。b)從卸荷段到調整段再到原巖段，它們的樣本數在減少，而平均值卻在增大，這說明平硐由外向里受到地表改造和河谷深切作用在減小。對于卸荷段、調整段以及原巖段而言，都有一個共同的規律就是右岸JCS平均值都要大于左岸，即右岸的風化程度都要比左岸的弱。c)同一高程右岸傾回彈裂隙的隙壁平均抗壓強度要高于左岸，即左岸所有高程的風化程度要比右岸強烈，總的來說，壩址區所有高程的風化程度都比較好，均處于2級風化到4級風化的范疇內。d)所有壩線中S8線裂隙隙壁單軸抗壓強度平均值最大等于149.2MN/m2，而最小值是S3為85.77MN/m2。也就是說，所有壩線的風化程度都比較好，都處于2級到4級。

參考文獻:

［1］巨廣宏.黃河拉希瓦水電站壩區花崗巖風化研究［J］.中國地質災害與防治學報［J］.2006(1):125—129.

［2］巨廣宏，聶德新.黃河拉希瓦水電站深切河谷花崗巖體風化卸荷的工程地質研究［D］.成都:成都理工大學，2002(5).

［3］陳利友，李瓏.淺析風化帶的定義及劃分［J］.四川水利，2011(4):56—59.

［4］魏玉峰，荀曉慧，聶德新，等.水電站壩肩巖體風化帶劃分定量指標的選取與標準［J］.水文地質工程地質，2010(6):51—54.

［5］郭健，許模.雅礱江楊房溝水電站壩區巖體風化、卸荷分帶的量化研究［D］.成都:成都理工大學，2010.

［6］木宮一邦.作為花崗巖類風化程度的物理指標的引張強度［J］.地質學雜志，1975，8(6).

［7］郭欣.花崗巖風化帶的現場確定及定量劃分［J］.巖土工程技術，1997(3):10－11.

［8］丁武.蚌埠市區混合花崗巖風化帶分析及工程應用［J］.當代建設，2000(6):44－45.

［9］潘天有，胡寶群.花崗巖風化物物理力學指標的概率統計分析［J］.人民長江，2004，35(12):41－36.

［10］劉泉.石棉至瀘定段花崗巖風化的物理力學性質與微觀特征指標之間的相關性研究［D］.成都:成都理工大學，2014.

作者：劉鑫 單位：成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室