斜坡岩体卸荷分带量化研究.docxVIP

2003年8月JOURNALOFCHENGDUUNIVERSITYOFTECHNOLOGY(ScienceTechnologyEdition)Aug.2003[文章编号167129727(2003)0420335204斜坡岩体卸荷分带量化研究任光明巨广宏聂德新王毅宋彦辉(成都理工大学工程地质研究所,成都610059)[摘要]岩体卸荷及卸荷带划分一直是水利水电工程地质研究的重要内容,它是影响坝基建基面选择的主要因素之一。作者在分析国内外岩体卸荷分带研究成果基础上,提出了采用裂隙开度、裂隙条数、纵波速度、透水性系数等作为岩体卸荷分带的量化指标,并采用裂隙开度、裂隙条数、纵波速度对工程区部分平洞岩体进行卸荷带划分,其结果与现场定性划分的卸荷带界线基本一致。岩体卸荷分带量化指标的建立为岩体卸荷带划分的工程实践提供了参考依据。[关键词]岩体;卸荷分带;量化指标[分类号]TU45[文献标识码]A岩体卸荷及其卸荷带划分一直是水利水电工程地质研究的重要内容,它是影响坝基建基面选择的主要因素之一。斜坡岩体卸荷是由于河谷侵蚀或人工开挖形成的临空面,破坏了岩体原有的应力平衡,岩体应力发生重分布,使浅表部岩体因应力释放,而向临空面方向发生卸荷回弹、松弛,而在斜坡较深部位发生应力集中。在这一过程中,浅表部一定深度范围内的岩体因应力降低将导致岩体结构松弛、原有构造裂隙经改造而扩展或错动,并形成一部分新的裂隙网络。同时,在岩体卸荷松弛、应力降低过程中,随着新的裂隙系统的形成,也为风化营力、地下水等外动力作用提供了通道,加速岩体的风化作用和应力的进一步降低,促进了岩体变形与破坏,降低岩体的完整性。目前,国内外对岩体卸荷带的形成机制(黄润秋,2000;张修发,1993)、卸荷岩体的工程特征(哈秋舟令,2001;李建林,2001)、工程岩体卸荷破坏特征(吴刚,2001)等均有大量的研究,并取得了极大的进展;但对斜坡岩体卸荷带的划分还没有统一的标准,传统的方法是地质师依据斜坡岩体结构特征、裂隙张开及泥质物冲填特征、地下水分布等进行现场定性确定,因而常造成岩体卸荷分带的不准确性及人为性,给工程岩体的评价尤其是大坝建基面的选择带来了困难。本文根据国内外岩体卸荷分带的研究成果及实际工程资料,对斜坡岩体卸荷分带定量指标进行探讨,为岩体卸荷带划分的工程实践提供理论依据,具有重要的实际意义。岩体卸荷分带量化指标的选择研究表明,斜坡岩体卸荷直接导致浅表部岩体松弛、原有结构面的拉裂张开以及产生新的次生裂隙,造成岩体中裂隙增多,岩体完整性变差,岩体结构变坏(聂德新,2002);裂隙发育密度(或裂隙的数量)和张开度一般由地表向深部逐渐减小。现场统计表明,斜坡岩体裂隙数量大都随距斜坡水平深度或距坡面垂直深度的增加逐渐减少并至一定深度趋于稳定,裂隙开度同样表现为斜坡表部裂隙大多张开或张开度较大至一定深度趋于闭合。裂隙密度、裂隙开度的这种变化是斜坡形成过程中岩体风化、卸荷造成的,而至一定深度裂隙数量趋于稳定,裂隙呈闭合状,表明风化、卸荷对岩体已无大的影响。因此岩体卸荷可导致新的节理裂隙的形成、原有的结构面的松弛张开,从而破坏岩体的完整性,使岩体的导水能力增强。针对上1[收稿日期]2002211229[基金项目]国家自然科学基金资助项目(编号[作者简介]任光明(1964-),男,副教授,博士生,地质工程专业.(E2mail:RGM@)·336·成都理工大学学报(自然科学版)第30卷述特点,研究斜坡从表部至深部岩体完整性、裂隙条数、裂隙开度或裂隙充填次生夹泥或其他次生充填物厚度等的变化,可以揭示岩体的卸荷程度,并对岩体卸荷进行分带。根据上述分析,斜坡岩体卸荷带分带的量化指标可以选择为:裂隙密度(或裂隙数量)、裂隙开度、岩体纵波速度及透水性等。的划分主要采用了岩体纵波速度及裂隙开度两个指标,各卸荷带对应的纵波速度、裂隙开度界限值如表1。侯智斌(2000)在东庄水利工程枢纽区砂页岩岩体卸荷特征研究中研究了卸荷裂隙发育密度及开度随洞深的变化特征,且认为强卸荷岩体裂隙普遍张开,充填次生泥,一般宽度0.5～1.5cm;弱卸荷岩体裂隙宽度一般1mm,最大数毫米,多充填钙质和泥质。除上述指标外,由于卸荷导致岩石结构松弛、岩体完整性变差,岩石和结构面松弛从而增大岩体导水能力。因此,压水试验获得的透水系数也反映岩体裂隙发育程度、节理开合度及卸荷程度,利用透水系数也可以对岩体卸荷带进行划分。《水利水电工程地质勘察规范》(GB5087299)附录J中对岩体渗透性分级作了详细的规定(表2),即表明岩体的渗透性与裂隙开度密切相关。陆宏(1995)在“高拱坝工程地质勘察”一文给出了强风化和强卸荷岩体的渗透性多大于100个吕荣单位,弱风化及微风化上部岩体的渗透性多在1～100个吕荣单位的结论。综合考虑国