坝基岩体质量量化分级及图形展示
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摘要
岩体结构是我国工程地质界在评价岩体工程性质方面取得的重要成果，“岩体结构控制论”是岩体力学的基础理论。本文结合溪洛渡水电工程，以丰富的统计、测试资料为基础，以岩体结构为主线，深入研究了坝基岩体结构、岩体质量的空间变化特征，在岩体结构分类指标定量化、坝基岩体质量量化分级及岩体质量指标空间数据库的建立、岩体质量图形展示技术方面取得了一定的进展。
由于受原生建造、后期构造改造和浅表生作用的影响，岩体中常发育多组裂隙，形成相互交切的结构面网络系统，使岩体结构复杂化。本文在对比分析目前两种常用的结构面测量方法优缺点基础上，首次提出了一种改进的结构面测量方法—节理详细精测法，并利用大量的统计结果，研究合理的间距取值方法，根据间距无偏差测量的最小有效测线长度理论，选择5m作为统计区间长度，获得了节理间距、条数、总长度随洞深的连续变化值。节理间距作为划分岩体结构类型的主要指标，因条件限制，在某些地段(如河床部位)不可能获得，因此必须采用其它容易获得的指标代替，但目前对多指标之间的对应性、可转换性研究较少。本文研究了用表征岩体完整程度的指标—完整性系数、RQD及5m洞段节理条数J_D(与体积节理数类似)划分岩体结构类型的可行性。对两岸坝肩部位，节理间距、完整性系数、5m洞段节理条数这三项指标划分的岩体结构类型基本一致；河床坝基部位主要用RQD指标来判断岩体结构类型。风化营力的作用使岩体中次生裂隙增多从而导致岩体完整性、岩体结构的变化，本文以波速比为纽带，研究了两岸坝肩部位岩体结构量化指标与风化分带的关系。
借鉴国内外岩体质量分类的成功经验，以岩体结构作为分级(分类)的基础，选择岩体结构量化指标作为岩体质量量化分级的主要因素，提出了坝基岩体质量量化分级方案。利用实测资料，研究了单指标(节理间距、完整性系数、5m洞段节理条数)划分岩体质量等级的对应性，验证了单指标(完整性系数K_V、节理间距D)和双指标(K_V×D×1000)划分岩体质量等级的一致性。
大型水电工程往往积累有丰富的勘探资料，如何科学地管理这些资料并将其直观、准确地反映在工程地质图件上，即将岩体结构类型及岩体质量空间变化特征以图形展示，是当前研究的重点和难点之一。本文利用大地坐标系建立了能纳入坝址平洞、钻孔、地表露头等有关岩体质量分级要素的空间数据库，利用坝基岩体质量渐变特征，将有限的勘探测试成果扩展到它们能控制的空间上，并编制了配套的切图软件，实现了岩体质量的可视化，利用岩体质量等级分区图可以获得两岸坝肩部位各级岩体的埋深情况和河床不同高程段各类岩体所占的面积比例，为水工建筑物的合理布置提供重要资料。这种研究坝基岩体质量的思路、方法可以推广到其它水电工程。
Great achievements have been made in rock mass structure research to evaluate engineering properties of rock mass in engineering geological domain of our country, and rock mass structure cybernetics becomes the basic theory of rock mass mechanics. Basing on the abundant statistic and testing data of Xiluodu Hydroelectric project, the spatial characters of rock mass structure and quality in dam foundation are detailed studied. Some progress is made in the following aspects: quantification of rock mass structure indexes, quantized quality classification of dam foundation rock mass, establishment of spatial database of rock mass quality indices and the diagrammatic representation of rock mass quality.
Under the influence of original formation, tectonic reconstruction, superficial and epigene-action, network of structure planes was created in rock mass, accordingly complicated the rock mass structure. After contrasting and analyzing the two common used measure method of discontinuity, a modified method that is elaborate method of joint surveying is put forward for the first time. Rational method to get spacing of joints is researched utilizing lots of statistical results. According to the theory of minimal valid length of scanline, 5m is chose as appropriate statistical section length to obtain the successive values of those indices indicating rock mass structure, they are spacing, number and total length of joint. Although joint spacing is an important index in rock mass structure classification, it can't be obtained in some regions such as riverbed, so the practicability of using those indexes which characterizing the integrity degree of rock mass to class the rock mass structure is studied, and good coincidence is shown in rock mass structure classification by joint spacing, integrity coefficient and number of joints in dam abutment. In riverbed, RQD is an appropriate index of rock mass structure classification. Because the weathering agent causes the change of integrity and structure of rock mass, the relationship between rock mass structure indexes and weathering zoning is discussed through wave velocity ratio.
Drawing lessons from internal and external successful experiences in rock mass quality classification, the scheme of quantized quality classification of dam foundation rock mass is put forward choosing quantization indices of rock mass structure as primary factors, and the consistency of single index and combined index on determine rock mass quality grade is also verified by measured data.
In order to scientifically manage exploration data, three-dimensional database composed of rock mass quality indices is established under the geodetic reference frame. Those indices are obtained from adits, drill holes and outcrops. To efficiently make use of exploration data, finite testing results are spread to the extent which they can control in term of the characters of gradual change of rock mass quality. In addition, corresponding software is programmed, which makes the visualization of rock mass quality come true. From the zonal map, the burying depth and area percentage of rock mass which belong to different grades in dam abutment and riverbed can be obtained respectively. So embedded depth can be determined preliminarily according to the requirement of high arch dam for foundation rock mass. Then important data are provided for rational layout of hydraulic structures. This thought and method of studying dam foundation rock mass quality can be extended to other water-power projects.
由于受原生建造、后期构造改造和浅表生作用的影响，岩体中常发育多组裂隙，形成相互交切的结构面网络系统，使岩体结构复杂化。本文在对比分析目前两种常用的结构面测量方法优缺点基础上，首次提出了一种改进的结构面测量方法—节理详细精测法，并利用大量的统计结果，研究合理的间距取值方法，根据间距无偏差测量的最小有效测线长度理论，选择5m作为统计区间长度，获得了节理间距、条数、总长度随洞深的连续变化值。节理间距作为划分岩体结构类型的主要指标，因条件限制，在某些地段(如河床部位)不可能获得，因此必须采用其它容易获得的指标代替，但目前对多指标之间的对应性、可转换性研究较少。本文研究了用表征岩体完整程度的指标—完整性系数、RQD及5m洞段节理条数J_D(与体积节理数类似)划分岩体结构类型的可行性。对两岸坝肩部位，节理间距、完整性系数、5m洞段节理条数这三项指标划分的岩体结构类型基本一致；河床坝基部位主要用RQD指标来判断岩体结构类型。风化营力的作用使岩体中次生裂隙增多从而导致岩体完整性、岩体结构的变化，本文以波速比为纽带，研究了两岸坝肩部位岩体结构量化指标与风化分带的关系。
借鉴国内外岩体质量分类的成功经验，以岩体结构作为分级(分类)的基础，选择岩体结构量化指标作为岩体质量量化分级的主要因素，提出了坝基岩体质量量化分级方案。利用实测资料，研究了单指标(节理间距、完整性系数、5m洞段节理条数)划分岩体质量等级的对应性，验证了单指标(完整性系数K_V、节理间距D)和双指标(K_V×D×1000)划分岩体质量等级的一致性。
大型水电工程往往积累有丰富的勘探资料，如何科学地管理这些资料并将其直观、准确地反映在工程地质图件上，即将岩体结构类型及岩体质量空间变化特征以图形展示，是当前研究的重点和难点之一。本文利用大地坐标系建立了能纳入坝址平洞、钻孔、地表露头等有关岩体质量分级要素的空间数据库，利用坝基岩体质量渐变特征，将有限的勘探测试成果扩展到它们能控制的空间上，并编制了配套的切图软件，实现了岩体质量的可视化，利用岩体质量等级分区图可以获得两岸坝肩部位各级岩体的埋深情况和河床不同高程段各类岩体所占的面积比例，为水工建筑物的合理布置提供重要资料。这种研究坝基岩体质量的思路、方法可以推广到其它水电工程。
Great achievements have been made in rock mass structure research to evaluate engineering properties of rock mass in engineering geological domain of our country, and rock mass structure cybernetics becomes the basic theory of rock mass mechanics. Basing on the abundant statistic and testing data of Xiluodu Hydroelectric project, the spatial characters of rock mass structure and quality in dam foundation are detailed studied. Some progress is made in the following aspects: quantification of rock mass structure indexes, quantized quality classification of dam foundation rock mass, establishment of spatial database of rock mass quality indices and the diagrammatic representation of rock mass quality.
Under the influence of original formation, tectonic reconstruction, superficial and epigene-action, network of structure planes was created in rock mass, accordingly complicated the rock mass structure. After contrasting and analyzing the two common used measure method of discontinuity, a modified method that is elaborate method of joint surveying is put forward for the first time. Rational method to get spacing of joints is researched utilizing lots of statistical results. According to the theory of minimal valid length of scanline, 5m is chose as appropriate statistical section length to obtain the successive values of those indices indicating rock mass structure, they are spacing, number and total length of joint. Although joint spacing is an important index in rock mass structure classification, it can't be obtained in some regions such as riverbed, so the practicability of using those indexes which characterizing the integrity degree of rock mass to class the rock mass structure is studied, and good coincidence is shown in rock mass structure classification by joint spacing, integrity coefficient and number of joints in dam abutment. In riverbed, RQD is an appropriate index of rock mass structure classification. Because the weathering agent causes the change of integrity and structure of rock mass, the relationship between rock mass structure indexes and weathering zoning is discussed through wave velocity ratio.
Drawing lessons from internal and external successful experiences in rock mass quality classification, the scheme of quantized quality classification of dam foundation rock mass is put forward choosing quantization indices of rock mass structure as primary factors, and the consistency of single index and combined index on determine rock mass quality grade is also verified by measured data.
In order to scientifically manage exploration data, three-dimensional database composed of rock mass quality indices is established under the geodetic reference frame. Those indices are obtained from adits, drill holes and outcrops. To efficiently make use of exploration data, finite testing results are spread to the extent which they can control in term of the characters of gradual change of rock mass quality. In addition, corresponding software is programmed, which makes the visualization of rock mass quality come true. From the zonal map, the burying depth and area percentage of rock mass which belong to different grades in dam abutment and riverbed can be obtained respectively. So embedded depth can be determined preliminarily according to the requirement of high arch dam for foundation rock mass. Then important data are provided for rational layout of hydraulic structures. This thought and method of studying dam foundation rock mass quality can be extended to other water-power projects.
引文
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