孟底沟水电站蚀变岩密集带综合变形模量研究

JournalofEngineeringGeology工程地质学报1004-9665/2016/24(3)-0459-06DOI：10.13544/j.cnki.jeg.2016.03.016孟底沟水电站蚀变岩密集带综合变形模量研究赵梓彤®沈军辉®祝华平®魏伟®刘银®(①地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室（成都理工大学）成都610059)(②中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司成都610072)摘要拟建雅砻江孟底沟水电站坝基花岗闪长岩体中，密集发育有单条宽度为〇.5~3m的黏土化热液蚀变岩带。变形试验表明，微新花岗闪长岩的变形模量平均值高达31.50GPa，而强黏土化蚀变岩及弱黏土化蚀变岩变形模量仅分别为6.79GPa、11.lOGPa,故蚀变岩密集带的存在必将对坝基岩体的变形特性产生重大影响。目前对于这种变形特性差异显著的复杂组合岩体综合变形模量尚无成熟的评价方法。因此，本文在刚性承压板变形试验及声波测试基础上,采用非线性回归法分析了岩体声波与变形模量的相关性，建立了岩体的相关性公式，进而采用算术平均法计算了典型蚀变岩密集带的综合变形模量，其值为18.03GPa，较微新花岗闪长岩变形模量降低了42.76%;同时，根据带内各种蚀变岩所占比例，采用加权平均法求得蚀变岩密集带综合变形模量值为19.40GPa，较微新花岗闪长岩变形模量降低了38.41%。两种方法所得的综合变形模量值相差仅为7.60%,且对比刚性承压板法所得变形模量值，前者更加安全可靠。故建议采用非线性回归法对孟底沟水电站蚀变岩密集带综合变形模量进行计算。关键词花岗闪长岩蚀变岩黏土化变形模量非线性回归法中图分类号:TU42文献标识码:AINTEGRATEDDEFORMATIONMODULUSOFINTENSIVEALTEREDROCKZONEATMENGDIGOUHYDROPOWERSTATIONZHAOZitong®SHENJunhui①ZHUHuaping②WEIWei①LIUYin®(①NationalLaboratoryofGohazardsPreventiooangGoenvironmentProtectioo,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059)(②ChinaElectricPooerConstructiooSurveyangDesignInstituteGroupLtd.，Chengdu610072)AbstractMostofthedamfoundationrockmassisgranodioriteintheproposedYalongiangMengdigouhydropowerstation，whereintensivedevelopmentofHydrothermalalterationrockzonehasasinglewidthof0.5〜3m.Deformationtestshowsthattheaveragedeformationmodulusofnewmicro-granodioriteisupto31.5GPa.Thedeformationmoduliofstrongclayalterationrockandweakclayalterationrockare6.79GPaand11.10GPa，respectively.Therefore,theexistenceofintensivealteredrockzonecanhaveasignificantimpactonthedeformationcharacteristicsofthedamfoundationrock.Therearenomaturemethodstocalculatethedeformationmodulusofthecomplexcombinationofrockswithdeformationcharacteristicsofsignificantdifferences.Therefore,thisarticleisbasedontherigidbearingplatedeformationtestandacoustictest.Itusesthenonlinearregressionmethodtoanalyze*收稿日期：2015-03-28;收到修改稿日期：2015-08-08.基金项目：国家自然科学基金（编号=41/72308)，高等学校博士学科点专项科研基金博导类联合课题(2012/122110005)资助.第一作者简介：赵梓彤（1990-)，女，硕士生，从事岩体稳定地质工程研究.Email:[e-mail]通讯作者简介：沈军辉（1964-)，男，教授，博士生导师，从事工程地质环境地质研究.Email:[e-mail]460JournalofEngineeringGeology工程地质学报2016thecorrelationofrockdeformationmodulusandacoustics.ItestablishestherockVp—E〇correlationformula.Then,itusesthearithmeticaveragemethodtocalculatethedeformationmodulusoftypicalintensivealteredrockzone.Theresultis18.03GPaanddecreasesby42.76%tothatofnewmicro-granodioriterock.Meanwhile,accordingtoavarietyofalteredrockbandpercentage,itusestheweightedaveragemethodtocalculatedeformationmodulusofintensivealteredrockzone.Theresultis19.40GPaanddecreasesby38.41%tothatofnewmicro-granodioriterock.Thedifferenceofthetwomethodsisonly7.60%.Comparingwiththerigidbearingplateresult,theformerismoresafeandreliable.Thus,themethodofnonlinearregressionissuggestedtocalculatethedeformationmodulusofintensivealteredrockzoneatMengdigouhydropowerstation.KeywordsGranodiorite,Alteredrock,Clay,Deformationmodulus,Nonlinearregressionmethod0引言孟底沟水电站坝基岩体为燕山早期的花岗闪长岩，局部沿断裂裂隙密集发育有热液蚀变形成的蚀变岩带。蚀变岩带单条规模不一，宽度一般为0.5〜3m，但由于其发育密度大，且普遍具有不同程度的黏土化，其所构成的蚀变岩密集带对岩体的变形特性造成较大影响，从而影响坝基岩体的质量及其稳定性（胡受奚等，2004;季克俭等，2007;苗朝等，2014)。国内外学者（李维树等，1999;Li,2001);李维树等，2001;Kayabasietal.，2003;杨圣奇等，2003;董学成，2004;周火明等，2004,2006;Zhangetal.，2004;宋彦辉等，2011;杨建平等，2011)研究表明，岩体的变形模量主要与岩性、尺寸、风化卸荷、完整性及其所处的地应力环境等因素相关，室内和现场试验是了解和确定岩体变形模量的基本途径。但对于像孟底沟水电站坝基这样，由强蚀变、弱蚀变、未蚀变3种不同岩类组成的软硬相间复杂组合岩体，目前尚无专门的方法去计算其综合变形模量值。本文采用了两种方法对坝基蚀变岩密集带综合变形模量进行计算。第1种是在工程地质特征调研的基础上，采用非线性回归法对变形试验、声波测试资料进行相关性分析，得出'-E。之间的关系式，进而分段计算蚀变岩密集带的变形模量，在此基础上运用算术平均法求解出综合变形模量。第2种是从蚀变岩密集带工程地质分带特征出发，根据强蚀变、弱蚀变、未蚀变3种岩类所占比例，运用加权平均法计算其综合变形模量。研究成果对软硬相间的复杂组合岩体变形模量取值有一定的理论意义，对孟底沟水电站坝基蚀变岩密集带变形模量取值则具有实际意义。1蚀变岩密集带的工程地质特征坝基蚀变岩带是热液在沿断裂裂隙运移过程中，与花岗闪长岩发生交代重结晶形成的。单条蚀变岩带往往沿裂隙发育有一条宽度不等（0.5〜10cm)的石英脉，石英脉两侧对称出现花岗岩化-弱黏土化蚀变岩(主要由热液强烈交代花岗闪长岩并发生重结晶而形成）、强黏土化蚀变岩（主要由热接触蚀变形成，交代重结晶程度相对较弱），黏土化由中间向两侧逐渐提高，以伊利石、高岭土为主，蒙脱石次之。单条蚀变岩带的发育规模大小不一，宽度一般为0.5〜3m，主要沿裂隙密集成带产出。统计表明，坝区的5个含蚀变岩密集带的花岗闪长岩均分布在右岸，分别出露于坝基、坝肩的不同部位，本文以PD203平硐93.4~132m处蚀变岩密集带（命名为：ACZ02)综合变形模量进行研究，(图1)。该段发育有13条蚀变程度不一的蚀变岩带，其中微新花岗闪长岩占47%、强黏土化蚀变岩占30%,弱黏土化蚀变岩占23%,具体的工程地质特征（表1)。对于这种软硬相间的复杂组合岩体，蚀变岩带的宽度、间距、蚀变程度及不同蚀变程度所占比例等对E都有重要的控制作用。2声波一变形模量的相关性分析采用刚性承压板法对坝址区不同类别的岩体做了变形试验，加载方式为逐级一次循环法，载荷分5级施加，每级压力分别为2MPa、4MPa、6MPa、8MPa、10MPa。运用弹性理论（钱长伟等，1956)，按半无限空间弹性体公式计算岩体变形（弹性）模量。但由于大型变形试验费用高，工期长，故仅对不同蚀变程度的典型岩体做了30组大型变形试验，并配套做了声波测试(表2，表3)。变形试验成果表明，微新24(3)赵梓彤等：孟底沟水电站蚀变岩密集带综合变形模量研究461图1平硐203内蚀变岩密集带发育特征Fig.1Developmentcharacteristicsofintensivealterationrockzoneinadit203花岗闪长岩、弱黏土化蚀变岩及强黏土化蚀变岩的变形模量平均值分别为31.50GPa、11.10GPa、6.79GPa〇对不同的岩体配套试验数据进行拟合分析时，根据数据点在直角坐标系中的分布进行非线性回归，由样本点的散点图趋势，分别采用对数、乘幂和指数函数等对变形模量与单孔声波波速进行拟合，通过回归成果比较，最终选用回归结果最佳的指数函数（图2)。从图2中可以看出，花岗闪长岩单孔声波值与变形模量拟合方程为：E0=0.0622e00011^R2=⑴0.8069蚀变岩单孔声波值与变形模量拟合方程为：E0=：00526ea〇01^R2=⑵0.983坝址区综合岩体单孔声波'与变形模量^的回归方程为：E0=：0.045e00011^R2⑶：0.8546Table1表1ACZ02蚀变岩带工程地质特征Damengineeringgeologicalcharacteristicsofintensivealterationrockzone编号产状AR203-3N55°W/NZ60°〜65°AR203-4N60°W/NEZ65°AR203-5N20°〜25°W/NEZ70°〜75(AR203-6N60°W/NEZ70°AR203-7N55°W/SWZ70°AR203-8N70°W/SWZ75°AR20-9N40°W/NEZ75°〜80°AR203-10N65°W/SWZ70°AR203-11N60°W/NEZ80°〜85°AR203-12N60°W/NEZ80°〜85°AR203-13N60°W/NE