向家坝水电站坝基岩体钻孔剪切试验研究.pdf

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1、第9卷第3期中国水利水电科学研究院学报Vo1．9No．32011~z9HJournalofChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearchSeptember·2011文章编号：1672—3031(2011)03—0237—06向家坝水电站坝基岩体钻孔剪切试验研究赵宇飞’，王玉杰，曾祥喜，何传永(1．中国水利水电科学研究院岩土工程研究所，北京100048；2．中国水电顾问集团中南勘测设计研究院，湖南长沙410014)摘要：向家坝水电站是金沙江流域水利资源梯级开发的最后一级

2、水电站，坝基岩体抗剪强度参数对工程设计、施工等方面有重要意义。向家坝水电站坝基岩体地质条件复杂，并发育有多条软弱夹层，如何快速准确地对岩体抗剪强度参数进行评价至关重要。本文介绍了从美国引进的适用于中软岩一软岩体的新型岩体抗剪强度检测设备，利用工程前期地质勘探钻孑L进行岩体剪切试验，可以十分方便快捷地得到岩体抗剪强度参数，并且利用该设备得到的试验数据具有很高的线性相关关系。通过在向家坝水电站坝基岩体中进行的几组钻孑L剪切试验，详细介绍了使用该设备得到岩体抗剪强度参数的方法，验证了该设备的工程适用性。关键词：钻孑L剪切试验；向

3、家坝水电站；抗剪强度参数；最小二乘法中图分类号：TV32文献标识码：A1前言向家坝水电站是金沙江流域水利资源梯级开发的最后一级水电站。枢纽工程由混凝土重力坝、右岸地下厂房及左岸坝后厂房、通航建筑物和两岸灌溉取水口组成。坝顶长度897m，最大坝高161m，装机总容量为600万kw，多年平均发电量为301．3亿kw时，是我国目前在建的第三大水电站。枢纽的主体工程重力坝建在三迭系砂岩地层上，包括上统须家河组fT-4)、中统雷口坡组(T2)。其中在坝址区出露的基岩主要为三迭系上统须家河组(T)的砂岩夹泥质岩石，系河湖、沼泽相沉积的

4、砂岩、泥岩含煤地层。岩性岩相变化大，交错层理发育。作为坝址区工程地质的一个主要特征，立煤湾膝状挠曲从西北角的左岸立煤湾沟进入坝址区，延伸到坝址东南角，斜贯坝址，长度约2kin。这一挠曲构造导致重力坝坝基岩体破碎，软弱夹层发育，重力坝的深层抗滑稳定问题受到普遍关注。其中作为抗滑分析中抗力体的坝基岩体抗剪强度参数的合理确定对坝体稳定是非常重要的。美国爱荷华州立大学研制开发的岩石钻孑L剪切试验仪可在常规钻孔内实现不同深度上原位岩体的抗剪强度试验。该试验仪可用于测试软岩一中等硬度的岩石，对岩体完整性也没有特殊要求，可用于测试破碎岩

5、体和强风化岩体。在对坝基岩体进行细致深入的研究时将美国爱荷华州立大学开发研制的钻孔剪切仪引入了进来，并利用钻孔剪切仪在坝基岩体中JC2—5影响带内较软岩体钻孔中进行了现场试验，得到了较好的应用效果。2钻孔剪切仪及试验方法简介2．1钻孔剪切仪原理岩石钻孔剪切试验仪(RBsT)主要部件为由两块剪切板组成的剪切头和液压装置，由液压千斤顶提供动力，通过剪切板向钻孑L围岩施加正应力和剪应力。在岩体钻孑L中进行剪切试验，当没发生钻孔岩体剪切破坏时，可以得到法向和剪切表中的压力值，通过前期校准，液压表收稿日期：2011-03—23基金项

6、目：中国水利水电科学研究院青年专项(岩集1006)作者简介：赵宇飞(1979-)，男，山西陵川人，工程师，主要从事岩土工程稳定分析研究。E-mail：zhaoyf@iwhr．COB-——237·-——向家坝水电站坝基岩体钻孔剪切试验研究赵宇飞王玉杰曾祥喜何传永中的压力值可以转化为法向和剪切应力。名义上的法向应力等于扩张力除以一个剪切板的面积；名义上的剪应力等于测量到的剪切力除以两块剪切板的面积。保持剪切板上的正应力不变，增加剪应力直至钻孔岩壁破坏，此时的剪应力便是该正应力水平下的剪切强度。通过液压器使剪切头恢复到原来的位置

7、，然后拔出孔外。把剪切板上粘附的岩屑、碎石清理干净，再将剪切头放人钻孔中进行不同法向应力的剪切实验。实际试验中，剪切板弧度要与钻孔孔径相一致，目前应用较多的是适用于76mm直径钻孔的钻孔剪切设备。在不同正应力条件下测得相应岩体破坏时的剪应力，可根据由此得到的正应力与剪应力通过最小二乘回归分析得到抗剪强度曲线，获得试验段岩体的抗剪强度参数——内聚力和内摩擦角。在同一钻孔中的不同深度上进行试验，可获得该工程部位的不同深度上的岩体抗剪强度参数。钻孑L剪切设备结构见图1所示。齿状凸起液(a)钻孔剪切仪整体结构(b)剪切头细郡结构图

8、1钻孔剪切仪结构结构示意通过45。旋转剪切头的方式，可以在钻孔同一深度做4次不同法向应力的剪切实验。这4个点的试验数据可以绘制线性Mohr-Coulomb破坏包络线，若需确定岩石的非线性包线和各向异性参数，则需要更多的试验点，可以在原先试验点的深度上下50mm间距外进行钻孔剪切实验加以解决。2m以内深度