基于地质强度指标法的柱状节理玄武岩体力学强度估计.pdf

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1、第l5卷第4期地质力学学报VoJ．15No．42009年12月JOURNALOFGEOMECHANICSDec．2009文章编号：1006．6616(2009)04．0330．06基于地质强度指标法的柱状节理玄武岩体力学强度估计郑文棠，汪华安，葛军辉(1．广东省电力设计研究院，广东广州510663；2．清华大学土木水利学院，北京100084)摘要：节理岩体的强度是岩体工程设计的重要参数，柱状节理岩体作为一种具有柱状镶嵌结构的特殊节理岩体，缺乏相似的工程案例，其岩体强度的确定是目前水电工程中的热点问题。本文综述了国内外相似工程中柱状节理岩体强度的研究进展，以白鹤滩水电工程为例，结合Hoek和Br

2、own最新提出的地质强度指标法和强度准则估算了不同爆破损伤下的柱状镶嵌块状结构和柱状镶嵌碎裂结构柱状节理岩体的强度参数，并得到白鹤滩水电站的原位试验成果的验证，计算表明基于地质强度指标法的Hoek和Brown强度准则能较好的反映柱状节理岩体的强度参数。关键词：柱状节理；岩体强度；地质强度指标法；Hock．Brown强度准则中图分类号：P55文献标识码：A0引言节理岩体的强度是岩体工程设计的重要参数，柱状节理岩体作为一种具有柱状镶嵌结构的特殊节理岩体，普遍发育于玄武岩中，构成著名地质景观，如图1所示，近年来逐渐作为水电工程的坝基岩体，由于柱状节理在岩体中高密度发育，对岩体强度的影响是工程中重点关

3、注的问题。以往一般采用试验和理论的方法获取节理岩体的强度参数，虽然原位试验是研究岩体强度的最直接方法，但对柱状节理岩体而言，匮乏相似的工程案例，原位试验也不易进行，而从现有的理论强度准则去揭示复杂节理岩体的强度特性，或太多简化，或公式复杂难以应用。因此，如何利用现有地质信息及小型标准试样的室内试验资料，对柱状节理岩体的宏观强度做出方便可靠的预测变得尤为重要。自上世纪八十年代以来，Hoek和Brown发展了一种评价岩体强度参数的新方法——地质强度指标(GeologicalStrengthIndex，简称GSI)，见Hoek和Brown(1980⋯和1988)，Hoek等(2002)，H0ek和D

4、iederichs(2006)，H0ek和Marinos(2007)。广义Hoek．Brown经验准则认为：岩体质量的评定和岩体抗剪强度参数的确定是可以区分开的，通过工程地质人员用定量指标合理地描述岩体的岩性、结构和不连续面条件等因素，评价各种地质条件对岩体收稿日期：2009．09．16作者简介：郑文棠(1981．)，男，博士，2003年毕业于河海大学地质工程系，现为清华大学和广东省电力设计研究院联合培养的博士后，从事核电工程地质力学方面的研究工作。E-mail：haitang@mail．tsinghua．edu．(31第4期郑文棠等：基于地质强度指标法的柱状节理玄武岩体力学强度估计33l(a

5、]爱尔兰巨人台阶Co)美国魔鬼柱(c)冰岛柱体瀑布(d)白鹤滩柱状节理图1世界著名柱状节理玄武岩和白鹤滩水电站柱状节理Fig．1ColumnarJointedBasalticMassatBaihetan强度削弱程度，对岩体质量进行量化评分和分级，然后利用岩体质量指标值与岩体变形模量之间的经验关系来合理地描述岩体的强度参数。从现有的文献上看，国外在建筑工程、环境工程及核工程中已经成功地应用GSI法评估了柱状节理岩体的工程力学特性。Justo(2006)采用GSI法评价了TenerifeIsland的一座高达40层楼房的节理玄武岩地基的变形参数及强度参数。Schuhz(1995)采用GSI法合理估

6、计了美国汉佛柱状节理岩体核废料储存工程(Basaltwasteisolationproject，简称BWIP)的柱状节理岩体的强度参数，但应用在国内水利工程柱状节理岩体强度评价中则较为少见。本文以白鹤滩水电工程为例，结合最新的GSI法和Hoek．Brown强度准则对柱状节理岩体强度进行估算。2白鹤滩水电站柱状节理岩体特征自鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，上接乌东德梯级，下邻溪洛渡梯级，距离溪洛渡水电站195km，坝型为混凝土双曲拱坝，坝高289m，装机容量13050MW，多年平均发电量584．84亿kW·h，保证出力4335MW。是我国继三峡、溪洛渡之后开展前期工作的又

7、一座千万千瓦级以上的水电站。白鹤滩水电站坝址区基岩以块状玄武岩为主，地质构造相对简单，具备修建高拱坝的地形地质条件。然而坝址区柱状节理发育，岩心破碎，RQD值普遍较低，完整性较差，其强度指标相对较低，尤其坝址区峨眉山玄武岩第三层中部柱状节理密集发育，柱体呈细长状，柱面形状以五边形及四边形居多，长度一般2—3m，直径0．13—0．25m，柱体平均倾角为15～25o，节理线密度在l3条／m以上，对拟建