锦屏二级水电站引水隧洞围岩岩爆特性研究.pdf

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1、第32卷第4期长江科学院院报Vo1．32No．42015年4月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteApr．2015DOI：10．3969／j．issn．1001—5485．2015．04．014锦屏二级水电站引水隧洞围岩岩爆特性研究蒋昱州，王瑞红。汪斌。朱杰兵(1．长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，武汉430010；2．三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北宜昌443002)摘要：为了解锦屏二级水电站引水隧洞围岩岩爆特性，对该工程区典型岩爆岩样系统地开展了岩石力学特性试验研究。试验结果表明

2、：岩样较完整坚硬、抗压强度高，主要以脆性破坏形式为主；典型地层试样的岩爆倾向性指数平均值均大于2．0，当地处高应力区时，岩爆特征明显；岩样卸围压破坏过程中变形特征规律为初始卸载围压越大，岩石的扩容效应越显著，与常规三轴压缩试验相比，岩样卸荷破坏的峰后应力跌落时的轴向应变变化较小，初始围压越大脆性破坏特征越明显；CT扫描断面与图像重组手段分析表明，试样在卸荷试验过程中，首先经历压密阶段，然后进入扩容状态直至破坏，破坏后存在“密度回弹”现象。卸围压试验中，试样瞬间发生破坏，多数伴有破裂响声，多数产生“双剪”破坏；利用岩体基本质量指标来描述岩石坚硬程度和岩体完整程度，提

3、出了一种新的岩爆判据形式与分级标准，利用试验成果对提出的岩爆判据与分级进行了验证，结论与锦屏二级水电站辅助洞岩爆实际情况相符。关键词：锦屏二级水电站；隧洞围岩；岩爆；高应力；试验研究；CT扫描断面中图分类号：TU45文献标志码：A文章编号：1001—5485(2015)04—0071—06的理论与实际意义。以锦屏二级引水隧洞作为背景工程，通过对发1研究背景生岩爆现象的工程现场进行调研、对典型岩爆围岩我国西南部地区多为高山峡谷地带，地质条件进行取样、对样本开展系统的岩石力学试验等多种复杂，输水工程以及水利水电工程的引水隧洞、大型途径来研究岩爆孕育机制及力学特性；并在

4、此基础地下洞室群等结构在施工建设及运营过程中均会面上，探讨岩爆判据与分级方法，为水电工程深埋高地临着很多高应力条件下的深部岩石力学问题，其中应力隧道建设及运行安全提供技术支撑。尤为突出是岩爆问题，它直接威胁工作人员及设备仪器的安全，是目前深部地下工程中的世界性难题。2工程概况岩爆是地下工程开挖过程中，坚硬、脆性围岩在高地应力条件下，因开挖扰动导致围岩应力重分布和应锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木力集中，岩体内储存的弹性应变能突发性地急剧释里、盐源、冕宁3县交界处的雅砻江干流锦屏大河湾放而产生的爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一上，系雅砻江卡拉至江口河段5

5、级开发的第2座梯种动力失稳、破坏性的地质灾害¨I4J。岩爆研究可级电站。水电站利用雅砻江150km锦屏大河湾的以追溯到18世纪上半叶。迄今为止，虽然诸多科研天然落差，采取截弯取直的方式开挖隧洞来进行引成果己经问世，但岩爆仍是世界性难题，目前关于它水发电。隧洞围岩岩石主要为三叠系中、上统的大的研究还多停留在假说和经验阶段。现有研究工作理岩、灰岩、结晶灰岩及砂岩和板岩，且以碳酸盐类从内容和目的上，可以归纳为4个主要方面，即岩爆岩石为主。水电站引水系统采用4洞8机布置形发生机理研究、岩爆倾向性预测研究、岩爆监测预报式，从进水口至上游调压室的平均洞线长度约为技术研究和岩爆

6、防控技术的研究J。因此，加强16．67km，中心距60in，洞主轴线方位角为N58。W。对高应力条件下地下工程岩爆现象的研究，对于防引水隧洞立面为缓坡布置，底坡3．65％c，由进口底板灾减灾、推动我国深部地下工程技术发展具有重要高程1618．O0m降至高程1564．70ITI与上游调压室收稿日期：2013—11—29：修回日期：2014一O1—24基金项目：国家自然科学基金项目(51109014，51109120，41272350)；国家重点基础研究发展计~J(973)项目(2011CB710603)作者简介：蒋昱州(1982一)，男，广西全州人，高级工程师，博士

7、，主要从事岩石力学与工程方面的研究工作，(电话)027—82829737(电子信箱)jiangyuzhou5586@163．corn。72长江科学院院报相接。引水隧洞洞群沿线上覆岩体一般埋深1500—2000m，最大埋深约为2525m，具有埋深—一：大、洞线长、洞径大的特点，为世界上规模最大的水工隧洞工程。根据长勘探平洞和辅助洞地应力和地下水压试验资料，实测最大地应力值42～46MPa，预计最大埋深处地应力达70MPa级，最小主应力，_26MPa，最大外水压力10．2MPa。由于锦屏二级电I．-。liI．‘．．二．站引水隧洞岩体赋存环境与浅埋隧洞和地面工程相图1岩

8、石单轴抗压