石英云母片岩物理力学性质特征和研究

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1、石英云母片岩物理力学性质特征和研究　　【摘要】通过石英云母片岩的相关岩体试验，明确岩体实际定名，根据岩体室内力学性试验、现场岩体变形试验、三轴流变试验、耐崩解性试验以及膨胀性试验等，对石英云母片岩的物理力学性指标有了比较明确的认识，为该部位工程设计提供了确切依据。【关键词】丹巴水电站软岩云母石英片岩试验中图分类号：P435文献标识码：A文章编号：1、工程概况丹巴水电站位于四川省丹巴县境内的大渡河干流金川~丹巴河段，是干流水电规划22个梯级的第8个梯级水电站，工程采用混合式开发。电站正常蓄水位1996m、死水位1991m，装机容量1160MW，安装4

2、台混流式水轮发电机组，单机容量290MW。引水建筑物布置在大渡河左岸山体中，采用两洞四机方式布置，由进水口，引水隧洞、上游调压室和压力管道组成，全长约16710m。引水隧洞埋深较大，其中软岩洞段最大埋深达1200m，开挖后可能出现较严重的大变形、破坏现象，遇水也易发生软化现象，因此，丹巴水电站引水隧洞软岩成洞问题突出，为枢纽开发的关键地质问题。6目前国内外对深埋、长大洞径软岩洞室研究较少，对石英云母片岩的破坏机理、变形特性、松弛特性、流变特性、成洞特性以及支护措施等，都匮乏可供借鉴的系统研究成果。为了准确把握石英云母片岩的工程特性，明确其对工程的不

3、利影响，并找到合适的预防处置措施，需要对石英云母片岩展开专题研究。2、石英云母片岩的研究手段和试验成果为了准确把握深埋石英云母片岩软岩的工程地质特性、了解其矿物组成、物理力学性质、水理性质以及作为洞室围岩的变形机理，通过一系列现场、室内岩石（体）物理力学性质试验、测试进行专门的研究。（1）磨片试验及软岩定义针对引水隧洞石英云母片岩大范围的分布，为了解其矿物组成特征和实际准确定名，对其取样进行了多组磨片试验；根据试验成果，把片状矿物（云母）含量大于30%，粒状矿物（石英）含量小于65%的岩石定名为石英云母片岩。根据《水力发电工程地质勘察规范》（GB5

4、0287-2006），按照岩石的单轴饱和抗压强度（Rb）来区分坚硬岩、中硬岩、较软岩、软岩和极软岩的：丹巴水电站引水线路区的石英云母片岩单轴饱和抗压强度一般为10～25MPa，按照《水力发电工程地质勘察规范》（GB50287-2006）标准，其应划分为软岩~较软岩范畴。（2）室内岩石物理力学性试验6取弱风化、微～新石英云母片岩进行了大量的室内岩石物理力学性试验，并考虑石英云母片岩片理（层理）发育，根据不同的片理方向进行不同的受力加载试验，主要试验成果见下表。室内岩石物理力学试验主要成果统计表根据试验成果，弱风化石英云母片岩干密度为2.77～2.85

5、g/cm3，当受力方向与片理斜交时，其平均饱和抗压强度为13.68MPa；微风化～新鲜的石英云母片岩干密度为2.67～2.95g/cm3，当受力方向与片理斜交、与片理垂直和与片理平行时，平均饱和抗压强度一般分别为16.75MPa、25.63MPa和13.02MPa，属软岩～较软岩；并表现出其各向异性较明显。（3）现场岩体变形试验在引水线路尾部的探洞内，选择在不同洞段内进行了多组现场岩体变形试验。据岩体现场变形试验成果得知，微风化石英云母片岩的变形模量相对较小，一般为3.42~7.11GPa。新鲜石英云母片岩变形模量试验最佳值为16.86GPa。岩体

6、现场变形试验成果统计表（4）三轴流变试验6通过直接揭示的石英云母片岩，进行现场岩体原位大型高应力真三轴试验、真三轴流变试验，深化对软岩水理性质、软岩流变特性等的研究和认识。根据试验成果，三轴流变试验所得长期三轴流变强度参数中内摩擦系数f∞为0.67（Φ∞=33.8°），长期粘聚力c∞为5.25MPa。结果表明，斜交层理加载方向的长期三轴流变强度参数内摩擦角要比瞬时三轴内摩角衰减3.70％，粘聚力要衰减23.2％。分析表明由于岩石在三轴受荷下的长期蠕变使得粘聚力和内摩角均有所衰减，且长期蠕变效应对粘聚力的劣化影响更为明显。新鲜石英云母片岩长期强度要低

7、于瞬时强度，而且存在较明显的流变特征。石英云母片岩三轴流变强度参数回归成果表（5）膨胀性试验在试验洞内共取石英云母片岩膨胀性试验4套，每套膨胀性试验中包括自由（轴向、径向）膨胀率、有侧限轴向膨胀率、膨胀力，每单项以2块试件为一组。4组石英云母片岩膨胀性试验成果值为：自由膨胀的轴向膨胀率范围在0.005%～0.011%间，均值为0.007%；自由膨胀的径向膨胀率范围在0.002%～0.006%间，均值为0.004%；侧向约束轴向膨胀率范围在0.006%～0.047%间，均值为0.022%6；膨胀力在8.515～9.735kPa间，均值为9.125kP

8、a。由膨胀性试验结果可知，新鲜石英云母片岩的表现出及其微弱的膨胀性，其自由膨胀率和侧向约束轴向膨胀率均较低，膨胀力也很小仅