青龍水電站引水隧洞蝕變花崗斑巖物理力學(xué)特性研究

胡 帥，江國勇

（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610072）

青龍水電站引水隧洞蝕變花崗斑巖物理力學(xué)特性研究

胡 帥，江國勇

（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610072）

青龍水電站引水隧洞后半段二迭系灰?guī)r地層中有脈狀產(chǎn)出的花崗斑巖，其新鮮巖石強度較高，屬硬質(zhì)巖，但由于巖體裂隙發(fā)育，沿結(jié)構(gòu)面巖體蝕變強烈，局部深埋（垂直埋深300～400 m）節(jié)理密集段出現(xiàn)囊狀風(fēng)化現(xiàn)象，巖體強度降低，對隧洞圍巖穩(wěn)定帶來較不利影響。本文通過對工程區(qū)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境、花崗斑巖的建造特征、巖體的構(gòu)造改造研究，分析了花崗斑巖的蝕變機理；通過對花崗斑巖巖樣試驗等手段，研究了花崗斑巖巖體的物理力學(xué)特性。研究表明：巖體蝕變越強，其物理性質(zhì)相對越低；蝕變后巖體強度顯著降低；發(fā)生蝕變的花崗斑巖結(jié)構(gòu)面的抗剪力學(xué)參數(shù)較低，與水電規(guī)范中巖屑夾泥型結(jié)構(gòu)面參數(shù)取值相當(dāng)。

花崗斑巖；蝕變；蝕變機理；物理力學(xué)特性

0 前 言

青龍水電站位于四川省阿壩州九寨溝縣境內(nèi)，其引水隧洞位于白水江左岸，全長13.9 km，水平埋深一般300～500 m，垂直埋深300～700 m，隧洞穿越區(qū)山體雄厚，地形陡峻較完整，區(qū)內(nèi)地層為二疊系下統(tǒng)黑河組濱、淺海相沉積的淺變質(zhì)碎屑巖和碳酸鹽，夾脈狀花崗斑巖。

根據(jù)開挖揭示，隧洞7＋400～12＋490 m段圍巖巖性以花崗斑巖為主，部分為極薄層灰?guī)r，少量中厚層灰?guī)r。在深埋情況下，花崗斑巖侵入體仍表現(xiàn)出風(fēng)化和蝕變現(xiàn)象，在節(jié)理密度較小區(qū)域，蝕變主要沿巖體結(jié)構(gòu)面蝕變，表現(xiàn)為沿結(jié)構(gòu)面呈0.1～2 cm不等厚度顏色漸深的蝕變帶；在節(jié)理密度較大區(qū)域，花崗斑巖往往沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生強烈蝕變，表現(xiàn)為沿結(jié)構(gòu)面巖體蝕變成巖塊、巖屑，局部因受斷層或擠壓帶影響，則蝕變?yōu)閹r屑巖粉；而花崗斑巖的風(fēng)化主要是沿著結(jié)構(gòu)面呈囊狀風(fēng)化和塊狀風(fēng)化。

在隧洞開挖過程中，沿蝕變結(jié)構(gòu)面易發(fā)生塌落掉塊；在巖體較破碎、結(jié)構(gòu)強烈蝕變地段若開挖方式不當(dāng)或支護不及時易造成隧洞塌方，若支護措施不當(dāng)易產(chǎn)生洞室圍巖變形。工程建設(shè)過程中，由于對花崗斑巖蝕變影響圍巖穩(wěn)定的認(rèn)識不足等原因，施工過程中隧洞多處塌方，支護后圍巖變形較大，對工程產(chǎn)生較不利的影響。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 大地構(gòu)造位置

工程區(qū)地處阿爾卑斯-喜馬拉雅構(gòu)造體系域（簡稱特提斯構(gòu)造域）、太平洋構(gòu)造體系域和中新生代環(huán)西伯利亞構(gòu)造體系域等三大構(gòu)造體系域的中心聚合地帶，位于昆侖-祁連-秦嶺-大別東西構(gòu)造帶中段，為秦嶺造山帶西延段（見圖1），地質(zhì)構(gòu)造直接受其控制，在時間上表現(xiàn)為地質(zhì)構(gòu)造演化的多期次性，在空間上表現(xiàn)為地質(zhì)構(gòu)造活動的復(fù)雜性。

1.2 區(qū)域構(gòu)造格局

工程區(qū)在區(qū)域上位于昆侖-秦嶺緯向構(gòu)造帶的西延段，由于受康藏歹字型巨型構(gòu)造體系和龍門山構(gòu)造帶的影響和控制，構(gòu)造十分復(fù)雜，區(qū)內(nèi)涉及三個構(gòu)造區(qū)，即武都弧形構(gòu)造、文縣弧形構(gòu)造和岷江南北向構(gòu)造帶。

秦嶺造山帶是經(jīng)歷長期演化由多期不同構(gòu)造運動疊加復(fù)合而形成，包容著不同時代、不同性質(zhì)與類型的造山作用所造成的巖石地層單元與結(jié)構(gòu)構(gòu)造，形成極其復(fù)雜的物質(zhì)組成與空間復(fù)合構(gòu)造形態(tài)。西秦嶺南緣勉略構(gòu)造帶現(xiàn)今地表構(gòu)造可概括為：總體呈近東西—北西西向展布，以自北而南多層次疊瓦狀復(fù)合逆沖推覆構(gòu)造為骨架的向南突出的巨型弧形復(fù)合斷裂構(gòu)造帶（見圖2）。

1.3 區(qū)域構(gòu)造演化

秦嶺造山帶是經(jīng)歷長期多次不同造山作用而形成的復(fù)合型大陸造山帶，在中國大陸的形成與演化中占有重要地位。地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)等多學(xué)科綜合研究表明，其形成與演化主要經(jīng)歷了3個不同構(gòu)造演化階段：

（1）晚太古代-古元古代（Ar-Pt1）造山帶前寒武紀(jì)基底的形成演化（3.0～1.6 Ga）；

圖1 工程區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置

圖2 西秦嶺勉略構(gòu)造帶及臨區(qū)區(qū)域構(gòu)造略圖

（2）新元古代至中三疊世（Pt3-T2），以現(xiàn)代板塊構(gòu)造體制為基本特征的板塊構(gòu)造演化（0.8～0.2 Ga）；

（3）中新生代陸內(nèi)造山作用與構(gòu)造演化。

前寒武紀(jì)二類基底形成階段（Ar-Pt1）實際包括早前寒武紀(jì)結(jié)晶基底（Ar-Pt1）形成和中新元古代（Pt2-3）過渡性基底形成兩個階段。

新元古代-古生代-中生代初（Pt3-T2）以現(xiàn)代板塊構(gòu)造體制為基本特征的大陸板塊構(gòu)造俯沖碰撞主造演化階段，是決定秦嶺現(xiàn)今各主要板塊與陸殼塊體間基本配置與定位關(guān)系和奠定秦嶺現(xiàn)今基本構(gòu)造格架的主造山作用演化階段。其中包括了ZO2板塊擴張期，O2-D3收斂俯沖期，D3-T2碰撞期，其中又劃分出以商丹主縫合帶為標(biāo)志的D3-C2點接觸碰撞、C3-P的面接觸碰撞和P2-T2的陸-陸全面碰撞等碰撞造山的細(xì)節(jié)過程。以勉略主縫合帶為標(biāo)志的D-P1的洋盆打開擴張期，P2-T2的俯沖期和T2-3的碰撞期。該階段正是東原特提斯和古特提斯發(fā)生、發(fā)展與關(guān)閉，是中國大陸完成其主體拼合的重要演化階段。

在秦嶺板塊碰撞造山之后，中新生代的秦嶺并未平靜下來，而是又發(fā)生了不亞于主造山作用的陸內(nèi)造山作用，最終形成現(xiàn)今秦嶺構(gòu)造面貌與山脈。包括了主造山期后的伸展塌陷構(gòu)造（T3-J1），燕山中晚期的陸內(nèi)造山的逆沖推覆和花崗巖漿活動（JK1），燕山晚期至喜馬拉雅期的擠壓與伸展構(gòu)造共存的急劇隆升成山演化（K2-R）。

顯然，秦嶺造山帶是在先期早前寒武紀(jì)地質(zhì)演化基礎(chǔ)上，自中新元古代以來，經(jīng)歷長期多階段構(gòu)造演化，并突出在不同發(fā)展演化階段先后以伸展裂谷與小洋盆多塊體擴張構(gòu)造、并非一開闊大洋型的多板塊有限洋盆或窄大洋的中小洋陸板塊構(gòu)造和陸內(nèi)（板內(nèi)）大陸構(gòu)造的不同構(gòu)造體制發(fā)展演化，最終形成獨具特色的今日之秦嶺。

尚瑞均等所著《秦巴花崗巖》將秦巴花崗巖分為九期，工程區(qū)所在西秦嶺南區(qū)，屬于印支期花崗巖期。區(qū)內(nèi)花崗斑巖成生時代為中生代三疊紀(jì)晚世（T3）晚印支運動時期，成生時間約為205-230 Ma。

2 花崗斑巖分布規(guī)律及蝕變機理

2.1 花崗斑巖侵入體發(fā)育分布規(guī)律

通過引水隧洞開挖跟蹤調(diào)查探究花崗斑巖侵入體發(fā)育分布規(guī)律。斑巖呈NWW向條帶狀分布，總體呈脈狀產(chǎn)出，以層間侵入為主，局部切層見圖3、4。

引水隧洞在開挖過程中，在3號支洞～5號支洞及主洞開挖均遇到花崗斑巖，其產(chǎn)出特征以層間侵入為主（見圖5），局部切層產(chǎn)出見圖6。

圖3 1 245±15 m平切圖花崗斑巖順層產(chǎn)出

圖4 1 245±15m平切圖花崗斑巖局部切層

圖5 洞內(nèi)花崗斑巖的順層出露

圖6 洞內(nèi)花崗斑巖的切層出露

2.2 花崗斑巖巖體結(jié)構(gòu)

工程區(qū)花崗斑巖巖體主要結(jié)構(gòu)面為節(jié)理裂隙面，根據(jù)跟蹤調(diào)查統(tǒng)計資料得出花崗斑巖中主要發(fā)育四組節(jié)理面：①N50°～65°W／SW∠50°～75°，延伸長為1～3 m。間距為0.5～1 m，裂隙面較平直，沿裂隙蝕變強烈，多數(shù)張開裂隙充填蝕變物，少數(shù)裂隙被石英充填膠結(jié)；②N60°～75°E／SE∠60°～80°，延伸長一般為1～1.5 m。間距為0.3～0.7m。該組節(jié)理發(fā)育相對密集但延伸較短，節(jié)理面較平直；③N40°～60°E／SE∠55°～65°，延伸長一般為1～2 m，間距大于2 m，該組節(jié)理延伸較長發(fā)育不密集，節(jié)理面較起伏，裂隙微張；④EW／N∠40°～55°，延伸長一般為0.5～1 m，間距為0.2～0.6 m，該組節(jié)理延伸較長但初露較少，結(jié)構(gòu)面粗糙有起伏，裂隙微張。

其中，①組陡傾角結(jié)構(gòu)面與圍巖產(chǎn)狀相近，發(fā)育最早且最為發(fā)育；②組節(jié)理切割①組又受①組控制（見圖7），次發(fā)育；③、④組節(jié)理在前兩組節(jié)理之后產(chǎn)生，發(fā)育較弱。

圖7 四組節(jié)理空間組合

節(jié)理面裂隙密集地段出現(xiàn)囊狀風(fēng)化現(xiàn)象（見圖8），在結(jié)構(gòu)面交匯處巖體破碎地段巖體蝕變強烈，特別在有滲滴水的節(jié)理裂隙處巖體銹染嚴(yán)重蝕變更加強烈（見圖9）。

圍巖受結(jié)構(gòu)面、地下水、地應(yīng)力等綜合因素的影響，巖體強度破碎狀況不一，3號支洞～5號支洞初露的花崗斑巖巖體結(jié)構(gòu)呈次塊體～碎裂結(jié)構(gòu)，以鑲嵌～碎裂結(jié)構(gòu)（見圖10～12）為主，局部地段圍巖為次塊體結(jié)構(gòu)（見圖13）。

圖8 囊狀風(fēng)化

圖9 結(jié)構(gòu)面附近銹染嚴(yán)重

圖10 花崗斑巖碎裂結(jié)構(gòu)

圖11 花崗斑巖鑲嵌結(jié)構(gòu)

圖12 花崗斑巖鑲嵌～碎裂結(jié)構(gòu)

圖13 花崗斑巖次塊體結(jié)構(gòu)

2.3 花崗斑巖的礦物組成及其結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

野外調(diào)研及薄片鑒定發(fā)現(xiàn)，花崗斑巖的礦物組成及其結(jié)構(gòu)、構(gòu)造有如下特征：

花崗斑巖的主要礦物成分為斜長石（含量約占45%～50%）和石英（含量約占25%～35%），次要礦物為黑云母（含量約占5%～15%）。由于蝕變作用，巖石中還包含絹云母、綠泥石、綠簾石、黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦等礦物，局部含碳酸鹽交代。

花崗斑巖具有塊狀構(gòu)造，變余斑狀結(jié)構(gòu)和斑狀結(jié)構(gòu)。基質(zhì)具有細(xì)粒狀結(jié)構(gòu)，總體呈不規(guī)則的細(xì)粒狀長石和石英組成不規(guī)則交錯結(jié)合的粒狀集合體，并含少量細(xì)粒絹云母（見圖14）。基質(zhì)中的長石細(xì)粒較自形，并常見不太清晰的雙晶紋和輕微泥化，而基質(zhì)的石英細(xì)粒以潔凈透明為主。

圖14 顯微鏡下花崗斑巖薄片鑒定

花崗斑巖的斑晶總含量約在20%～30%間，主要由斜長石、石英及少量云母組成（見圖15）。斜長石斑晶含量約占20%～25%，呈中細(xì)粒自形板狀且局部形狀較不規(guī)則，呈無序散布，單偏光下呈無色透明且表面局部渾濁，顯微鏡下具一級灰干涉色，呈半自形長條狀結(jié)構(gòu)，正交偏光下多呈聚片雙晶。部分斜長石斑晶被基質(zhì)熔蝕或被基質(zhì)（常見含細(xì)粒石英）充填，分布無規(guī)律，局部由無序分布的少許長石組成不規(guī)則聚斑。

石英斑晶含量約占3%，呈中細(xì)粒自形或不規(guī)則粒狀無序分布。斑晶無解理但有裂紋，邊緣具不規(guī)則增生邊，含少許細(xì)粒氣液狀包體。單偏光下呈無色透明，顯微鏡下具一級灰至黃白色干涉色，呈他形粒狀結(jié)構(gòu)，正交偏光下波狀消光。

黑云母斑晶含量較少，呈細(xì)粒、細(xì)長片狀或板狀無序散布，無解理或見一組較發(fā)育的波狀解理，解理常被細(xì)粒鐵質(zhì)包體充填。單偏光下呈綠色或褐色，顯微鏡下具較鮮明的二級干涉色，呈半自形葉片狀結(jié)構(gòu)，正交偏光下呈淺綠、褐綠、褐紅、黃綠，藍等多種干涉色。

基質(zhì)蝕變較強烈，以細(xì)小鱗片狀絹云母化為主，無序充填于石英及長石細(xì)粒間，局部穿切交代石英及長石，并常伴有少許細(xì)粒土狀榍石和細(xì)粒碳酸鹽共生，偶見不規(guī)則狀細(xì)粒鈦鐵礦呈無序散布。榍石呈灰色渾濁，具高級白干涉色；碳酸鹽分布不均，主要由細(xì)粒白云石和少量方解石組成，兩者常共生，染色法測試都呈紅色斑點（見圖16）；鈦鐵礦的形狀不規(guī)則，切片黑色不透明，反射光下具灰白色土狀光澤。

圖15 Q4X-178（4號支洞上游掌子面）

圖16 Q5X-12-1（5號支洞上游掌子面）染色測試

花崗斑巖的斑晶蝕變極強烈，主要表現(xiàn)為斜長石斑晶的絹云母化，局部偶見細(xì)粒不規(guī)則斑點狀榍石共生或被細(xì)粒碳酸鹽交代，雙晶均不明顯，據(jù)雙晶法測定，以An小于27號更長石組成。石英斑晶粒間常被絹云母充填或被碳酸鹽交代，局部保留較新鮮的潔凈透明石英，其仍較潔凈透明，干涉色灰白色，具較強烈的波狀消光。黑云母斑晶都已褪色形成淺色云母，顯微鏡鏡下其特征與白云母相似，無色透明具較鮮明的二級干涉色。黑云母斑晶常被碳酸鹽交代。

花崗斑巖的碳酸鹽化也較發(fā)育，分布主要呈不規(guī)則細(xì)粒狀交代或蝕變黑云母，局部呈微脈狀沿裂隙分布，據(jù)染色法測試由方解石組成，局部含少許細(xì)粒黃鐵礦共生，后者以自形粒狀為主。

2.4 花崗斑巖的蝕變機理分析

根據(jù)蝕變花崗斑巖的礦物、化學(xué)成分特征、結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征，巖體結(jié)構(gòu)分析等，分析了花崗斑巖的蝕變機理。

花崗斑巖結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征顯示，其與圍巖厚層狀灰?guī)r的結(jié)構(gòu)面組合特征無明顯的差異，表明花崗斑巖與二疊系圍巖的構(gòu)造改造歷史相似，即花崗斑巖是在本區(qū)二疊系地層褶皺前或初期的構(gòu)造活動形成。

巖石蝕變的宏觀特征顯示，呈現(xiàn)出明顯的沿結(jié)構(gòu)面的條帶狀“褪色帶”；巖石的蝕變程度與結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度相關(guān)，結(jié)構(gòu)面發(fā)育密集、結(jié)構(gòu)破碎的巖體及結(jié)構(gòu)面相交處蝕變強烈，局部甚至呈“團塊狀”蝕變。表明巖石的蝕變與構(gòu)造活動相關(guān)，嚴(yán)格受構(gòu)造活動的控制。

巖石薄片及X射線粉晶衍射分析顯示，從“裂隙褪色蝕變帶”至裂隙間的泥化物及“團塊狀泥化花崗斑巖”，高嶺土含量明顯增加，絹云母、綠泥石含量也明顯增大，且出現(xiàn)了方解石化。表明高嶺土化主要沿構(gòu)造裂隙發(fā)生，并且沿構(gòu)造裂隙還發(fā)生了絹云母化、綠泥石化、方解石化。

根據(jù)上述分析，可初步總結(jié)出花崗斑巖有如下的蝕變機理：

印支期強烈的地殼活動為巖漿侵位創(chuàng)造了有力條件。富Al、Si的酸性巖漿沿斷裂上升運移，并主要沿下二疊統(tǒng)黑河組厚層狀灰?guī)r及薄板狀灰?guī)r層面（局部切層）侵入，逐漸冷卻形成花崗斑巖。

花崗斑巖及其圍巖在印支后期及燕山期構(gòu)造活動過程，在NE-SW向擠壓應(yīng)力作用下，由于花崗斑巖與周邊灰?guī)r存在巖石能干性差異，在花崗斑巖中節(jié)理裂隙發(fā)育。后期熱液沿裂隙與花崗斑巖發(fā)生熱液交代作用，尤其在裂隙密集，巖體破碎的部位，中-低溫蝕變強烈，花崗斑巖巖體發(fā)生非整體性蝕變。主要表現(xiàn)為絹云母化、粘土化（高嶺土化）、綠泥石化、綠簾石化、碳酸鹽化等，鏡下特征表現(xiàn)為石英港灣狀結(jié)構(gòu)、綠簾石的出現(xiàn)等。

3 蝕變對巖體物理力學(xué)性質(zhì)影響

在工程區(qū)中揭露出了大量蝕變的花崗斑巖，且這些花崗斑巖都沿著結(jié)構(gòu)面發(fā)生了不同程度的蝕變。花崗斑巖的蝕變強度與結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度具有明顯的相關(guān)性，在結(jié)構(gòu)面發(fā)育區(qū)，花崗斑巖蝕變較強，且局部有泥化現(xiàn)象出現(xiàn)（見圖17），結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度較低部位，巖石的蝕變程度也相對較弱。花崗斑巖蝕變后結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的變化，對開挖隧洞圍巖穩(wěn)定性構(gòu)成影響的確定，成為了花崗斑巖區(qū)研究的重點。因此，查明這些蝕變花崗斑巖的物理力學(xué)性質(zhì)，客觀地評價蝕變花崗斑巖對圍巖穩(wěn)定性的影響就顯得尤其的重要。為此我們對工程區(qū)產(chǎn)出的蝕變花崗斑巖的物理力學(xué)性質(zhì)進行了專門的研究。

圖17 （隧）11＋855 m處不同蝕變程度花崗斑巖

3.1 蝕變花崗斑巖物理指標(biāo)實驗成果分析

在現(xiàn)場分別于樁號（隧）7＋665 m和（隧）11＋855m處采集了6組48個不同蝕變程度的花崗斑巖試樣，并于現(xiàn)場將這些試樣密封好帶回試驗室，采用蠟封法、比重瓶法等試驗分別對巖樣的密度、比重等進行了測試，試驗成果見表1。

在4號試樣中，試樣4號-2的干密度為2.02 g／cm3較其他兩組分別小約9.4%和5.0%，顆粒密度相當(dāng)為2.56 g／cm3，吸水率為0.55%較其他兩組約大60%，飽和吸水率為0.66%分別較其他兩組大54.5%和42.4%，試樣4號-2的蝕變程度大于其他兩組。

在5號試樣中，試樣5號-2的干密度為2.14 g／cm3較其他兩組分別小約0.09%和3.2%，顆粒密度為2.55 g／cm3分別小約0.3%和2.0%，吸水率為0.50%較其他兩組分別大約16%和24%，飽和吸水率為0.64%較其他兩組分別大約17.2%和20.3%，從圖17中可以看出，試樣5號-2的蝕變程度較其他兩組試樣都大。

因此，蝕變花崗斑巖的物理性質(zhì)受到蝕變程度的影響，即蝕變程度越大，其物理性質(zhì)相對越低。

表1 蝕變花崗斑巖試樣物理指標(biāo)實驗成果

3.2 蝕變花崗斑巖點荷載試驗

室內(nèi)蝕變花崗斑巖的抗壓強度和抗拉強度主要是通過點荷載試驗計算求得。在現(xiàn)場，以樁號（隧）7＋665 m處和樁號（隧）11＋885 m處出露的花崗斑巖做為采集點，分別采集了用于點荷載試驗的6組共35個試樣。

4號支洞上游（隧）7＋665 m處和5號支洞下游（隧）11＋885 m處的弱蝕變花崗斑巖都有較高的單軸抗壓強度，其范圍值分別為72.15～150.59 MPa和94.30～136.81 MPa，屬于堅硬巖；4號支洞上游弱蝕變花崗斑巖的抗拉強度值的變化范圍較大，為7.76～16.19 MPa，5號支洞下游弱蝕變花崗斑巖的抗拉強度值較穩(wěn)定，平均值約為13 MPa。

根據(jù)試驗結(jié)果：試樣4-3組為微蝕變花崗斑巖，其抗壓強度和抗拉強度分別為146.09 MPa和15.71MPa；試樣4-2組為弱蝕變花崗斑巖，其抗壓強度和抗拉強度分別為72.15 MPa和7.76 MPa，約為試樣4-3組抗壓強度和抗拉強度的0.5倍。弱蝕變花崗斑巖試樣5-1組的抗壓強度和抗拉強度分別為94.30 MPa和10.14 MPa；微蝕變花崗斑巖試樣5-2組的抗壓強度和抗拉強度分別為131.81 MPa和14.17 MPa，約為弱蝕變試樣5-1組抗壓強度和抗拉強度的1.4倍，4-2-4、5-1-4的蝕變明顯的較4-3-6、5-2-2強。由此可以看出，花崗斑巖的蝕變，明顯的降低了花崗斑巖的抗壓強度和抗拉強度。

中等蝕變花崗斑巖巖體強度已經(jīng)明顯降低，錘擊聲不清脆，無回彈，較易擊碎，點荷載壓力表不能及時讀數(shù)，基本不具備試驗條件，估計單軸抗壓（拉）強度1～2 MPa。

強蝕變及風(fēng)化花崗斑巖巖體強度很低，野外取樣不能保證其完整性，手捏即破碎，不具備試驗條件，估計單軸抗壓（拉）強度0～0.5 MPa。

3.3 蝕變花崗斑巖攜剪試驗

花崗斑巖的蝕變主要沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生，結(jié)構(gòu)面抗剪力學(xué)參數(shù)C、φ值是工程地質(zhì)特性的重要參數(shù)，通過現(xiàn)場取樣，在室內(nèi)進行攜剪試驗研究蝕變結(jié)構(gòu)面的力學(xué)參數(shù)。

在現(xiàn)場，分別于樁號（隧）7＋665 m處和樁號（隧）11＋885 m處出露的花崗斑巖做為采集點，采集用于攜剪試驗的4組共31個試樣。根據(jù)試驗結(jié)果繪制花崗斑巖結(jié)構(gòu)面攜剪試驗正應(yīng)力與剪應(yīng)力的最佳關(guān)系曲線（見圖18～21），經(jīng)回歸分析知花崗斑巖結(jié)構(gòu)面正應(yīng)力與剪應(yīng)力的函數(shù)關(guān)系，抗剪強度指標(biāo)見表2。

表2 原狀花崗斑巖蝕變體結(jié)構(gòu)面抗剪強度力學(xué)實驗指標(biāo)成果

圖18 4號-1試樣正應(yīng)力與剪應(yīng)力關(guān)系

圖19 4號-2試樣正應(yīng)力與剪應(yīng)力關(guān)系

圖20 5號-1試樣正應(yīng)力與剪應(yīng)力關(guān)系

圖21 5號-2試樣正應(yīng)力與剪應(yīng)力關(guān)系

試樣4號-1的蝕變強度明顯強于試樣4號-2，試樣5號-1與試樣5號-2蝕變程度相當(dāng)，但試樣5號-1較試樣5號-2略粗糙。蝕變花崗斑巖的這些性質(zhì)也反應(yīng)在蝕變花崗斑巖的結(jié)構(gòu)面抗剪強度上，從表2中可以看出，試樣4號-1的C值和φ值都較試樣4號-2低，試樣5號-1和試樣5號-2的C值相當(dāng)，但φ值較試樣5號-2高。由此可知，蝕變越強，其結(jié)構(gòu)面抗剪強度越低。再者，除了蝕變程度較低的5號支洞下游5號-1組試樣的內(nèi)摩擦角較高外，4號支洞上游兩組試樣和5號支洞5號-2組試樣的內(nèi)摩擦角都較低，均明顯低于一般意義上的結(jié)構(gòu)面的抗剪強度。

通過現(xiàn)場調(diào)查及試驗研究：

（1）蝕變對圍巖物理力學(xué)的影響，主要從影響結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)開始，蝕變降低了結(jié)構(gòu)面的抗剪力學(xué)參數(shù)C、φ值，直接導(dǎo)致巖體抗剪強度降低。即，對于結(jié)構(gòu)面發(fā)育數(shù)量和規(guī)模較小的花崗斑巖巖體，蝕變強度較小，對巖體物理力學(xué)的影響主要表現(xiàn)為對結(jié)構(gòu)面抗剪力學(xué)參數(shù)C、φ值的影響。

（2）隨著結(jié)構(gòu)面數(shù)量和規(guī)模的增加，蝕變程度加強，除降低巖體結(jié)構(gòu)面的抗剪力學(xué)參數(shù)C、φ值外，還改變了巖石本身的礦物成分和微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)造，即同時降低了巖石本身的物理力學(xué)性質(zhì)影響，從而大大降低了巖體的物理力學(xué)性質(zhì)。

（3）巖石蝕變的高嶺石化和后期風(fēng)化作用的伊利石化及微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)造的變化為降低巖體物理力學(xué)參數(shù)的本質(zhì)因素，且受蝕變程度的控制，巖體蝕變越強烈其物理力學(xué)參數(shù)降低越明顯。

4 結(jié) 論

（1）花崗斑巖由于與周邊巖體存在巖石能干性差異，在后期構(gòu)造作用下，侵入的花崗斑巖一般裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)破碎，巖體沿結(jié)構(gòu)面多發(fā)生蝕變，導(dǎo)致圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)顯著降低，影響地下洞室的穩(wěn)定性，因此在前期勘察過程中對地表出露的花崗斑巖巖脈應(yīng)給予足夠的重視。

（2）通過開挖揭示，花崗斑巖的蝕變沿結(jié)構(gòu)面進行，在節(jié)理裂隙不甚發(fā)育的地區(qū)主要表現(xiàn)為沿結(jié)構(gòu)面褪色；隨著結(jié)構(gòu)面數(shù)量和規(guī)模增加，蝕變程度加強，主要表現(xiàn)為團塊狀蝕變，局部甚至呈現(xiàn)“囊狀風(fēng)化”，巖體強度急劇降低，手捏即碎。

（3）對6組48個不同蝕變程度的花崗斑巖試樣的密度、比重等測試表明，蝕變花崗斑巖的物理性質(zhì)受蝕變程度的影響，蝕變程度越強，其物理性質(zhì)相對越低。

（4）通過對4組微～弱蝕變巖塊點荷載試驗，微蝕變巖體單軸抗壓強度為131～150MPa，弱蝕變巖塊單軸抗壓強度為72～136MPa，蝕變后巖體強度顯著降低。

（5）室內(nèi)對花崗斑巖結(jié)構(gòu)面的4組攜剪試驗成果表明，發(fā)生蝕變的花崗斑巖結(jié)構(gòu)面的抗剪力學(xué)參數(shù)C、φ值較低，與水電規(guī)范附錄D中巖屑夾泥型結(jié)構(gòu)面參數(shù)取值相當(dāng)。

［1]魏偉，沈軍輝，等.風(fēng)化、蝕變對花崗斑巖物理力學(xué)特性影響分析［J］.工程地質(zhì)學(xué)報，2012，20（4）：599～605.

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簡訊

我院水電工程地質(zhì)勘察工作廣泛運用無人機技術(shù)

日前，地質(zhì)處開始將無人機應(yīng)用于我院YX水電規(guī)劃工程地質(zhì)勘察，標(biāo)志著無人機技術(shù)已廣泛應(yīng)用于我院水電工程地質(zhì)勘察工作。

我院的大部分水電工程位于西南山區(qū)，這些地方山高路險，部分工程位于原始深林、高寒山區(qū)，常年植被茂密、冰雪覆蓋，交通不便，給前期地質(zhì)勘察工作帶來極大困難。近年來，我院陸續(xù)在瀑布溝萬工泥石流地質(zhì)災(zāi)害處理、獅子坪水電站庫區(qū)、雅礱江上游梯級水電站以及雅魯藏布江流域多個水電工程引入了無人機技術(shù)，應(yīng)用于工程地質(zhì)勘察的科研工作，開展了諸如地表地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害排查等工作，有效彌補了傳統(tǒng)勘測手段難以實施的缺陷，為上述地區(qū)水電項目的勘測設(shè)計工作提供了翔實的第一手資料。在應(yīng)用無人機開展勘察工作的同時，地質(zhì)專業(yè)逐步掌握了各類型無人機的工作原理，能熟練操控?zé)o人機開展各類地質(zhì)勘察工作，例如，地層巖性的劃分，地質(zhì)構(gòu)造的判識，對滑坡、泥石流等環(huán)境地質(zhì)條件進行高清晰度調(diào)查，對工程場址區(qū)的地質(zhì)宏觀穩(wěn)定性進行判別等，能熟練運用多種軟件對無人機獲取數(shù)據(jù)進行地質(zhì)解譯處理，達到水電工程勘測設(shè)計的相關(guān)要求。

（本刊編輯部）

P588.121

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1003-9805（2015）04-0065-08

2015-06-29

胡帥（1978-），男，湖北黃梅人，高級工程師，從事水利水電工程地質(zhì)、巖土工程設(shè)計工作。