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(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)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(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度降低，對(duì)隧洞圍巖穩(wěn)定帶來較不利影響。本文通過對(duì)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(jī)理；通過對(duì)花崗斑巖巖樣試驗(yàn)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?cè)綇?qiáng)，其物理性質(zhì)相對(duì)越低；蝕變后巖體強(qiáng)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(jī)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(qiáng)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(qiáng)烈蝕變地段若開挖方式不當(dāng)或支護(hù)不及時(shí)易造成隧洞塌方，若支護(hù)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(duì)花崗斑巖蝕變影響圍巖穩(wěn)定的認(rèn)識(shí)不足等原因，施工過程中隧洞多處塌方，支護(hù)后圍巖變形較大，對(duì)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(shí)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(dòng)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(gè)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(yùn)動(dòng)疊加復(fù)合而形成，包容著不同時(shí)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(gè)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(shí)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(gè)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(kuò)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(diǎn)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(kuò)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(dòng)（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(kuò)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(dú)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(shí)代為中生代三疊紀(jì)晚世（T3）晚印支運(yùn)動(dòng)時(shí)期，成生時(shí)間約為205-230 Ma。

2 花崗斑巖分布規(guī)律及蝕變機(jī)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(hào)支洞～5號(hào)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(jì)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(qiáng)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(duì)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度破碎狀況不一，3號(hào)支洞～5號(hào)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)?；|(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(cuò)結(jié)合的粒狀集合體，并含少量細(xì)粒絹云母（見圖14）?；|(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(jí)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(jí)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(jí)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(lán)等多種干涉色。

基質(zhì)蝕變較強(qiáng)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(jí)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(diǎn)（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(hào)支洞上游掌子面）

圖16 Q5X-12-1（5號(hào)支洞上游掌子面）染色測試

花崗斑巖的斑晶蝕變極強(qiáng)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(diǎn)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(hào)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(qiáng)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(jí)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(jī)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(jī)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(dòng)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(qiáng)烈，局部甚至呈“團(tuán)塊狀”蝕變。表明巖石的蝕變與構(gòu)造活動(dòng)相關(guān)，嚴(yán)格受構(gòu)造活動(dòng)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(tuán)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(jī)理：

印支期強(qiáng)烈的地殼活動(dòng)為巖漿侵位創(chuàng)造了有力條件。富Al、Si的酸性巖漿沿?cái)嗔焉仙\(yùn)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(dòng)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(qiáng)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(duì)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?；◢彴邘r的蝕變強(qiáng)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(qiáng)，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(duì)較弱?；◢彴邘r蝕變后結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的變化，對(duì)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(diǎn)。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(píng)價(jià)蝕變花崗斑巖對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響就顯得尤其的重要。為此我們對(duì)工程區(qū)產(chǎn)出的蝕變花崗斑巖的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)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(shí)驗(yàn)成果分析

在現(xiàn)場分別于樁號(hào)（隧）7＋665 m和（隧）11＋855m處采集了6組48個(gè)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(yàn)室，采用蠟封法、比重瓶法等試驗(yàn)分別對(duì)巖樣的密度、比重等進(jìn)行了測試，試驗(yàn)成果見表1。

在4號(hào)試樣中，試樣4號(hào)-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(hào)-2的蝕變程度大于其他兩組。

在5號(hào)試樣中，試樣5號(hào)-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(hào)-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(duì)越低。

表1 蝕變花崗斑巖試樣物理指標(biāo)實(shí)驗(yàn)成果

3.2 蝕變花崗斑巖點(diǎn)荷載試驗(yàn)

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

4號(hào)支洞上游（隧）7＋665 m處和5號(hào)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(qiáng)度，其范圍值分別為72.15～150.59 MPa和94.30～136.81 MPa，屬于堅(jiān)硬巖；4號(hào)支洞上游弱蝕變花崗斑巖的抗拉強(qiáng)度值的變化范圍較大，為7.76～16.19 MPa，5號(hào)支洞下游弱蝕變花崗斑巖的抗拉強(qiáng)度值較穩(wěn)定，平均值約為13 MPa。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果：試樣4-3組為微蝕變花崗斑巖，其抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)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(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為72.15 MPa和7.76 MPa，約為試樣4-3組抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的0.5倍。弱蝕變花崗斑巖試樣5-1組的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)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(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為131.81 MPa和14.17 MPa，約為弱蝕變?cè)嚇?-1組抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)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(qiáng)。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(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。

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

強(qiáng)蝕變及風(fēng)化花崗斑巖巖體強(qiáng)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(yàn)條件，估計(jì)單軸抗壓（拉）強(qiáng)度0～0.5 MPa。

3.3 蝕變花崗斑巖攜剪試驗(yàn)

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(jìn)行攜剪試驗(yàn)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(hào)（隧）7＋665 m處和樁號(hào)（隧）11＋885 m處出露的花崗斑巖做為采集點(diǎn)，采集用于攜剪試驗(yàn)的4組共31個(gè)試樣。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制花崗斑巖結(jié)構(gòu)面攜剪試驗(yàn)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(qiáng)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(qiáng)度力學(xué)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)成果

圖18 4號(hào)-1試樣正應(yīng)力與剪應(yīng)力關(guān)系

圖19 4號(hào)-2試樣正應(yīng)力與剪應(yīng)力關(guān)系

圖20 5號(hào)-1試樣正應(yīng)力與剪應(yīng)力關(guān)系

圖21 5號(hào)-2試樣正應(yīng)力與剪應(yīng)力關(guān)系

試樣4號(hào)-1的蝕變強(qiáng)度明顯強(qiáng)于試樣4號(hào)-2，試樣5號(hào)-1與試樣5號(hào)-2蝕變程度相當(dāng)，但試樣5號(hào)-1較試樣5號(hào)-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(qiáng)度上，從表2中可以看出，試樣4號(hào)-1的C值和φ值都較試樣4號(hào)-2低，試樣5號(hào)-1和試樣5號(hào)-2的C值相當(dāng)，但φ值較試樣5號(hào)-2高。由此可知，蝕變?cè)綇?qiáng)，其結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度越低。再者，除了蝕變程度較低的5號(hào)支洞下游5號(hào)-1組試樣的內(nèi)摩擦角較高外，4號(hào)支洞上游兩組試樣和5號(hào)支洞5號(hào)-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(qiáng)度。

通過現(xiàn)場調(diào)查及試驗(yàn)研究：

（1）蝕變對(duì)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(qiáng)度降低。即，對(duì)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(qiáng)度較小，對(duì)巖體物理力學(xué)的影響主要表現(xiàn)為對(duì)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(qiáng)，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(shí)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?cè)綇?qiáng)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(duì)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(jìn)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(qiáng)，主要表現(xiàn)為團(tuán)塊狀蝕變，局部甚至呈現(xiàn)“囊狀風(fēng)化”，巖體強(qiáng)度急劇降低，手捏即碎。

（3）對(duì)6組48個(gè)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(qiáng)，其物理性質(zhì)相對(duì)越低。

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

（5）室內(nèi)對(duì)花崗斑巖結(jié)構(gòu)面的4組攜剪試驗(yàn)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(duì)花崗斑巖物理力學(xué)特性影響分析［J］.工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2012，20（4）：599～605.

［2]尤琳.青龍水電站引水隧洞圍巖變形破壞機(jī)制及穩(wěn)定性研究［D］.成都：成都理工大學(xué)（碩士論文），2011.

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［8]尚瑞鈞，嚴(yán)陣，等.秦巴花崗巖［M］.武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1988.

簡訊

我院水電工程地質(zhì)勘察工作廣泛運(yùn)用無人機(jī)技術(shù)

日前，地質(zhì)處開始將無人機(jī)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(jī)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(xiǎn)，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(jí)水電站以及雅魯藏布江流域多個(gè)水電工程引入了無人機(jī)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(bǔ)了傳統(tǒng)勘測手段難以實(shí)施的缺陷，為上述地區(qū)水電項(xiàng)目的勘測設(shè)計(jì)工作提供了翔實(shí)的第一手資料。在應(yīng)用無人機(jī)開展勘察工作的同時(shí)，地質(zhì)專業(yè)逐步掌握了各類型無人機(jī)的工作原理，能熟練操控?zé)o人機(jī)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(shí)，對(duì)滑坡、泥石流等環(huán)境地質(zhì)條件進(jìn)行高清晰度調(diào)查，對(duì)工程場址區(qū)的地質(zhì)宏觀穩(wěn)定性進(jìn)行判別等，能熟練運(yùn)用多種軟件對(duì)無人機(jī)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行地質(zhì)解譯處理，達(dá)到水電工程勘測設(shè)計(jì)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(jí)工程師，從事水利水電工程地質(zhì)、巖土工程設(shè)計(jì)工作。