水利水电工程岩体质量分级分析

在水利水电工程建设中,设计和施工过程中存在的大量工程地质问题使人们逐渐认识到工程区域内岩体质量分级的实用性和重要性,水利水电枢纽建设的成败在很大程度上取决于对其岩体的认识和理解程度。合理且准确的岩体质量分级,不仅能够对工程岩体结构模式及强度特性作出评价,而且通过对岩体的判别评价,在合理确定建基面、调整地下洞室位置以及工程优化设计等方面都具有重要的实践价值。

从系统角度来看,岩体质量不仅是指一定空间范围岩体的总体强度水平,还应包括岩性组合及层位、岩体结构特征、所处地应力场、地下水、软弱结构等诸多复杂因素的影响,然后用具体分类指标通过不同的形式进行评价。“质”指岩体的本质属性,如岩体风化程度、岩体结构类型、岩石坚固程度、透水状况及地应力状态等,均属反映“质”优劣的定性基本地质因素;“量”指岩体本质的量化表现,可包括岩体质量指标RQD、岩体纵波速度或完整性系数、岩石单轴抗压强度等参与分类的定量指标,也包含岩体力学参数(即变形模量和抗剪强度参数)等表征内容。目前,国内外对水利水电工程的岩体质量分级方法已有数十种,多数仍采用定性与定量相结合的方式,但往往“质”与“量”是相脱离的,因此,需要将两者的分级建立配套的相互关系,才能客观地完成最终的岩体质量分级。

对于水利水电工程区域岩体质量,其分级原则主要有3条:

(1)针对坝区拟建大坝(尤其是高坝)对地基岩体的要求,以及地下工程的规模和深度,使分级能够为两者共同服务。

(2)以控制岩体物理力学特性的主要地质因素作为分级的基本要素,并采用定性与定量指标相结合的方式,保证评价的客观性和可靠性。

(3)按不同工程地质因素组合时岩体的力学参数作为分级归类的标准,使其与国内外通行的岩体质量评价体系有较强的对应性和可比性。(www.xing528.com)

水利水电工程区域地质条件复杂,岩体质量取决于多种地质因素的耦合作用,各种因素对岩体力学性质的影响不尽相同;同时,在不同地质单元中,起控制作用的各种地质因素之间的主次关系也常常会发生变化。因此,任何单一因素的分级都不可能全面反映岩体质量级差,必须采用多因素综合评判的方法,考虑各种因素的相互影响,进行系统的分析评价,进而建立完整的工程岩体质量体系,该方法可归纳为“分层多元系统分析法”。基于上述原则,水利水电工程岩体质量综合评价方法可按如下步骤进行:

(1)初步的岩体质量分级。首先以岩体所属地层层位和岩石组合特征为基础,同时考虑岩体结构特征及卸荷作用的影响程度,进行基本工程地质单元划分和岩体质量初步分级。

(2)修改初分岩级。对初分岩级与岩体力学试验成果进行相关分析,研究主要地质因素与岩体力学参数的相关性和规律性,在此基础上,对岩级进行进一步的归纳和调整。

(3)最终的岩级分类系列。参照GB50218—94《工程岩体分级标准》,确定最终的岩体质量分级方案。

然而,目前人们着重于研究岩体质量的分级评价方法,而对所得到的分级结果如何表达却很少涉及。在实际工程中由于技术手段和表达形式的限制,一般多采用简单的数据表格或在二维平面图和剖面图上粗略地标明其分级结果,局限于二维、静态的表达方式。这种方式不能充分揭示岩级分类的空间变化规律,难以使人们直接、快速、准确地理解岩体质量分级情况,不能满足工程人员空间分析和设计的需要,尤其对于不熟悉地质情况的设计人员。因此,由于岩体质量分级在水利水电工程设计和施工中的重要性,且考虑的因素众多,地质条件复杂,地质工程师按照规范和相应的分级方法对工程岩体进行分类评价之后,设计人员非常迫切地希望能够从三维角度察看和分析与设计有关的岩级分类结果。因此,基于三维地质模型和岩体质量分级方案进行三维岩级建模,不仅可获得对岩级分类结果全方位的、动态的分析和利用,而且是对传统岩体质量分级成果表达的革新,有助于提高工程设计的水平和效率。