国外某水电站工程厂房区泥质岩工程地质性状研究

2022-01-04董承山方海艳

天津科技 2021年12期

董承山，方海艳

（中水北方勘测设计研究有限责任公司天津 300222）

0 引言

国外某水电站位于印度河（Indus River）支流吉拉姆河（Jhelum River）上，该项工程拟建的主电站装机1100MW（4×275MW），电站厂房区岩性为第三系中新统Murree组（N1Tm）地层，由砂岩和泥质岩组成[1]，其中泥岩类软岩约占1/3，呈棕红色，泥质结构，局部含绿泥石，有干裂现象。由于成岩时间较短、胶结程度较差，岩石强度低。新鲜状态为中厚层-厚层，受构造影响强烈，局部劈理发育，呈页岩状。通过室内试验、原位测试及综合分析等方法，对泥质岩工程地质性状进行研究[2]。

1 泥质岩矿物成分

根据当地试验室岩相磨片鉴定结果，泥质岩主要矿物成分为黏土矿物、石英和方解石，平均含量分别为59.8%、17.3%和10.0%，其中黏土矿物主要为伊利石，含量介于59.0%～60.5%之间。

国内磨片鉴定结果为：褐铁矿化含粉砂泥质粉泥晶灰岩、褐铁矿化灰质泥岩和褐铁矿化粉细砂灰质泥岩。

2 泥质岩物理力学性质

泥质岩的物理性质指标统计值见表1。

表1 厂房区泥质岩物理性质统计表Tab.1 Physical characteristics of argillaceous rock at powerhouse area

3 泥岩的力学特性

3.1 膨胀性

分别进行了6块钻孔中泥岩样品的膨胀试验，膨胀力Pp为78～533kPa，平均值为137kPa；轴向自由膨胀率Fs为0.69%～1.85%，径向自由膨胀率Fs为0.46%～2.24%。该区泥岩的自由膨胀率均小于3，根据相关标准判断，厂房区的泥岩为非膨胀岩。

3.2 崩解性

这些岩石样品具有不同程度的遇水崩解、失水干裂等现象，见图1。

图1 泥质岩遇水崩解和失水干裂现象Fig.1 Phenomenon of disintegration and desiccation crack after absorbing water

为了解泥岩岩块随时间变化情况下的崩解情况，基于岩块的纵波速度随时间的变化规律，对钻孔揭露泥岩、粉砂质泥岩等岩芯样品进行了测试。初始测试时间为岩芯从钻孔内取出时间；测试的时间间隔为1～24h不等。

①泥岩：岩芯波速-时间衰减曲线呈下降型，见图2，初始波速分别为2210、2570m/s。在0～22h阶段，随时间增加，波速急剧降低，至8h末，波速值分别为2050、2290m/s，与初始波速相比，波速下降率分别为7.2%和10.9%，平均9.1%；至22h末，波速值分别为1280、1790m/s，波速下降率分别为42.1%和30.4%，平均36.3%；22h之后，波速曲线呈平缓波动、基本趋于稳定。

图2 泥岩Vp-t曲线（下降型）Fig.2 Vp-t curve of argillaceous rock（descending type）

②粉砂质泥岩：岩芯波速-时间衰减曲线呈上升-下降型，见图3，初始波速为2950、3080m/s，平均值为2985m/s；随时间增加，波速逐渐增大，在16～25h时达到峰值，最大值为3090、3340m/s，增长率分别为4.7%和8.4%，平均6.6%；之后开始逐渐下降，至30～47h间急剧降低；约47h之后，波速曲线整体上呈缓慢下降或波动下降，至166～196h后达到相对稳定，波速值分别为2720、2530m/s，平均值为2625m/s，比初始波速分别下降7.8%和17.9%，平均12.1%。