综合物探方法在西藏DG水电站坝基岩体检测中的应用

杨震中，赵建刚，吴远果

(1.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081； 2.水电九局西藏建设工程有限公司，西藏 拉萨 850000)

水电大坝作为挡水建筑物，对两岸人民生命财产安全至关重要，大坝基础的岩体质量是整个工程的基础和关键，要想大坝牢固稳定，大坝的基础是否满足规范要求则尤为重要[1]。在坝基岩体质量复核与评价体系中，常采用物探手段，利用其快速、便捷、对结构无损等特点进行岩体质量检测[2]。由此查明坝基岩体开挖对建基岩体表面破坏程度，获得岩体的物理力学参数和结构面发育特性，对建基面的处理、坝基岩体质量评价具有重要意义[3]。

本文以DG水电站坝基开挖物探检测为例，通过对单孔声波、跨孔声波、钻孔变模、钻孔全景数字成像检测等物探成果资料的综合分析，得出了坝基岩体波速衰减率、爆破松弛深度、波速、变形模量等力学参数和裂隙宽度、走向等地质特征，为综合评价坝基岩体质量、地质缺陷处理、基础灌浆设计、坝基岩体稳定复核评价等提供了有力的技术支持。

1 工程概况及地质条件

西藏DG水电站位于西藏自治区山南地区雅鲁藏布江干流藏木峡谷河段上，距拉萨市约263 km，为二等大(2)型工程，开发任务以发电为主。正常蓄水位3 447.00 m，相应库容0.552 8亿m3。电站装机容量660 MW，多年平均发电量32.045亿kWh。电站枢纽建筑物由挡水建筑物、泄洪消能建筑物、引水发电系统及升压站等组成。拦河坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程3 451.00 m，最大坝高117.0 m，坝顶长385.0 m。

工程区位于青藏高原中南部高山深谷区，为冈底斯～念青唐古拉地层区南部，与雅鲁藏布江构造岩石地层区毗邻。区内沉积岩、岩浆岩、变质岩均有出露，其中以岩浆岩、变质岩相对发育，未变质的沉积岩相对较少，地层岩性复杂。坝基主要出露岩性为喜山期黑云母花岗闪长岩，灰白色，中细粒花岗结构为主，块状构造。基岩岩石致密且强度高，但节理裂隙较发育。左岸岩体差于右岸，整体岩石较完整。

DG水电站坝址区未见区域性断裂通过，主要构造形迹有断层、节理等。共发育Ⅱ级结构面3条，Ⅲ级结构面25条，Ⅳ级结构面21条，主要以NNW、NNE向为主，多为陡倾角结构面，带内一般由碎块岩、碎裂岩、岩屑及少量泥膜组成。坝址Ⅲ级结构面走向以N10°～30°E为主，占47.83%；倾角多为61°～90°，占91.30%；破碎带宽度一般21～50 cm，占56.52%。Ⅳ级结构面走向以N10°～20°W为主，占45.45%；倾角多为61°～90°，占72.73%；破碎带宽度一般5～10 cm，占45.45%。坝基出露Ⅱ级结构面F7，主要出露于7～10号坝段。

在1～17号坝段共布置了60个钻孔开展爆破松弛深度及岩体质量检测工作，检测孔布置见图1。其中BP钻孔在开挖至坝基基岩面之前最后1次梯段爆破之前(一般为2 m)进行爆前检测，开挖至建基面高程后进行爆后检测；YT钻孔进行岩体质量单孔声波和钻孔全景图像检测；BP钻孔和相邻的YT钻孔(一般间距为5 m)进行跨孔声波检测，同时按照20%的比例抽取YT钻孔进行钻孔变模检测。

第四、送满月孩子银饰习俗。自明中后期以来，闽东村落，孩子满月时外婆要送银饰为贺，款式有银手镯、银项圈、银脚镯、银手铃、银脚铃等，这些银饰一般由打银师傅打制，很多外面刻有各种道教的符咒，如各种装饰纹，官印模样的手铃，银镯子两头做成玉如意状等等，据言孩子佩戴了银饰，睡觉时动一动会发出响声，妖魔鬼怪怕这种响声，不敢靠近，于是孩子就安全了。

地下水类型主要为孔隙性潜水和裂隙性潜水。孔隙性潜水分布于河床两岸冲洪积层及两岸山坡平缓处的崩坡积层中，补给来源主要来自大气降水和冰雪融水。由于坝址区地形较陡，降雨多迅速形成地表径流，只有少量渗入地下形成裂隙性潜水，两岸裂隙性潜水埋藏较深，一般埋深20～100 m，地下水位变幅在0～1 m之间，变幅较小。

2 检测方案

2.1 检测方法

使用的检测方法有：单孔声波法、跨孔声波法、钻孔变形模量法、钻孔全景数字成像法等。各种检测方法的原理，许多学者已做了详细的研究和推导，本文不再重复叙述[4-5]。检测过程中，由于单孔声波和跨孔声波测试需要有水作为传播介质，在左右岸高程测试范围内无地下水作为介质时，及时采用了外接水源，并引进了国内先进的干孔声波探头，以克服无水的影响。下文将主要介绍各种方法在本项工作中取得的成果和积累的经验技术。

列宁主张批评自由。但他认为批评自由有限度。不论是在俄共（布）党内还是在领导国际共产主义运动中，列宁都主张有限度的批评自由。

2.2 检测布置

对于一个SST而言，SST回波间隔距离会小于或等于多帧积累时间内的SST运动距离，根据多帧积累时间和SST运动速度得到SST运动的距离门限，通过距离门限检测出可能的SST。

图1 西藏DG水电站坝基岩体检测钻孔布置示意图

3 检测成果及分析

3.1 松弛深度

地表岩体由于天然地质作用或人类工程活动减载卸荷，内部应力调整而引起的变形，可能会对表层岩体造成松弛变化，因此测试保护层开挖前后建基面岩体声速的降低程度，可以判定岩体开挖爆破松弛深度及影响程度。

结合声波的成果图表，可得：左岸坝段岩体波速平均值低于右岸坝段，这也与测区地质情况相符；河床坝基建基面以下低波速区域(波速小于4 050 m/s)随高程降低而减少；平面上，低波速区域相对集中在左岸5～10号坝段；深度方向上，5～6号坝段低波速区域主要分布在3 350 m以上，7～10号坝段低波速区域主要分布在3 338 m以上(主要为F7断层影响区域)，11号坝段低波速区域主要分布在3 340 m以上。

以上检测成果揭示，爆后波速范围为3 321～5 500 m/s，平均波速为4 590 m/s，右岸坝段的波速要高于左岸坝段，这与测区地质条件相符；爆后大部分波速与孔深曲线在距孔口0.8～1.4 m直接出现明显拐点或振幅信号明显减弱现象，浅部岩体波速与振幅均明显比深部岩体低，爆破松弛与应力卸荷共同作用形成的松弛带深度范围为0.8～1.4 m，即爆破对0.8～1.4 m深度范围内岩体影响较大；0～1 m深度范围内波速衰减率在4.1%～13.8%左右，平均衰减率为8.75%，属于正常的松弛影响，在后续固结灌浆工作中可进行加固处理。

对BP钻孔在爆前和爆后均进行了单孔声波测试，按照坝段(其中7～10号坝段统一按照河床坝段进行归类)对平均波速、波速平均衰减率进行了分类汇总，分段平均波速汇总表见表1，分段平均衰减率见表2。

表1 DG水电站爆破声波孔各坝段平均波速分段统计表 m/s

表2 DG水电站爆破声波孔各坝段波速平均衰减率分段统计表

通过比较发现：POD重构保留了原始速度场的整体特性，圆柱绕流下游的卡门涡街脱落现象基本上与原始速度场一致；同时，重构速度场剔除了尺度较小的旋涡结构，使得大尺度相关结构的空间结构更加光滑、突显。

综合前两个实验已经收集的191个样本，我们选择样本数相对较少的网络视频情境随机再抽取60个样本，剔除不合格样本后，最终有效样本为228份。涉及到其他中介变量和结果变量的测量方法与上述实验相同，实验步骤也保持一致。

3.2 岩体波速

根据《水力发电工程地质勘察规范》(GB50287-2017)的坝基岩体工程地质分类标准，结合岩体性质，岩体结构面发育程度、风化及卸荷特征等定性指标，结合声波纵波波速，以及各项建基岩体基本条件的分析，参照已建或在建水电站坝基岩体工程地质分类标准，借鉴已有工程实例进行分析，将DG水电站坝基岩体质量划分为四大类(Ⅱ类～Ⅴ类)、两个亚类(Ⅲ1类、Ⅲ2类)。

图2 DG水电站坝基单孔声波波速三维柱状图

图3 DG水电站坝基声波波速分布三维体积模型图

图4 DG水电站沿不同高程的波速分布等值线切片图

究其原因，温度升高时，二氧化碳气体挥发的快，麻醉减弱，容易苏醒，最终保活时间减短，Peters等[17]人发现鲶鱼在随着温度的升高，无水保活时间越短，所以当温度大于8 ℃时，保活时间变短。当温度降低时，由于鮰鱼耐低温性较差，低温会对鱼体造成不可逆的损伤[21]。因此，选择最佳的保活温度对鱼的保活运输十分有意义，能延长鱼的保活时间。

将单孔声波和跨孔声波测试的波速汇总进行插值分析(网格1 m×0.5 m)，得到不同桩号剖面在不同高程范围波速分布等值线图；对波速进行插值计算(三角插值法，网格1 m×1 m×0.5 m)，可建立DG水电站坝基波速分布三维模型；对数据进行切片可得沿高程方向的波速分布等值线图。DG水电站坝基岩体单孔声波波速三维柱状图如图2所示，坝基波速分布三维体积模型图如图3所示，沿不同高程的波速分布等值线切片图如图4所示。

依据声波测试成果及上述分类标准，将DG水电站坝基岩体进行了分类。1～4号坝段为Ⅲ2类岩体为主，局部Ⅲ1类，声波波速范围为3 650～4 000 m/s；5～14号坝段为Ⅲ1类岩体为主，局部Ⅱ类，声波波速范围为4 050～5 300 m/s；15～17号坝段为Ⅱ类岩体为主，声波波速范围为4 500～5 300 m/s。

3.3 岩体变形模量

1)根据选取岩体完整性不同的坝段的各个钻孔进行变形模量测试，得到坝基岩体变形模量范围为7.04～16.89 GPa，平均值为11.15 GPa；

2)在有限的数据基础上建立起本工程坝基测试段钻孔变形模量与声波波速的关系式为：E0=a·ebVp，经回归计算得出参数a、b及相关系数。本工程坝基岩石钻孔变形模量与声波速度的相关关系曲线如图5所示。

图5 DG水电站坝基岩石钻孔变形模量与声波速度相关曲线图

由此得出的声波波速与钻孔变形模量也符合花岗闪长岩的一般分布规律。

表3 DG水电站建基岩体波速与变模对应关系表

经计算，得出a=1.613 216 04×10-8、b=0.000 820 376(拟合试验实用范围：波速在3 540～6 030 m/s)，相关系数R2=0.906 761 759。由此得出声波速度与钻孔变形模量对应关系如表3。

3.4 钻孔全景数字成像

钻孔全景数字成像可以反映单个钻孔孔壁周边岩体的完整情况和节理、裂隙发育情况，结合位于同一桩号的各个钻孔的孔内成像成果，可得到该剖面的裂隙分布图，进而推测节理裂隙的发育走向等。图6为同一桩号3个钻孔孔内成像成果图，可以看到从左岸到右岸，岩体破碎的深度逐步向下延伸，该孔段的单孔声波波速也有显著降低。

图6 典型钻孔全景数字成像成果图

结合各种物探方法检测成果综合分析认为：

1)DG水电站坝基岩性单一，陡倾角裂隙较发育，多呈闭合或微张开状；

多发性骨髓瘤(multiple myemoma, MM)是血液系统常见的恶性肿瘤，临床主要表现为血钙增高(calcium elevation)、肾功能损害(renal insufficiency)、贫血(anemia)，骨病(bone disease)，即“CRAB”症状[1]。单纯以血小板减少为首发表现时，容易忽略MM。现将复旦大学附属中山医院青浦分院收治的1例以血小板减少为主要表现，诊断为IgD型MM的患者的诊断过程报告如下，并进行相关文献分析。

2)坝基浅部岩体(近建基面1.4 m范围内)受爆破松弛和应力卸荷的影响较大，波速普遍较低，随着深度的增加，岩体质量有显著好转，波速有明显提高，大部分岩体波速大于4 500 m/s；

3)河床坝基(7～10号坝段)除F7断层外，未发现有较大规模呈低速带连续分布的裂隙和构造。

4 结 语

通过本次对DG水电站坝基岩体检测综合物探方法的应用，查明了岩体的爆破卸荷松弛深度，得到了坝基岩体波速、岩体变形模量等参数，其成果准确可靠，应用效果达到了预期的检测目的，为后续坝基固结灌浆等施工工艺和施工方案设计提供了可靠的物理参数，进而对坝基质量验收和安全评价提供有力的技术支持。采用综合物探方法避免了采用单一物探方法的局限性与多解性，更有利于物探异常的解释，能够胜任多种目的的物探检测，对同类工程具有一定的参考价值和借鉴意义。