黄壁庄水库岩石物理力学指标的应用论文

　　【摘要】黄壁庄水库位于河北省鹿泉市黄壁庄镇附近的滹沱河干流上，是滹沱河中下游重要的大（Ⅰ）型水利枢纽。黄壁庄水库建筑物基础岩石除有震旦系的硅质灰岩外，大部分为太古界滹沱群大理岩及千枚岩，由于地质时代较老，全强风化岩层厚度较大，提出有关的物理力学性质指标，对水库各建筑物的安全稳定有重要意义。
　　【关键词】大理岩论文，千枚岩论文，物理力学性质指标，风化特征，工程地质特性
　　1.前言
　　为确定全强风化大理岩、千枚岩的物理力学性质指标，在正常溢洪道挑坎下游和新增非常溢洪道闸基建基面进行混凝土／岩体现场大型抗剪（断）试验、新增非常溢洪道建基面开挖过程中，进行了现场岩体弹性波测试、岩石点荷载强度试验、回弹强度试验，取不同岩性不同风化程度的岩块进行室内岩石物理力学试验。
　　2．现场岩石点荷载强度试验、回弹强度试验论文
　　现场岩石点荷载强度试验、回弹强度试验指标见表1。通过点荷载强度试验、回弹强度试验，经查表计算可得不同风化程度岩体的单轴抗压强度值，见表1。
　　表1强度折算表
　　岩性 风化
　　程度 岩石点荷载强度试验 回弹强度试验
　　  点荷载强度指数 折算单轴抗压强度 回弹值 折算单轴抗
　　压强度
　　  Is(50)(MPa) R(MPa) RN R(MPa)
　　千枚岩 全风化 0.42 8.4 14.0 9.0
　　 强风化 0.97 15.8 16.9 20.0
　　大理岩 全风化 0.56 9.0 14.5 10.0
　　 强风化 1.87 37.4 19.4 25.0
　　由表1可以看出，千枚岩岩块和岩体抗压强度相差不大；而大理岩岩块和岩体抗压强度相差较大。
　　3.室内岩石物理力学性质试验论文
　　在新增非常溢洪道闸基段建基面取不同岩性试样，进行室内岩石物理力学性质试验试验成果见表2。
　　由表1、表2对比可以看出，千枚岩岩块和岩体抗压强度值相差不大；而石英片岩岩块和岩体抗压强度值相差较大。
　　②岩石／砼中型剪试验
　　中型剪试验成果见表3。
　　
　　
　　表2室内岩石物理力学性质试验成果表
　　岩性 风化
　　程度 物性指标 力性指标
　　  比重
　　（ΔS） 容重（ν） 吸水率（WS） 饱和吸水率
　　（WL） 开型孔隙率
　　（no） 干抗压强度（Rc） 饱和抗压强度（Rb） 软化
　　系数
　　（kd） 饱和抗拉强度
　　（Rt） 弹性
　　模量
　　（E） 泊松比（μ）
　　   KN/m3 % % % MPa MPa  MPa ×104MPa 
　　千枚岩 强风化 2.72 25.5 2.38 2.55 6.50 33.9 7.80 0.23 0.80 0.43 0.29
　　互层中千枚岩 强风化 2.77 25.8 2.39 2.55 6.59 36.7 12.2 0.33 1.10 0.46 0.24
　　大理岩 强风化 2.64 25.3 1.29 1.59 3.97 83.5 61.2 0.73 3.10 4.00 0.18
　　表3室内中型剪折减后抗剪强度成果表（单位：MPa）
　　岩性 试验
　　方法 自然抗剪 饱和抗剪
　　  峰值 屈服极限值 残余值 峰值 屈服极限值 残余值
　　  f c f c f c f c f c f c
　　千枚岩 抗剪断 0.61 0.24 0.58 0.46 0.58 0.26 0.59 0.23 0.62 0.24 0.54 0.04
　　 抗剪 0.47 0.21 0.38 0.18   0.50 0.01 0.46 0.00  
　　互层中千枚岩 抗剪断 1.71 0.15 1.76 0.14 1.14 0.12 0.92 0.38 0.92 0.73 0.70 0.44
　　 抗剪 1.16 0.03 0.74 0.00   0.71 0.14 0.66 0.12  
　　大理岩 抗剪断 1.08 0.12 0.94 0.20 0.87 0.15 1.62 0.15 1.73 0.12 0.50 0.20
　　 抗剪 0.85 0.10 0.75 0.01   1.10 0.06 1.01 0.02  
　　
　　
　　4.现场砼/岩体大型抗剪（断）试验
　　①抗剪（断）试验成果
　　考虑到岩体的风化程度、节理裂隙的发育程度、试件底面的平整度及滚链的摩阻力、时间效应和试验误差,峰值的折减系数一般采用0.9，c值的折减系数一般采用0.5。试验最终见表4。
　　表4抗剪（断）试验成果表
　　岩性 试验方法 峰值 屈服值 残余值
　　  tgφ C
　　(MPa) tgφ c
　　(MPa) tgφ c
　　(MPa)
　　千枚岩与大理岩互层 常规 抗剪断 0.62 0.25 0.65 0.32 0.46 0.23
　　  抗剪 0.36 0.20 0.33 0.04  
　　 单点抗剪 0.58 0.12 0.31 0.07  
　　千枚岩 常规 抗剪断 0.64 0.33 0.62 0.48 0.50 0.39
　　  抗剪 0.46 0.25 0.27 0.13  
　　 单点抗剪 0.56 0.18 0.34 0.06  
　　②抗剪（断）强度指标建议值
　　砼与千枚岩与大理岩互层抗剪断强度指标峰值为f´=0.62，c´=0.25MPa；抗剪强度指标峰值为f=0.46，c=0.23MPa。砼与千枚岩抗剪断强度指标峰值为f´=0.64，c´=0.33MPa；抗剪强度指标峰值为f=0.50，c=0.39MPa。
　　5.物理力学性质指标的确定
　　由于全风化大理岩、千枚岩多呈泥状，取样困难，未进行室内试验，其物理力学性质指标类比粘性土确定。强风化大理岩、千枚岩物理力学性质指标如下：
　　①强风化大理岩比重2.64，干容重25.3g/cm3，吸水率1.29%,饱和吸水率1.59%，开型孔隙率3.97%，干抗压强度83.5MPa,饱和抗压强度61.2MPa，饱和抗拉强度3.1MPa，弹性模量4.0MPa×104，泊桑比0.18，软化系数0.73，承载力标准值为550～700kPa。砼与大理岩互层抗剪断强度指标：f´=0.62、c´=0.25MPa，f=0.46。
　　②强风化千枚岩比重2.72，干容重25.5g/cm3，吸水率2.38%,饱和吸水率2.55%，开型孔隙率6.5%，干抗压强度33.9MPa,饱和抗压强度7.80MPa，饱和抗拉强度0.80MPa，弹性模量0.43MPa×104，泊桑比0.29，软化系数0.23，承载力标准值为300～400kPa。砼与千枚岩与抗剪断强度指标：f´=0.6、c´=0.2MPa，f=0.4。
　　③全风化千枚岩、大理岩承载力标准值为200～300kPa。
　　6.全强风化大理岩、千枚岩对水工建筑物稳定的影响
　　全强风化大理岩、千枚岩对水工建筑物稳定的影响主要表现在千枚岩地基的不均匀沉降问题、千枚岩的遇水软化问题、大理岩的渗透稳定问题及深层抗滑稳定问题。
　　（1）地基的不均匀沉降问题
　　全强风化千枚岩，由于风化严重，全风化千枚岩多呈泥状，强度极低；强风化千枚岩多呈碎块状，局部夹有泥状，强度较低。当其作为建筑物地基时易引起建筑物地基发生不均匀沉降，而使水工建筑物受力不均匀产生破坏。
　　（2）全强风化千枚岩存在遇水软化问题
　　在新增非常溢洪道建基面开挖过程中，基坑上游的强风化千枚岩暴露于外界环境中，在地下水的作用下产生软化，强度降低。因此，建议在建基面为千枚岩的水工建筑物基坑开挖过程中预留足够的开挖保护层是非常必要的。
　　（3）大理岩的渗透稳定问题
　　大理岩属碳酸盐类，受地下水侵蚀，溶蚀现象发育。副坝勘探中多处发现有溶蚀裂隙、溶洞等，部分溶蚀裂隙、溶洞内充填含碎石红粘土。溶洞或溶蚀裂隙分布高程不等，无一定规律性，但当溶蚀裂隙、溶洞相互贯通，使基岩裂隙（溶隙）水与上部松散层孔隙水水力联系良好时，疏松的填充物和软弱的风化岩，在高水头等外力作用下，内部结构极易发生变化，形成局部连通较好的集中渗漏通道，在下游产生管涌、流土等渗透破坏，从而威胁水工建筑物的安全。
　　（4）全强风化大理岩、千枚岩深层抗滑稳定问题
　　全强风化大理岩、千枚岩，由于受地质作用的影响，节理裂隙发育，多沿裂隙面形成泥化夹层，当结构面相互贯通时，对水工建筑物易产生深层抗滑稳定问题。正常溢洪道在除险加固施工过程中采用锚索方案，以解决全强风化大理岩、千枚岩的深层抗滑稳定问题。
　　【参考文献】
　　1胡月兰等.水利水电工程岩石试验规程.中国水利水电出版社.2001
　　2孙广忠.岩体力学基础.北京.科学出版社.1983
　　3常士骠等.工程地质手册.北京.中国建筑出版社.1992
　　4王行本等.水利水电工程钻孔压水试验规程（SL31-2003）.中国水利水电出版社.2003