新疆精河下天吉水利枢纽坝址区岩体工程地质特性研究

(黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003)

近年来，随着我国基础设施投资的不断加大，复杂地质条件下的水利工程也逐渐增多。在复杂地质条件下修建水利工程，岩体的工程地质特性往往对水利工程选型及布置产生重大影响，全面详细地研究岩体的变形、力学特性，对复杂地质条件下开展水利工程建设具有重要的实际意义。

本文以新疆精河下天吉水利枢纽为背景，通过现场勘察、室内试验等，对坝址区岩体工程地质特性进行研究，所得结果对于选取坝址区岩体工程地质参数、分析坝基和岸坡的变形及稳定性、制定工程处理方案及工程施工具有一定的指导意义。

1 工程概况

下天吉水利枢纽工程位于新疆博尔塔拉蒙古自治州精河县境内的精河出山口500m处，距精河县城27km，是一项以灌溉、工业供水为主，兼顾防洪的综合性水利工程。下天吉水利枢纽工程受工程投资限制按两期设计、分期实施。

下天吉水利枢纽一期工程为Ⅲ等中型工程。一期工程总库容1290万m3，最大坝高71.5m，坝顶高程683.50m，坝顶长度207m，坝顶宽度为10m。二期续建工程是在一期工程的基础上进行加高，最大坝高由71.5m增至93.5m，坝顶高程由683.50m增至705.50m。

2 工程地质特征

工程区位于西天山北部，在大地构造单元上属博罗科努地槽褶皱带南部的博罗科努山复背斜三级构造单元。坝址区50年超越概率10%的地震动峰值加速度为171.50gal，相对应的地震烈度为Ⅷ度，工程区属区域构造稳定性较差地区。

坝址区河流呈“S”形展布，为不对称河谷，谷底宽80m，河床20～30m。两岸山体雄厚，岸坡陡峻，坡度30°～50°，发育有Ⅱ～Ⅳ级基座阶地。

坝址区分布古生界泥盆系中统汗吉组的火山岩系，为火山-沉积碎屑岩类，主要岩性为粉砂岩、凝灰岩、凝灰质粉砂岩。由于时代较老，经受历次构造运动，坝址区低序次结构面较发育，岩体完整性较差。

坝址区断层发育，出露断层主要集中在左坝肩及其下游侧岸坡，两岸发育断层44条，其中规模相对较大的断层有18条。

3 坝址区岩体工程地质特性综述

坝址区出露的基岩为泥盆系中统汗吉尕组的火山碎屑-沉积岩系，岩性为砂质凝灰岩、凝灰质粉砂岩、凝灰岩、砂岩及粉砂岩，其岩体具有“杂、硬、碎、脆、裂”的工程地质特性。

3.1 地质成分复杂

坝址区岩石成分及成因复杂。据坝址区不同岩性岩石磨片(共24片)鉴定结果，其岩石由晶屑、岩屑及火山灰胶结物组成，一般具有凝灰结构。火山灰胶结物含量约占30%～86%，以火山灰为主，含黏土质物质；岩屑主要由火山凝灰岩、长英质砂岩、硅质岩及泥质岩组成；晶屑主要以石英、长石为主，含白云母、辉石、电气石等多种矿物。坝址区岩石成分复杂；坝址区岩石既有以火山爆发作用为主的火山碎屑岩(如凝灰岩)，又有以沉积作用为主的沉积火山碎屑岩(如凝灰质粉砂岩)，兼具有火山岩和沉积岩的特点，属火山岩与沉积岩之间的过渡类型，其成因复杂。

3.2 抗压强度高

室内试验结果表明，坝址两岸岩石单轴饱和抗压强度为31.10～126MPa，属中硬岩—坚硬岩，单块新鲜完整岩石多属坚硬岩(见图1)。

图1 坝址区岩体饱和单轴抗压强度、饱和单轴抗拉强度统计

3.3 岩石性脆易碎

坝址两岸完整的岩块或岩体经敲击等扰动后呈块状剥落或破裂，呈碎块状；岩石抗压强度一般为抗拉强度的6～10倍，泊松比为0.16～0.24，证明坝址区岩石性脆而易碎。

3.4 节理裂隙发育

宏观上，坝址区断层、节理裂隙发育，将岩体切割成块状；微观上，显微镜下岩石隐形节理裂隙、岩脉发育(观察到节理裂隙、岩脉的薄片占83%)，进一步将岩体切割成细小的碎块。坝址区岩体扰动后，易沿节理裂隙面发生破裂。

虽然坝址区单块完整岩石室内饱和抗压强度较高，具有坚硬岩的特点，但由于其岩体节理裂隙发育、岩体破碎，坝址区岩体总体表现为中硬岩的特性。

受坝址区岩体“杂、裂”等工程地质特性的影响，岩石湿度对其抗压强度影响较大，坝址区岩石软化系数为0.36～0.99，其中软化系数小于0.75的试件约占67%(见图2)。

图2 坝址区岩体软化系数统计

4 坝址区岩体波速测试

为了解岩体风化卸荷程度，在钻孔和平洞内做了波速测试。从测试结果中可以看出，水平方向上，从洞口向里，强风化卸荷带(卸荷为主)波速一般为1470～3000m/s，而弱风化卸荷带波速一般为2230～4120m/s，随着岩体受风化卸荷影响程度的降低，弹性波速逐渐变大，局部洞段受节理影响，波速略有降低；垂直方向上，钻孔中强风化卸荷带(卸荷为主)波速一般为1586～3000m/s，弱风化卸荷带波速一般为3000～3500m/s，而微风化卸荷带波速一般大于3500m/s，随着钻孔深度增加，风化卸荷作用减弱，波速逐渐增大，局部构造发育部位波速会出现低值，至微风化卸荷岩体，平均纵波速一般大于3500m/s。

从探洞和钻孔波速测试来看，坝址区强风化卸荷带波速一般在2000m/s以下，部分波速在2000～3000m/s之间，说明强风化卸荷带岩体整体较破碎，局部岩体完整性较好，其波速也相对较大。微风化卸荷—弱风化卸荷带其平均波速一般在3000～4000m/s之间，波速总体偏低，分析其原因：一是受坝址区岩体隐形节理影响，坝址区岩石隐形节理发育导致岩体声波传导总体偏低；二是受坝址区岩体完整程度影响，坝址区构造发育，受构造活动影响，岩体完整性较差，导致波速传导降低。均为受构造影响，符合“碎、裂”特点。例如，坝址区钻孔在孔深130m范围内，岩芯多为碎块状、粉末状，难以见到柱状、长柱状岩芯，说明岩体较破碎，而平洞在洞深100m范围内，洞壁一般节理较发育或呈碎裂状，说明坝址区岩体总体完整性较差，受其影响声波测试时波速值偏低。

通过对比发现，同类岩体洞壁地震波测试结果普遍低于孔内声波测试结果，分析其原因：一是测试方法本身的差异；二是洞壁均不同程度地受到爆破影响，导致一定深度范围内岩体松动，而钻孔钻进中机械破坏对岩芯影响较大，对孔壁岩体影响较小，因此，钻孔波速测试更能较为真实地反映岩体结构的状况。进一步证明扰动对区内岩体的完整性影响较大。

5 结 论

通过现场勘察、室内试验，下天吉坝址区岩体具有“杂、硬、碎、脆、裂”的工程地质特性。在选取坝址区岩体的工程地质参数、分析坝基和岸坡的变形及稳定性、评价坝基及坝肩渗漏、制定工程处理方案等时，均应充分考虑坝址区岩体“杂、硬、碎、脆、裂”的工程地质特性，同时，施工时应尽可能减少对岸边坡岩体的扰动。