司治

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院勘測總隊(duì)，新疆昌吉831100）

1 工程概況

某水庫位于新疆境內(nèi)，是1座在建的以蓄洪為主的大型水利樞紐工程。總庫容6.4×106m3，為國家重點(diǎn)工程。

施工中發(fā)現(xiàn)：在主壩右肩部，比高約300m，坡度約45°的山體邊坡上，存在垂直坡面厚度約20m的岸坡巖石傾倒體。其巖性為新第三紀(jì)泥巖，粉砂巖互層，常見泥巖，正常地層產(chǎn)狀NE65°·SE＜70°～85°。由于第四紀(jì)以來右岸山體的強(qiáng)烈上升和風(fēng)化侵蝕，邊坡巖層出現(xiàn)彎曲、扭折、變形和傾倒，致使上部巖石風(fēng)化破碎，自然緊密度較不均一，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部發(fā)育有不連續(xù)張性滑裂縫，裂隙與巖層的走向基本為上下游方向。為此，水利部有關(guān)部門審查決定，對右壩肩傾倒體進(jìn)行防滲和灌漿處理，以防止傾倒體在水庫蓄水后產(chǎn)生過量沉陷和下滑，危及水庫大壩的安全穩(wěn)定。

2 基本原理及工作方法

地震波在巖體中的傳播，一般可看作振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播[1]。因此，縱波速度值主要反映了巖石的抗壓縮與抗拉伸的能力，即抗壓縮與抗剪切能力的組合。橫波速度反映巖石抗剪切能力。一般認(rèn)為橫波波速受巖石水的賦存條件影響較小。巖石泊松比主要反映了巖石抗壓縮與抗剪切能力的相關(guān)關(guān)系。

但在實(shí)際工作中，主要測試巖體波速，其不僅取決于巖石的強(qiáng)度，且在巖體局部的特殊條件下，并不服從彈性介質(zhì)的傳播規(guī)律。因此，巖體波速在一定程度上是巖石強(qiáng)度特性和巖體構(gòu)造特性綜合效應(yīng)。巖體波速值及巖體波速與巖石波速的接近程度（即巖體完整性系數(shù)Kv=V2pm/V2pr,其中，Vpm為巖體縱波速度Vpr為室內(nèi)巖塊速度），是判定巖體強(qiáng)度及完整程度，結(jié)構(gòu)特征的重要依據(jù)。

根據(jù)地形條件，傾倒體地震波速測試主要是設(shè)置專門的勘探孔或利用灌漿孔，檢查孔采用地震跨孔法、單孔時(shí)距曲線法及檢層法分別測試灌漿地段巖體鉛直方向、傾斜方向、水平方向以及灌前、灌后波速的變化情況，從而劃分傾倒體的界線及原始狀態(tài)，檢查并了解灌后巖體的改善情況。

針對傾倒體的特殊性，為避免各種可能因素對灌后波速值的影響，通常采用灌前、灌后原位對比的測試方法，即在主要灌漿地段設(shè)置若干（2個(gè)以上）或選擇若干個(gè)灌漿孔作為物探測試孔進(jìn)行灌前的原位波速測試，灌后待凝28d以上，對原孔進(jìn)行同測點(diǎn)、同方法的灌后原位波速的對比測試，除勘探孔采用造孔與測試一次完成，灌漿孔灌前測試，根據(jù)灌漿工藝，每孔分3~6段循環(huán)進(jìn)行。

3 測試成果與分析

3.1 傾倒體界線劃分與原始狀態(tài)分析

根據(jù)大量灌前單孔時(shí)距曲線斜率計(jì)算巖體垂向波速結(jié)果表明：孔內(nèi)地層自上而下一般均可分為3個(gè)波速段：第1段波速1300~1700m/s；第2段波速1700~2500m/s；第3段波速2500~2800m/s。除第3段波速值全區(qū)各孔反映較穩(wěn)定，上部2個(gè)波速段各孔測試結(jié)果有較大出入，層位反映也變化較大。除個(gè)別孔，上部2個(gè)波速段波速值均較其他方法地震測試結(jié)果較高。

根據(jù)傾倒體結(jié)構(gòu)特征分析，單孔時(shí)距曲線可能對傾倒體主要發(fā)育陡傾角裂隙反映較差，主要受巖塊結(jié)構(gòu)特征影響較大，故測定的巖體垂向波速較大，且不穩(wěn)定，此外，可能受上部傾斜混凝土蓋層影響，發(fā)生了折射。

地震檢層法波速測試同樣可以反映巖體波速隨孔深增加波速增大的趨勢，但受上部回填壩料混凝土層影響，分層較為困難。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行地震跨孔水平方向波速測試，采用跨距7~12m，取得了較好的地質(zhì)效果。

根據(jù)地震跨孔水平波速測試結(jié)果，選取本區(qū)巖體最高波速V=2800m/s作為完整巖石波速V值，通過計(jì)算傾倒體各層巖體完整性系數(shù)Kv值，對傾倒體的原始狀態(tài)進(jìn)行了分析，如表1所示。結(jié)果表明，根據(jù)跨孔水平波速測定，可劃分出強(qiáng)傾倒體、弱傾倒體和正?；鶐r3個(gè)界線根據(jù)波速特征分析，初步認(rèn)為強(qiáng)傾倒體主要發(fā)育為破碎結(jié)構(gòu)，局部可能存在有較大的裂隙和裂縫通過。弱傾倒體主要發(fā)育為裂隙結(jié)構(gòu)，并且?guī)r體裂隙及松散程度隨著深度的增加逐漸減少、減小正?；鶐r巖體較為完整。

表1 傾倒體原始狀態(tài)分析表

3.2 傾倒體灌漿效果檢查評價(jià)

3.2.1 灌漿前后地震總體平均波速對比

為了解灌漿的整體效果，將灌漿前后所有可對比地震波速值進(jìn)行總體平均對比，結(jié)果如下：一試區(qū)灌前平均波速1612m/s，灌后平均波速2142m/s，灌后平均波速相對提高33%?？紤]到一試區(qū)采用檢層法測試，一部分波速經(jīng)校正誤差等因素影響，灌后波速提高百分率采用25%較為合適。二試區(qū)灌前平均波速1733m/s，灌后平均波速2132m/s灌后平均波速相對提高20%。統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明：試驗(yàn)區(qū)灌漿整體效果是顯著的。注意：要使以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)更具代表性，統(tǒng)計(jì)參數(shù)應(yīng)盡量均勻分布在整個(gè)測試地段的各個(gè)部分（包括傾倒體和正?；鶐r）。

3.2.2 灌漿前后地震分層平均波速對比

由于傾倒體灌漿不同于一般的基巖灌漿，為分別了解強(qiáng)傾倒體、弱傾倒體及正常基巖不同的灌漿效果，特將灌漿前后各層所有可對比地震波速值進(jìn)行分層平均波速對比，結(jié)果顯示，其灌后各層波速變情況與巖體分段可灌性及灌漿吃漿量相吻合，符合傾倒體灌漿的正常規(guī)律。

3.2.3 灌漿前后波速頻態(tài)曲線分析

為了進(jìn)一步了解巖體不同波速值的灌后變化情況，將灌漿前后所有可對比地震波速測試結(jié)果按不同波速段進(jìn)行百分概率統(tǒng)計(jì)，繪制出波速頻態(tài)曲線。從中可以看出，二試區(qū)灌漿前巖體波速小于1500m/s的部分所占比例較大，灌后則明顯減少或消失，灌前巖體波速大小1500m/s的部分所占比例相對較小，灌后則明顯增大，說明二試區(qū)的灌漿效果較好，一試區(qū)灌前巖體波速小于1500m/s的部分灌后雖有所減少，但仍占較大比例。灌前波速大于1500m/s的部分灌后雖有所提高，但仍未占主要部分，因此，一試區(qū)灌漿對低速段的試區(qū)灌漿前后波速頻態(tài)曲線改善仍有不足，根據(jù)試驗(yàn)區(qū)檢查孔壓水試驗(yàn)結(jié)果表明，一試區(qū)灌漿混凝土蓋層與巖石接觸段及強(qiáng)傾倒體部分壓水指標(biāo)不滿足設(shè)計(jì)指示，即ω＜0.05L/（min·m2）（ω為壓水試驗(yàn)指標(biāo)），因此，初步認(rèn)為：傾倒體灌后波速小于1500m/s的部分基本消失后，則單位吸水量滿足灌漿設(shè)計(jì)指標(biāo)，灌后波速小于1500m/s的部分仍占較大比例時(shí)，則不滿足灌漿設(shè)計(jì)指標(biāo)。

4 結(jié)語

對于無法進(jìn)行大量常規(guī)壓水試驗(yàn)和巖芯采取的復(fù)雜地質(zhì)體，利用地震波速測試可以取得較好的效果；針對傾倒體的特殊結(jié)構(gòu)，采用事先設(shè)置專門的勘探孔及地震跨孔法灌前灌后原位對比的測試方法，可減少某些可能存在的干擾因素，結(jié)果直觀可行；由于傾倒體巖石處于半干燥狀態(tài)，灌漿漿液析出水可能對灌后波速有一定影響，從而影響灌后效果的評價(jià)，為此，進(jìn)行了部分灌后未待凝情況下的重復(fù)波速測量，初步認(rèn)為在穩(wěn)定性漿液灌注及灌后待凝28d以上測試，其漿液析出水對巖體灌后波速的增大影響很小；在灌漿地震波速測試孔的數(shù)量及孔位布置上還有待于進(jìn)一步改進(jìn)。