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滾弄水電站巖體變形特性試驗研究

文檔作者：蘇智光，戴培志，廖建軍，錢東宏文檔來源：中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院		點擊數：	更新時間： 2025年12月30日
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２０１３ 年第５ 期
２０１３ Ｎｕｍｂｅｒ ５
水電與新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
總第１１０ 期
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１１０
文章編號：１６７１ －３３５４（２０１３）０５ －００１０ －０６
收稿日期：２０１３ －０４ －２６ 作者簡介：蘇智光，男，高級工程師，主要從事工程質量檢測及巖石力學試驗工作。
滾弄水電站巖體變形特性試驗研究
蘇智光，戴培志，廖建軍，錢東宏
（中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院，云南昆明?。叮担埃埃担保?
摘要：對滾弄水電站在可行性研究階段進行了一定數量的現場巖體變形試驗，介紹了試驗方法，得出了可供工程設計需
要的巖體彈性模量和變形模量指標，根據二者的比值評價了本工程巖體的特性，為工程設計提供了依據。
關鍵詞：滾弄水電站；變形模量；彈性模量
中圖分類號：ＴＵ４５５　　　文獻標志碼：Ａ
Experimental Study on the Rock Mass Deformation Characteristics
of Gunnong Hydropower Station
ＳＵ Ｚｈｉｇｕａｎｇ， ＤＡＩ Ｐｅｉｚｈｉ， ＬＩＡＯ Ｊｉａｎｊｕｎ， ＱＩＡＮ Ｄｏｎｇｈｏｎｇ
（Ｈｙｄｒｏｃｈｉｎａ Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ， Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００５１， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ａ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｏｎ-ｓｉｔｅ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｓｔｓ ｄｕｒｉｎｇ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｓｔｕｄｙ ｓｔａｇｅ ｏｆ Ｇｕｎｎｏｎｇ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ
ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ．Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｅｌａｓｔｉｃ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｏｄｕ -
ｌｕｓ ｍｅｅｔｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎｓ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｍｏｄｕｌｅｓ， ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｗｅｒｅ ｅｖａｌｕａｔｅｄ， ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ． Key words： Ｇｕｎｎｏｎｇ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ； ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｕｓ； ｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ
　　滾弄水電站位于怒江下游、緬甸境內的丹倫江干
流上。初步研究利用水頭約６１ ｍ，正常蓄水位約
５２０ ｍ，裝機容量約１ ４００ ＭＷ。樞紐布置以中壩址為
代表，壩型為混凝土重力壩。
擬建壩址河段位于南定河與丹倫江干流匯合口處
上游約３ ｋｍ 以上的河段上。河道兩岸地形總體為
“Ｖ”字形。根據地形地貌、地質條件、水能規(guī)劃及水工
施工樞紐布置條件等，在擬建高壩的５ ｋｍ 河道內初步
選擇了上中下３ 個壩址。
壩段區(qū)主要出露地層隸屬國內的二迭系下統(tǒng)沙子
坡組（Ｐ１ｓ），為一套海相及海陸交互相沉積構造。巖性
主要為厚－巨厚層狀的灰?guī)r、白云質灰?guī)r、碎屑－角礫
狀灰?guī)r夾礫巖及紫紅色中厚－厚層狀細砂巖。巖層產
狀Ｎ４０°～６０°Ｅ，ＳＥ∠３５°～４０°，局部地段擠壓變形明
顯，傾角變化較大。在擬建壩址的壩段兩岸巖體受構
造影響不大，尤其上壩址，巖體完整性較好；殺馬
溝———根基斷裂（Ｆ１９ ）總體呈Ｎ２０°～３０°Ｅ 展布，該斷
裂在水庫區(qū)近壩庫段斜穿丹倫江，沿ＳＷ 向順壩段右
側延伸，在南定河處被南定河斷裂左旋錯斷，形成年代
早于南定河斷裂。
１　試驗布置及試驗方法
１．１　試驗布置
在上、中、下３ 個壩址１２ 個勘探平硐內共布置了
１４ 點巖體變形試驗，見表１。
１．２　試驗方法
本次采用剛性承壓板法。
在選定試驗點位置２ ｍ ×２ ｍ 的范圍內，用人工清
除爆破松動區(qū)的巖石，加以修鑿平整，使試驗面起伏差
小于１ ｃｍ。試面中心位置貼承壓板處起伏差應小于
５ ｍｍ。用水將試面清洗干凈，并對試面進行編號、拍
照和地質描述。最后將Φ５０ ～Φ５２ ｃｍ 的承壓板用
標號５２５ 水泥漿緊貼于試面中心，養(yǎng)護７ ｄ 后方可進
行試驗。
１０
蘇智光，等：滾弄水電站巖體變形特性試驗研究２０１３ 年９ 月
表１　滾弄水電站巖體變形試驗試點位置及巖性統(tǒng)計表ｍ　
序號試點編號試點位置巖性
１ Ｅ１３１ －１ ２ Ｅ１３１ －２ ３ Ｅ１３２ －１ ４ Ｅ１３２ －２ ５ Ｅ１３４ －１ 上壩址
左岸ＰＤ１３１ 硐深３６ ～３８ 白云質灰?guī)r ＰＤ１３１ 硐深９３ ～９５ 白云質灰?guī)r 右岸
ＰＤ１３２ 硐深３０．５ ～３２．５ 白云質灰?guī)r ＰＤ１３２ 硐深５６ ～５８ 白云質灰?guī)r ＰＤ１３４ 硐深４０ ～４２ 白云質灰?guī)r ６ Ｅ１２１ －１ ７ Ｅ１２７ －１ ８ Ｅ１２３ －１ ９ Ｅ１２２ －１ １０ Ｅ１２４ －１ １１ Ｅ１３０ －１ １２ Ｅ１３０ －２ 中壩址
左岸
ＰＤ１２１ 硐深１０６ ～１０８ 紫紅色砂巖 ＰＤ１２７ 硐深４０ ～４２ 紫紅色角礫巖 ＰＤ１２３ 硐深７９ ～８１ 紫紅色砂巖 右岸
ＰＤ１２２ 硐深５４ ～５６ 青灰色角礫巖 ＰＤ１２４ 硐深３３ ～３５ 紫紅色角礫巖 ＰＤ１３０ 硐深４５ ～４７ 青灰色角礫巖 ＰＤ１３０ 支硐硐深２０ ～２２ 棕紅色砂巖 １３ Ｅ１１１ －１ １４ Ｅ１１２ －１ 下壩址
左岸 ＰＤ１１１ 硐深３０ ～３２ 白云質灰?guī)r 右岸 ＰＤ１１２ 硐深６０ ～６２ 白云質灰?guī)r 注：試點位置均為平硐底板。
　　試驗加壓采用逐級一次循環(huán)法，分５ 級進行，試驗
最大正應力不低于６．０ ＭＰａ。變形穩(wěn)定標準：加壓后
立即讀數一次，以后每隔１０ ｍｉｎ 讀數一次，當所有承
壓板上的測表相鄰兩次讀數差ΔW０ 與同級壓力下第
一次變形讀數和前一級壓力下最后一次變形讀數差
W０ 之比｜ΔW０ ／W０ ｜＜５％時，即認為變形穩(wěn)定。逐級一
次循環(huán)法試驗曲線圖例見圖１。
圖１　逐級一次循環(huán)法試驗曲線圖
剛性承壓板法變形試驗是通過剛性承壓板施力于
巖體表面，測量巖體變形，按式（１）計算巖體的變形模
量和彈性模量。
E ＝π４
×（１ －μ２ ）pD
W （１）
式中：E 為巖體變形（彈性）模量，以總變形W０ 代入式
中計算的為變形模量E０ ，以彈性變形Wｅ 代入式中計
算的為彈性模量Eｅ，ＭＰａ；W 為巖體變形，ｃｍ；p 為按承
壓板單位面積計算的壓力，ＭＰａ；D 為承壓板直徑，ｃｍ；
μ為泊松比。
２　試驗成果
滾弄水電站可行性研究階段巖體變形試驗成果見
表２。
Ｅ１１１ －１ 位于下壩址左岸ＰＤ１１１ 勘探平硐３０．０ ～
３２．０ ｍ 底板位置，巖性為灰白色白云質灰?guī)r，微風
化－新鮮，厚層狀，總體表現為似完整鑲碎結構。試點
巖體節(jié)理發(fā)育，多閉合，延伸短，大部分為鈣質及方解
石脈充填，少量有泥質成份充填，面平直或起伏、粗糙，
巖體新鮮，層厚，堅硬致密，完整性較好，試驗值較高。
Ｅ１１２ －１ 位于下壩址右岸ＰＤ１１２ 勘探平硐６０．０ ～
６２．０ ｍ 底板位置，試點巖性為淺灰色白云質灰?guī)r，弱
風化，鑲嵌結構為主，局部塊狀結構及碎裂結構。試點
巖體處于卸荷帶內，節(jié)理裂隙發(fā)育，多張開，次生泥、巖
屑及泥質充填，局部為方解石脈，結構松散，完整性差，
試驗值也較低。
Ｅ１２１ －１ 位于中壩址左岸ＰＤ１２１ 勘探平硐１０６．０ ～
１０８．０ ｍ 底板位置，試點巖性為紫紅色砂巖，弱下風
化，?。訝睿槍庸?jié)理發(fā)育。局部沿層面具少量泥
化現象，且斷層較發(fā)育；巖體破碎，結構松散，完整性較
１１
水電與新能源２０１３ 年第５ 期
差。聲波測試造孔時的泥質巖粉、鉆進速度不均以及
聲波測試時測孔漏水嚴重等現象，反映了該試點下伏
巖體節(jié)理裂隙、含泥層面或斷層發(fā)育，巖體完整性較
差，變形模量較低。
表２　巖體變形試驗成果表（剛性承壓板法）
試點
編號
試驗
壓力
P／
ＭＰａ
全變形
WＴ ／
（１０ －４ ｃｍ）
彈性
變形
WＥ ／
（１０ －４ ｃｍ）
變形
模量
M／
ＧＰａ
彈性
模量
E／
ＧＰａ
E／M
Ｅ１１１ －１ ６．１８６ ８３ ６４ ２８．６９５ ３７．１３５ １．２９ Ｅ１１２ －１ ６．１３９ ６２５ ４７６ ３．６６４ ４．８０９ １．３１ Ｅ１２１ －１ ６．１８６ ７４ ４４ ３．１０５ ５．２８２ １．７０ Ｅ１２２ －１ ６．０８０ ５９ ５０ ３９．６６４ ４７．２７６ １．１９ Ｅ１２３ －１ ６．１８６ １５８ １０７ １４．９５９ ２２．１２５ １．４８ Ｅ１２４ －１ ６．４３８ ５３ ４１ ４６．６７３ ６０．７９１ １．３０ Ｅ１２７ －１ ６．１８６ ２３１ １６９ １０．２７０ １４．０４９ １．３７ Ｅ１３０ －１ ６．１１５ １８０ １５４ １３．０５８ １５．３０９ １．１７ Ｅ１３０ －２ ６．２２２ １１７ ８６ １９．８４１ ２７．０５０ １．３６ Ｅ１３１ －１ ６．７２１ ７７ ５３ ３２．２２５ ４７．１０９ １．４６ Ｅ１３１ －２ ６．２１４ １３０ ９６ １８．３６４ ２４．７０８ １．３５ Ｅ１３２ －１ ６．１３９ ４４４ ３３４ ５．３１１ ７．０６１ １．３３ Ｅ１３２ －２ ６．０９２ １５１ １２１ １５．６１０ １９．３７５ １．２４ Ｅ１３４ －１ ６．１０７ ７３ ５５ ３１．０１１ ４０．８３３ １．３２ 注：由于Ｅ１１２ －１ 、Ｅ１２１ －１ 試點巖體完整性較差，計算彈性模量與變
形模量時，μ?。埃常?，其余試點μ均?。埃玻怠?
Ｅ１２２ －１位于中壩址右岸ＰＤ１２２ 勘探平硐５４．０ ～
５６．０ ｍ 底板位置，試點巖性為青灰－灰黃色角礫巖，
微風化－新鮮，厚層狀結構－巨厚層狀結構。巖體節(jié)
理裂隙不發(fā)育，巖體新鮮，層厚，堅硬致密，完整性較
好，試驗所得變形模量也較高。
Ｅ１２３ －１位于中壩址左岸ＰＤ１２３ 勘探平硐７９．０ ～
８１．０ ｍ 底板位置，試點巖性為紫紅色砂巖，弱風化下
帶，互層狀結構－中厚層狀結構。巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，
多閉合，少量微張，泥質、鈣質及巖屑充填，局部為方解
石脈充填，面起伏、粗糙，巖體完整性一般。
Ｅ１２４ －１位于中壩址右岸ＰＤ１２４ 勘探平硐３３．０ ～
３５．０ ｍ 底板位置，試點巖性為紫紅色角礫巖，角礫成
份多為白云質灰?guī)r、灰?guī)r、方解石及石英等，弱風化下
帶，中厚層狀結構－厚層狀結構。試點范圍內巖體基
本無節(jié)理裂隙，巖體層厚，膠結緊密，堅硬完整。
Ｅ１２７ －１ 位于中壩址左岸ＰＤ１２７ 勘探平硐４０．０ ～
４２．０ ｍ 底板位置，試點巖性為紫紅色角礫巖，弱風化，
似完整鑲碎結構。試點巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，張開或微
張，泥質、鈣質充填，少量為方解石脈充填，面起伏、粗
糙，巖體完整性較差，試驗結果也相應較低。
Ｅ１３０ －１ 位于中壩址右岸ＰＤ１３０ 勘探平硐４５．０ ～
４７．０ ｍ 底板位置，試點巖性為青灰－灰黃色角礫巖，
微風化－新鮮，厚層狀結構－巨厚層狀結構。巖體節(jié)
理裂隙發(fā)育，節(jié)理面起伏、粗糙，微張，泥質、巖屑及鈣
質充填；試面有方解石脈出露，寬５ ～１５ ｍｍ，膠結較緊
密。巖體完整性較差。
Ｅ１３０ －２ 位于中壩址右岸ＰＤ１３０ 勘探平硐上游支硐
２０．０ ～２２．０ ｍ 底板位置，試點巖性為棕紅色砂巖，微
風化－新鮮，中厚層狀結構。試點巖體無節(jié)理裂隙發(fā)
育，僅有３ 條方解石細脈出露，膠結緊密；巖層較厚，埋
深大，風化程度不高，堅硬完整。
Ｅ１３１ －１ 位于上壩址左岸ＰＤ１３１ 勘探平硐３６．０ ～
３８．０ ｍ 底板位置，試點巖性為灰白色－灰色白云質灰
巖，微風化－新鮮，中厚層狀結構。試點置于一厚層巖
體上，節(jié)理欠發(fā)育，多閉合，延伸短，大部分為鈣質及方
解石脈充填，少量有泥質成份充填，面平直或起伏、粗
糙，巖體新鮮，層厚，堅硬致密，完整性好，因而試驗結
果相應較高。
Ｅ１３１ －２ 位于上壩址左岸ＰＤ１３１ 勘探平硐９３．０ ～
９５．０ ｍ 底板位置，試點巖性灰白色－灰色白云質灰
巖，微風化－新鮮，薄層狀結構。巖體節(jié)理發(fā)育，多閉
合，泥、鈣質及少量方解石脈充填，面平直或起伏、粗
糙。巖體雖新鮮，但節(jié)理發(fā)育，且為薄層狀結構，巖體
較完整。
Ｅ１３２ －１ 位于上壩址右岸ＰＤ１３２ 勘探平硐３０．５ ～
３２．５ ｍ 底板位置，試點巖性為灰白色白云質灰?guī)r，弱
風化下帶，薄層狀結構。試點巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，多卸
荷張開，寬１ ～４ ｍｍ，泥、鈣質及方解石脈充填，節(jié)理面
平直或起伏、粗糙。由于節(jié)理裂隙切割，巖體破碎，完
整性較差，變形模量也相對較低。
Ｅ１３２ －２ 位于上壩址右岸ＰＤ１３２ 勘探平硐５６．０ ～
５８．０ ｍ 底板位置，試點巖性為灰白色白云質灰?guī)r，微
風化－新鮮，互層狀結構。試點巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，多
閉合，延伸短，鈣質、銹膜及方解石脈充填，節(jié)理面平直
或起伏、粗糙；巖體新鮮、致密、堅硬，完整性較好，變形
模量也較Ｅ１３２ －１ 高。
１２
蘇智光，等：滾弄水電站巖體變形特性試驗研究２０１３ 年９ 月
Ｅ１３４ －１ 位于上壩址右岸ＰＤ１３４ 勘探平硐
４０．０ ～４２．０ ｍ 底板位置，試點巖性為灰白色白云質灰
巖，微風化－新鮮，中厚層狀結構。試點巖體節(jié)理裂隙
雖發(fā)育，但延伸短，多閉合，鈣質、銹膜充填，節(jié)理面平
直或起伏、粗糙；由于試點巖體為中厚層、新鮮、致密、
堅硬、完整，因而試驗結果較高。
總體來說，１４ 點巖體剛性承壓板法變形試驗，其
試驗結果與其地質條件相吻合。
３　成果分析
３．１　影響巖體變形特性的主要因素
（１）結構面產狀，主要表現在巖體變形隨結構面
及應力作用方向間夾角的不同而不同，即導致巖體變
形的各向異性。這種影響在巖體中結構面組數較少時
表現特別明顯，而隨結構面組數增多，反而越來越不明
顯。一般來說，作用力方向平行結構面方向的變形模
量E∥大于垂直方向的變形模量E⊥。
（２）結構面密度。主要表現在隨結構面密度增
大，巖體完整性變差，變形增大，變形模量減小。當結
構面密度大到一定程度時，對巖體變形的影響就不明
顯了。
（３）結構面的張開度及充填特征對巖體的變形也
有明顯的影響。一般來說，張開度較大且無充填或充
填薄時，巖體模量較小；反之，則巖體變形較小，變形模
量較大。
３．２　巖體變形特征分析
根據其應力（P） －變形（W）關系曲線，巖體的變
形特征可歸納為４ 種類型：直線型、上凹型、下凹型及
折線型。見圖２。
圖２　巖體變形特性P －W 關系曲線類型圖
直線型：一般在完整、致密的巖體中，在多組不定
向裂隙切割巖體中，或者成層的巖體平行于層理加壓
時，均能呈現這種形狀的曲線。
上凹型：是具有層理、裂隙等結構面的非均質巖體
的變形特征。如在軟硬巖層互層、含夾層、節(jié)理裂隙等
結構面的巖體中，且垂直結構面加壓時，可出現這種形
狀的曲線。它反應了隨壓力增高，結構面逐漸被壓密，
模量有逐漸增大的趨勢。
下凹型：這一類型的曲線是巖體具有層理、裂隙且
隨深度增加巖體剛度逐漸減弱的特征。另外，隨壓力
增加，巖體產生新的裂縫，模量有逐漸減小的趨勢。
折線型：在加壓開始段變形較大，沿坡度較陡的直
線變化，到一定壓力后出現轉折。有初始應力或巖體
具有“結構強度”，存在于巖體中的軟弱帶在小壓力下
被壓屈服，都可能出現這種形狀的曲線。
滾弄水電站樞紐區(qū)上下壩址地層較單一，主要為
二疊系下統(tǒng)沙子坡組的碳酸鹽巖地層，巖性以白云質
灰?guī)r為主。上下壩址布置的７ 點巖體變形試驗，５ 點
為微新風化巖體，２ 點為弱風化巖體，結構類型多樣，
巖體一般發(fā)育多組節(jié)理裂隙，在試驗壓力增加時，應力
逐步向試點深部及周邊傳遞、發(fā)展，變形隨應力的增加
而增大，且隨深度增加巖體剛度逐漸減弱；另外，隨壓
力增加，巖體產生新的裂縫，模量有逐漸減小的趨勢，
應力（P） －變形（W）關系曲線特征多表現為下凹型，
如Ｅ１１１ －１ 、Ｅ１１２ －１ 、Ｅ１３１ －１ 、Ｅ１３１ －２ 、Ｅ１３２ －２ 、Ｅ１３４ －１ ；而Ｅ１３２ －１
試點，巖體完整性雖然相對較差，但節(jié)理裂隙發(fā)育程度
均一，隨試驗壓力的增加，巖體變形也逐漸向深部傳
遞，模量基本保持不變，其應力（P） －變形（W）關系曲
線特征大致為直線型（第一循環(huán)除外）。
而中壩址地層巖性較上下壩址復雜，巖性為一套
陸相或海陸交互相的碎屑巖沉積，且左右兩岸差異性
較大，左岸有砂巖和巖屑角礫巖分布，右岸主要以巖屑
角礫巖地層為主。該壩址布置的７ 點巖體變形試驗，
其應力（P） －變形（W）關系曲線特征３ 點表現為下凹
型，２ 點表現為折線型，１ 點表現為上凹型，１ 點表現為
直線型。
Ｅ１２２ －１ 、Ｅ１２４ －１ 、Ｅ１２７ －１巖體變形試驗，雖然試點巖體
較完整，節(jié)理裂隙欠發(fā)育，在試驗壓力增加時，應力逐
步向試點深部及周邊傳遞、發(fā)展，其巖體下伏的層理、
裂隙隨深度增加，巖體剛度漸減減弱，變形增量隨應力
的增加而增大；另外，隨壓力增加，巖體產生新的裂縫，
模量有逐漸減小的趨勢，因而應力（P） －變形（W）關
系曲線特征表現為下凹型。
Ｅ１２３ －１ 、Ｅ１３０ －２巖體變形試驗，由于有初始應力或巖
體具有“結構強度”，存在于巖體中的軟弱帶在小壓力
下被壓屈服，其應力（P） －變形（W）關系曲線特征表
現為折線型。
Ｅ１２１ －１ 巖體變形試驗，由于試點巖體為?。?
狀，且順層節(jié)理裂隙發(fā)育，其施力方向與巖體層面斜
１３
水電與新能源２０１３ 年第５ 期
交，隨壓力增高，巖體節(jié)理裂隙逐漸被壓密，模量有逐
漸增大的趨勢，因而其應力（P） －變形（W）關系曲線
特征表現為上凹型。
Ｅ１３０ －１巖體變形試驗，試點巖體的節(jié)理裂隙發(fā)育程
度均一，隨試驗壓力的增加，巖體變形也逐漸向深部傳
遞，因而模量基本保持不變，其應力（P） －變形（W）關
系曲線特征大致為直線型。
３．３　巖體變模（M）彈模（E）關系
同一試點，在計算變形模量（M）時，變形包含可恢
復變形和不可恢復變形，而計算彈性模量（E）時，其變
形僅為可恢復變形，故彈性模量（E）值要大于變形模
量（M）值，如巖體越完整，變形模量（M）、彈性模量
（E）值就越接近；反之，則相差越大。根據E 值與M
值偏差的大小，能大致了解其巖體的完整性及其巖體
的變形特征。將同一試點中的實測E、M 值作為變量
繪于圖中，根據E ／M 的比值大小，可以大致看出巖體
的變形特性。
一般說來，E ／M ＝１ ～１．３３，巖體屬彈性介質，較完
整；E ／M ＝１．３３ ～２．０，巖體屬準彈性介質，相對完整；
E ／M ＞２．０，巖體屬彈粘性介質，相對破碎。
從滾弄水電站巖體變形試驗成果可以看出，大部
分試驗點的E ／M 值均在１．３３ ～２．０ 之間，反映了試點
巖體多屬準彈性介質，巖體相對較完整，見圖３。
圖３　巖體變形模量M －彈性模量E 關系包絡線
將現場巖體變形試驗的同一點實測變形模量（M）
與彈性模量（E）值點繪于圖４ 中，其關系曲線可以近
似地按直線進行回歸處理，其大值平均值為E ＝
１．４ ＭＰａ，相關系數為０．９９２３；小值平均值為E ＝
１．２ ＭＰａ，相關系數為０．９９９；中值為E ＝１．３ ＭＰａ，相
關系數為０．９８３ ８。
從回歸結果來看，并結合現場地質條件與現場巖
體變形試驗結果，其巖體的E ／M 取中值１．３ 較為
圖４　巖體變形模量M －彈性模量E 關系曲線
適宜。
３．４　巖體變形模量的分類統(tǒng)計
滾弄水電站上壩址地層較單一，主要為二疊系下
統(tǒng)沙子坡組下段（Ｐ１ｓ１ ）的碳酸鹽巖地層，巖性包括白
云質灰?guī)r、灰質白云巖、灰?guī)r或灰?guī)r與白云質灰?guī)r互層
等，局部夾有薄層的炭質泥灰?guī)r。下壩址地層也較單
一，主要為二疊系下統(tǒng)沙子坡組第四層（Ｐ１ｓ４ ），中厚－
厚層狀白云質灰?guī)r， 巖層走向約Ｎ５５°～６５°Ｅ，
ＳＥ∠５５°～６５°。中壩址地層巖性較上、下壩址復雜，為
一套陸相或海陸交互相的碎屑巖沉積，且左右兩岸差
異較大；左岸有砂巖和巖屑角礫巖分布，右岸則以巖屑
角礫巖地層為主。由于１４ 點巖體變形試驗所處巖體
主要為上下壩址的白云質灰?guī)r及中壩址的角礫巖、砂
巖三大類，風化程度為弱風化、微新兩類，巖體結構類
型多樣，因而將試驗結果按巖性、風化程度進行分類整
理，求出不同結構類型巖體的變形模量及彈性模量的
算術平均值及小值，見表３。
４　巖體力學參數建議值及評價
根據試驗成果，經分析、整理，結合宏觀經驗判斷，
提出各類巖體的變形參數建議值。總體上，變形模量
以算術平均值為標準，根據工程類比及經驗判斷，并結
合滾弄水電站壩址區(qū)巖體的巖性、風化程度及類別進
行適當調整。采用試驗參數時，應充分了解每組試驗
點所在的試驗段地質情況的同時，須具體對照某一試
件的地質描述進行分析，結合具體的工程部位，通過合
理的工程類比，選擇正確、適用的巖石力學試驗參數。
滾弄水電站可行性研究階段進行的１４ 點巖體變
形試驗，所處巖體主要為上下壩址的白云質灰?guī)r及中
壩址的角礫巖、砂巖三大類，風化程度為弱風化、微新
兩類，巖體結構類型多樣，因而將試驗結果按巖性、風
化程度進行分類整理，并提出參數建議值，見表４。
１４
蘇智光，等：滾弄水電站巖體變形特性試驗研究２０１３ 年９ 月
表３　滾弄水電站巖體變形試驗（剛性承壓板法）分類統(tǒng)計成果表（按巖性、風化程度） ＧＰａ　
巖性風化程度結構類型壩址試點編號
變形模量M
單點值算術平均值小值
彈性模量E
單點值算術平均值小值
白云質
灰?guī)r
弱風化
鑲嵌碎裂結構 下壩址 Ｅ１１２ －１ ３．６６４ 薄層狀 上壩址 Ｅ１３２ －１ ５．３１１ ４．４８９ ４．８０９
７．０６１ ５．９３５ 微新風化
薄層狀
互層狀
上壩址Ｅ１３１ －２ １８．３６４ Ｅ１３２ －２ １５．６１０ ６．９８７ ２４．７０８
１９．３７５ ２２．０４２ 中厚層狀上壩址Ｅ１３１ －１ ３２．２２５ Ｅ１３４ －１ ３１．０１１ 厚層狀 下壩址 Ｅ１１１ －１ ２８．６９５ ３０．６４４ ２８．６９５ ４７．１０９
４０．８３３
３７．１３５
４１．６９２ ３８．９８４ 砂巖
弱風化
薄～互層狀
互層～中厚層狀
微新風化中厚層狀
角礫巖
弱風化
似完整鑲碎結構
中厚層～厚層狀
微新風化
厚層狀～
巨厚層狀
中壩址
Ｅ１２１ －１ ３．１０５倡 ５．２８２倡 Ｅ１２３ －１ １４．９５９ ２２．１２５ Ｅ１３０ －２ １９．８４１ ２７．０５０ Ｅ１２７ －１ １０．２７０ Ｅ１２４ －１ ４６．６７３倡 １０．２７０ １４．０４９
６０．７９１倡 １４．０４９ Ｅ１２２ －１ ３９．６６４ Ｅ１３０ －１ １３．０５８ ２６．３６１ ４７．２７６
１５．３０９ ３１．２９３ 注：帶倡號的值為試驗異常值，不參與計算。
表４　巖體變形模量參數建議值表ＧＰａ　
巖性風化程度結構類型點數
變形模量
范圍值平均值
彈性模量
范圍值平均值
變形模量
建議值
白云質
灰?guī)r
弱風化
鑲嵌碎裂結構１ 薄層狀結構 １ ３．６６４ ～５．３１１ ４．４８９ ４．８０９ ～７．０６１ ５．９３５ ２ ～４ 微新
薄層狀、互層狀結構 ２ １５．６１０ ～１８．３６４ １６．９８７ １９．３７５ ～２４．７０８ ２２．０４２ ６ ～１０ 中厚層狀、厚層狀結構 ３ ２８．６９５ ～３２．２２５ ３０．６４４ ３７．１３５ ～４７．１０９ ４１．６９２ １０ ～１５ 砂巖
弱風化 互層狀～中厚層狀 １ １４．９５９ ２２．１２５ ６ ～１０ 微新 中厚層狀 １ １９．８４１ ２７．０５０ １０ ～１５ 角礫巖
弱風化 似完整狀鑲嵌 １ １０．２７０ １４．０４９ ６ ～１０ 微新 厚層狀～巨厚層狀 ２ １３．０５８ ～３９．６６４ ２６．３６１ １５．３０９ ～４７．２７６ ３１．２９３ １０ ～１５ ５　結　語
（１）通過現場巖體變形試驗，獲得了滾弄水電站
上中下壩址區(qū)主要巖體的變形參數，基本反映了壩址
區(qū)的巖體變形特性。但在采用試驗參數時，應充分了
解試驗點地質情況，并結合相應部位地質特性，選取正
確、適用的巖石力學參數。
（２）滾弄水電站可行性研究階段現場巖體變形試
驗，上壩址及下壩址巖體主要為弱風化、微新風化白云
質灰?guī)r，其巖體結構類型多樣，７ 點試驗結果變化范圍
較大，變形模量在３．６６４ ～３２．２２５ ＧＰａ 之間，彈性模量
在４．８０９ ～４７．１０９ ＧＰａ 之間。中壩址巖體主要為弱風
化、微新風化的砂巖和角礫巖，巖體結構類型較多，其
砂巖類３ 點巖體變形試驗，變形模量在３．１０５ ～
１９．８４１ ＧＰａ 之間，彈性模量在５．２８２ ～２７．０５０ ＧＰａ 之
間；角礫巖４ 點巖體變形試驗，變形模量在１０．２７０ ～
４６．６７３ ＧＰａ 之間，彈性模量在１４．０４９ ～６０．７９１ ＧＰａ 之
間。巖體的Ｅ／Ｍ 值一般在１．１７ ～１．７０ 之間，大部分
在１．３０ 左右，表明巖體多屬準彈性介質。
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