Z??

1.1岩体质量指标计算公式及方法：

Z分类法是由谷德振等人于1979年提出,他在基于岩体的完整性系数, 结构面抗剪强度系数,岩块坚强性系数决定了岩体质量的优劣程度的认识上作为判据,其表达式为:

Z=I·f·R 乘积法（串联系统）

1.2参数：

I─完整性系数，I=V2m/V2r Vm─岩体中纵波速 Vr─岩石中纵波速f─结构面抗剪强度系数

R─岩石坚固系数(为岩石湿单轴抗压强度的百分之一)

1.3等级划分：

Z的变化范围为0.01-20

2.1 修正Z系统简介

修正Z系统是将挪威Palmstr¨om等人于1995年提出RMi(Rock Mass index)法与谷德振等人于1979年提出Z系统有效地结合起来,即用RMi法中的节理参数JP代替Z系统中的岩体结构系数T同时引进JP值的精确计算法,从而得到修正Z系统中[Z]的表达式为:

*Z+=R·JP·KV·ωk(3)

式中:R、T、KV、ωk与谷德振等人提出Z分类法中的各参数意义相近;节理参数JP由岩体节理体积因子Vb和节理状态因子jC获得,即

JP=Vb·jC (3)

根据式(2)求得的[Z]值,按Z系统中岩体质量指标Z值分级区间,仍将工

程岩体划分为5级。

2.2 节理体积参数Vb取值

对于主要三组节理之间夹角分别为λ1、λ2和λ3的岩体 的节理体积参数由下式计算:

Vb=β×Jv-31sinλ1×sinλ2×sinλ3(4)

式中:β———岩石的几何外形因子,其估算值表达式为:

β=20+7α3/α1(5)

其中α1和α3分别为岩块几何形状最长和最短。

Vb=β×Jv-3(6)

式(4)中为岩体体积节理数,可按下式精确求取:

Jv=Na×ka (7)

各项因子的取值依据。 Na=(1/ A)∑(nαi×Li)+Nαi(8)

式中:nαi———第i条未延伸出某测面节理长度;Nαi———延伸出该测面的节理数目;A———该测面的面积; ka———1~1.25之间的关联因子,取平均值ka= 1.5,当测面与主节理面时取最大值ka= 2.5。

2.3 节理状态参数jC取值

式中jC由节理长度系数就jL、节理粗糙系数jR和节理蚀变系数jA获取,其表达式为:

jC=jL×jR/jA (9)

式(9)中所涉及的各种参数在参照谷德振等人提出的Z分类法中相关参数取值基础上,并作了某些必要的改进而获得。

3 工程应用

拟建水电站位于金沙江下游河段,水库正常蓄水位为820 m,总库容188亿m3,初定坝型为混凝土双曲拱坝,最大坝高275 m,装机容量12 000 MW。坝区主要出露地层有:二叠系峨眉山玄武岩(P2β);下伏二叠系下统灰岩;上覆三叠系下统飞仙关组砂页岩。第四系松散堆积物主要分布于河床,阶地及缓坡台地上。岩性主要由微晶~隐晶玄武岩、杏仁玄武岩和变玄武质角砾熔岩等玄武岩和凝灰岩组成。其中,玄武岩中存在由缓倾角的层间、层内错动带和陡倾角的断层、玄武岩柱状节理、裂隙构成的复杂岩体结构体系,它们之间的交切组合关系控制着坝区岩体结构的基本状况。

3.1 岩石单轴抗压强度R提取

与其它工程岩体质量分级体系类似,修正Z系统中岩体的工程质量好坏也主要取决于岩体强度大小。本次主要对水电站坝址区重要工程部位的两个勘探平硐(PD36,PD38)揭露对的岩体作初步分析,各平硐基本情况如表1所示。

表1 勘探平硐情况简表

编号位置高程/m硐向构造岩性

PD36左岸拱坝 675.7 N85°W101 m处,层以隐晶—微晶玄武

中拱轴勘线内错动带Sh7岩为主,柱状节理硐深 PD38右岸拱坝中733.9 N88°E93 m处,断层32.5~45.0 m,

拱轴勘线F38-188.5~111.5 m为微晶—隐晶玄武岩;其余

为杏仁玄武岩

研究中对PD38采用现场点荷载试验和回弹测试试验,将两种方测试结果作一元二次回归分析,得到岩石单轴湿抗压强度和回弹值相关性方程。

Y=0.0517X2-2.7406X+123.86 (10)

由于试验中影响两种测试结果准确性的因素较多,因此其相关性系数较小(r= 0.747 1)。尽管如此,对于大型水电工程的某些非重要性工程部位的勘探平硐岩体的初步分级仍然比较适用。

3.2 基于VB语言的系统开发

介于修正Z系统岩体质量分级法涉及诸多数值计算,因此,在熟悉该法提出的各种数算表达式意义的基础上,应用Visual Basic语言开发了水电站工程岩体质量分级系统。该系统不仅能在掌握大量准确而丰富现场地质资料的基础上较为方便地计算坝区岩体修正Z系统值,还能用基于水电围岩分类法、工程岩体分级标准(GB50218-94)和Z分类法的各种岩体质量评分值,可以更方便地比较不同分级分类方法之间的差异性,从而更好地为水电站工程实践服务。

3.3 结果分析

在拥有大量扎实可靠的现场地质勘察资料的基础上,应用不同的工程岩体分级分类方案对该水电站拱坝中拱轴部位的勘探Ⅰ线左右岸不同高程的两个勘探平硐进行岩体质量分级研究,其分析结果如表3所示。由表中分级结果可知:修正Z系统计算结果较为接近工程

岩体分级标准(GB50218-94)分级结果。但与之不同的式修正Z系统涉 及更多较为精确的客观数值计算,从而使工程岩体分级分类不再是主要依靠经验丰富的岩土工程师现场主观判断。

表3 不同岩体质量分级分类法计算结果对比表

编号硐深/m 9~1119~21 29~3139~4149~51 59~6169~7179~81~91 99~100 109~111 119~121

[BQ]值295.96 354.46 392.41428.768 444.576 460.384 476.192 492 592.328566.35588.72

国标分级ⅣⅢⅢⅢⅢⅡⅡⅡⅠⅢⅠⅠPD36Z值3.07 5.87 5.62 6. 11.52 10.42 15.75 3.56 18.65 21.5 Z分级ⅢⅢⅢⅢⅡⅡⅡⅢⅡⅡ

[Z]值0.98 5.02 6.567.06 15.6 19.82 35.6235.62 39.56 [Z]分级ⅣⅢⅢⅢⅡⅡⅡⅡⅡ

[BQ]值325.6 356.8 388 379.5 375.2 3.8 384.88 455.3破碎带582. 585.49 566.8 国标分级ⅣⅣⅢⅢⅢⅢⅢⅡⅠⅠⅠ

Z值1.3 7.07 7.02 6. 6.51 6.32 5.59 30.55 27.15 19.87

PD38Z分级ⅢⅢⅢⅢⅢⅢⅢⅡⅡⅡ

[Z]值0.62 6.02 5.27 5.36 4.98 6.58 39.53 42.25 40.38 [Z]分级ⅣⅢⅢⅢⅢⅢⅡⅠⅡ