维普资讯 http://www.cqvip.com 第ｌ２卷第２期 地质力学学报 Ｖｏ１．１２ Ｎｏ．２ ２ ０ ０ ６年６月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＧＥＯＭＥＣＨＡＮＩＣＳ Ｊｕｎ．２００ ６ 文章编号：１００６．６６１６（２００６）０２．０１９１．０６ 辽宁浦石河抽水蓄能电站地应力测量研究 吴满路。，李国俊 ，廖椿庭。，董 诚。 （１．中国地质科学院地质力学研究所，北京１０００８１；２．浙江省第十一地质大队，温州３２５００６） 摘 要：为了解浦石河抽水蓄能电站枢纽区现今应力状态，采用空心包体应力计在 探洞内进行了地应力测量。共布设５个地应力测点，每个测点都进行了多次测量， 采用最小二乘法对５个测点测量结果进行分别计算和综合计算。测量结果表明：最 大主应力近于水平，方向为Ｎ７９。Ｗ，应力量值为７．１ＭＰａ；各测点不同测段测量结 果有一定偏差，这主要是由于不同部位岩体构造条件所致，随着测量次数增多，最 大主应力优势方向还是比较明显的。最后根据实测结果对电站枢纽区现今应力作用 特征进行了分析，并对工程设计提出了建议。 关键词：浦石河蓄能电站；空心包体应力计；地应力测量 中图分类号：ＴＵ４５９ ．４ 文献标识码：Ａ ０ 引言 辽宁浦石河抽水蓄能电站位于宽甸甸镇，距丹东市约４０公里。下水库位于鸭绿江 右岸支流蒲石河下游的小孤山村王家街，上水库位于东洋河村泉眼沟沟首。上下水库相对高 差约３ＯＯｍ，设计装机容量为１２０万ｋＷ。该电站是东北电网的主要调峰电站。 电站采用地下厂房方案，地下厂房枢纽由厂房、主变洞、尾水调压洞等组成的地下洞室 群。地下厂房位于荒草沟右侧第一条ＮＥＥ向冲沟沟尾处，在该山体中，目前已开挖勘探平 洞，为了解厂房区地应力状态，在现场进行了地应力测量工作。采用ＫＸ．８１型空芯包体式三 轴地应力计进行测量。 １ 地质构造概况 本站址区在地质构造上位于天山一阴山ＥＷ向构造带的绥中一宽甸构造带与新华夏系的 暖河子一丹东断裂带的交接复合部位。区内褶皱断裂较发育，新构造运动明显。其中距站址 区较近、规模较大的断裂有鸭绿江断裂、暖河断裂和桦树甸断裂。 鸭绿江断裂是辽东地区规模最大的一条断裂，断裂在距坝址区约７～１０ｋｍ的东南端的东 道岭一带通过。断裂系由多条平行展布的断裂组成，破碎带宽８０～１００ｍ，带内有破碎岩、 收稿日期：２００６．０１－０６ 作者简介：吴满路（１９６８．），男，硕士，副研究员，主要从事地应力测量、岩石力学和区域地壳稳定性方面的研究工 作 Ｅ．ｍａｉｌ：ｗｕｍａｎｌｕ＠１２６．ｃｏｍ 维普资讯 http://www.cqvip.com １９２ 地质 力 学 学报 糜棱岩和断层泥，发育挤压片理和扁豆体，属压扭性断裂。桦树甸断裂和暖河断裂，规模不 大，活动性不明显。 站址区地质构造简单。延人站址区的桦树甸断裂晚更新世以来没有活动，邻近站址区的 鸭绿江断裂此段晚更新世以来活动性不明显。站址区距地震危险区大于５０ｋｍ，为地震少发 区。构造活动不明显，地震基本烈度小于Ⅵ度。 厂房区上覆岩体厚１８０～２５０ｍ，岩性主要为早元古代混合花岗岩，后期穿插有闪长玢岩 岩脉，岩石新鲜坚硬，节理裂隙较发育。 ２ 地下厂房原岩现今地应力测量 ２．１地应力测量方法 目前，国内外地应力测量方法较多…，采用较多的是套芯应力解除法。该方法广泛应用 于水电、矿山以及隧道等工程领域 。 ，对指导工程建设起到了重要作用。 本次测量采用ＫＸ一８１型空心包体式三轴应力计进行套芯应力解除。该方法是单孑Ｌ测量三 维应力状态的方法，具有测量精度高、操作简便等优点 ｓ 。 套芯应力解除法的过程是：在测点处打 １３０ｍｍ钻孑Ｌ，钻至一定深度，再打￣３６ｍｍ测 量小孑Ｌ，把测量探头安装在小孑Ｌ中。探头导线穿过钻杆与孑Ｌ外仪器相接，再用￣１３０ｍｍ口径 钻头同心钻进，开挖应力解除槽。随着应力解除槽的加深，岩芯逐渐与外围应力场隔离，岩 芯发生弹性恢复，仪器测值随着发生变化。开挖应力解除槽前后仪器读数差值即为所要测量 的解除读数值。 ２．２测点选择 地应力测试工作是在地下厂房所在的２号探洞内进行的（测点埋深约２００ｍ），目的是了 解地下厂房区围岩体应力状态，为设计施工提供依据。地应力测点的布设原则是：尽量避开 断层、节理裂隙带以及巷道弯、拐、叉等应力集中部位；为测得岩体中原岩应力状态，测点 深度应超过工程开挖所产生的岩体松动圈，一般为１．５洞径以上；选择在完整岩体中进行测 量，这样在解除过程中，岩体的弹性恢复带动应变片变形才能被正确反映，数据才准确可 靠。 本次应力测量共选择了５个测点，具体布设位置如图１。 第一测点（Ｄ１）： 距探洞交叉点中点水平距离１８ｍ。近于水平钻孑Ｌ，钻孑Ｌ方位角１０５。，上倾５。。岩性为混 合花岗岩，岩石坚硬，可钻性差，但岩芯采取率高。第一次测量由于岩芯中微裂隙影响，解 除过程中数据跳动大，钻进至３３ｅｍ时，岩芯断。这次解除没有取得可靠数据。 第二次和第三次解除测量在闪长玢岩岩脉中进行。解除进尺平稳，数据变化正常，取出 两段完整岩芯。由于岩芯外径偏小，可能对率定试验产生一些影响。 第二测点（Ｄ２）： 距探洞交叉点中点水平距离８５ｍ。近于水平钻孑Ｌ，钻孑Ｌ方位角１０１。，上倾５。，岩性为混 合花岗岩。该点共进行了两次解除测量，均取得了较可靠的测量数据。对带有探头的岩芯进 行率定，压力未加到位，岩芯中的微裂隙就已经张开，两次率定均未取得试验数据，计算所 需的弹性模量和泊松比参数只能参照附近相同岩性测点数据选取。 第三测点（Ｄ３）： 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 吴满路等：辽宁浦石河抽水蓄能电站地应力测量研究 １９３ 距探洞交叉点中点水平距离 １７５ｍ。近于水平钻孔，钻孔方位角 １１。，上倾４。。岩性为混合花岗岩，微 裂隙发育，但胶结较好。该点共进行 两次测量，取出了两段完整岩心，解 除数据和率定数据均较好。 第四测点（Ｄ４）： 距探洞交叉点中点水平距离３６ｍ。 近于水平钻孔，钻孔方位角１０２。，上 倾３。，岩性为？昆合花岗岩。共进行三 次测量，第三次解除测量未取得可靠 图１ 浦石河电站探洞平巷地应力测点分布示意图 数据，第一和第二次测量取得了较可 Ｆｉｇ．１ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓｉｔｅｓ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ｄｒｉｔｆｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｐｕｓｈｉｈｅ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ 靠解除数据。但由于微裂隙张开，第 一和第二次解除率定试验无法进行，同样只能参照选取弹性模量和泊松比参数。 第五测点（Ｄ５）： 距探洞交叉点中点水平距离６３ｍ。近于水平钻孔，钻孔方位角ｌ２。，上倾６。，岩性为混 合花岗岩。该点共进行两次测量，取出了两段近４０ｃｍ长完整岩心，岩芯中发育有微裂隙， 但胶结较好。解除数据和率定数据均较好。上述各测点测量结果见表１。 表１ 浦石河抽水蓄能电站地应力测量结果一览表 Ｔａｂｌｅ １ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｐｕｓｈｉｈｅ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ 维普资讯 http://www.cqvip.com ｌ９４ ２．３测量结果 地质 力 学 学３５０ 报 解除过程中，通常每钻进３ｃｍ存储一次数 ３００ 据，最后作出仪器读数随钻进深度变化的应力 ： 解除曲线，该曲线是判断原始资料可靠程度的 ｎ 重要依据之一。套芯解除工作结束后，取出带壬１００ 有测量探头韵完整岩芯，进行围压率定试验，筒 作出仪器读数随压力变化的率定曲线，该曲线 可判断探头中各应变片是否处于正常工作状 解除深度／ｃｍ 态。从率定结果可以求出岩石的弹性模量和泊 松比。限于篇幅，仅给出第二测点第一次解除 曲线和第一测点第二次解除率定曲线（图２、 图３）。 图２ 第二测点第一次解除曲线 Ｆｉｇ．２ Ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｓｔｒｅｓｓ ｒｅｌｅａｓｅ ａｔ ｓｉｔｅ Ｎｏ．２ ｌ００ ０ １００ 在５个测点测量过程中，大部分测点解除 测量过程都比较正常，并能取出完整岩芯，只 有第二和第四测点未取得率定数据，只能参考 多次测量，以保证获得足够多的数据，以便进 行统计处理分析，尽量减少测量误差 。 ２００ ３００ ４００ 其它相同岩性测点数据。通常在每个测点进行型 岩心上的围压／ＭＰａ 图３ 第一测点第二次解除率定曲线 Ｆｉｇ．３ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇ ｃＨｉｖｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｒｅｌｅａｓｅ ａｔ ｓｉｔｅ Ｎｏ．１ 为了解每个测点的应力状态，作者对每个 测点的两次解除都分别进行了计算，求出应力 椭球。在此基础上，还对 表２各测点应力分量表 Ｔａｂｌｅ ２ Ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｔ ｖａｒｉｏｕｓ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓｉｔｅｓ 每个测点的两次解除进行 了综合计算处理，给出每 个测点的综合应力状态。 在了解各部位应力状态分 布的基础上，为了便于了 解整个地下厂房区总体应 力状态，对５个测点数据 进行了综合处理，求出应 力椭球，同时给出了根据 该应力椭球求出的各法线方向截面应力椭园（图４）。此外，给出了各测点综合计算的应力 分量（表２）。通过５个测点综合计算得出的最大主应力方向为ＮＷＷ向，这个近于ＥＷ向的 主应力方向与我国东部地区的区域构造应力场方向【 比较一致。 ３ 结论 通过本次测试工作，对地下厂房区原岩现今应力状态有了一定了解。综合各部位测点测 量结果，得出结论概括如下： （１）各个测点应力量值大都在几个兆帕，在埋深几百米的深度，这个应力量值并不大， 与国内外应力实测结果比较，属于中等偏低水平。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 吴满路等：辽宁浦石河抽水蓄能电站地应力测量研究 １９５ Ｎ１０。Ｅ Ｎ２Ｏ。Ｅ Ｎ３０。Ｅ Ｎ４０。Ｅ ＥＷ Ｎ８０。Ｗ Ｎ７０。Ｗ Ｎ６０。Ｗ Ｎ５Ｏ。Ｗ Ｎ４０。Ｗ Ｎ３０。Ｗ Ｎ２０。Ｗ Ｎ１０。Ｗ ＳＮ 水甲面 图４ 不同法线方向各截面应力椭圆 Ｆｉｇ．４ Ｐｌａｎｅ ｓｔｒｅｓｓ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ｓｔｒｅｓｓ ｅｌｌｉｐｓｏｉｄｓ （２）反映空间应力状态的三个主应力值相差不大，应力椭球体比较均匀，剪应力值较 小，最大剪应力值一般在２ＭＰａ以内，其最大值也不超过４ＭＰａ，这种应力状态对工程稳定有 利。 （３）应力椭球体长轴与水平面夹角比较小，表明水平构造应力的主导性，而不是垂直应 力为主导。 （４）上覆岩层垂重通常按 Ｈ来计算，岩石的容重为２．７ｇ／ｃｍ３，上覆岩层厚度约为２００～ ２５０ｍ，这样计算出来的垂直应力为５．４～６．７ＭＰａ，而实测的垂直应力基本在４ ＭＰａ以下，这 对工程围岩体稳定有利。 （５）根据５个实测点综合应力椭球体分别求出不同法线方向各截面应力椭园。可以看 出，各截面的应力状态有所不同，但在最大主应力方向附近，各截面应力值比较均匀，且数 值较小，这表明在最大主应力方向左右较大范围内，选取地下厂房轴线都是可行的。此外， 还需综合考虑围岩工程地质条件和工程布置条件，达到稳定性好、经济效益高的综合选址目 的。 （６）从表ｌ可以看出，各测点的不同次测量结果有一定偏差，这主要是由于现场岩体岩 石条件和构造条件所引起的，但随着测量次数的增多，通过对数据统计处理，误差就会减 小。 （７）综合各个测点得出的最大主应力方向为Ｎ７９。Ｗ。 维普资讯 http://www.cqvip.com １９６ 地质 力 学 学报 ２ｏｏ６ 致谢：本次测量工作得到水利部、能源部、东北勘测设计研究院和地质力学所科研人员 和施工设备等方面所给予了大力协助，在此一并致谢。 ； ５ ６ ７ ８ ９ ｉｊ 参 考 文 献 刘允芳，罗超文，龚壁新，等．岩体地应力与工程建设［Ｍ］．武汉：湖北科学技术出版社，２０００． 吴满路，廖椿庭．大茅隧道地应力测量及围岩体稳定性研究［Ｊ］．地质力学学报，２０００，６（２）：７Ｉ～７６ 董诚，王连捷，杨小聪，等．安庆铜矿地应力测量［Ｊ］．地质力学学报，２００１，７（３）：２５９～２６４． 廖椿庭，吴满路，张春山，等．青藏高原昆仑山和羊八井现今地应力测量及其工程意义［Ｍ］．地球学报，２００２， ２３（４）：３５３～３５８． 刘允芳，尹健民，刘元坤．下坂地水利枢纽地应力测量与研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００４，２３（２）： ２４２～２４６． 李化敏，周英，苏承东，等．砚北煤矿地应力测量及其特征分析［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００４．２３（２３）： ３９３８～３９４２． 吴满路，张春山，廖椿庭，等．青藏高原腹地现今地应力测量与应力状态研究［Ｊ］．地球物理学报，２００５，４８ （２）：３２７—３３２． 王连捷，潘立宙，廖椿庭，等．地应力测量及其在工程中的应用［Ｍ］．北京：地质出版社，１９９１，８２ ＩＯＩ． 杨小聪，王连捷．地应力测量的误差处理及精度评定［Ｊ］．地质力学学报，２０００，６（２）：５３ ６３． 谢富仁，陈群策，崔效锋，等．中国地壳应力环境研究［Ｍ］．北京：地质出版社，２００３，３９～４８． ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳ ｏＦ ＩＮ—ＳＩＴＵ ＳＴＲＥＳＳ ＩＮ ＴＨＥ ＰＵＳＨＩＨＥ ＨＹＤＲｏＰｏＷＥＲ ＳＴＡＴＩｏＮ．ＬＩＡｏＮＩＮＧ ＷＵ Ｍａｎ－ｌｕ’，ＬＩ Ｇｕｏ—ｊｕｎ ，ＬＩＡＯ Ｃｈｕｎ．ｔｉｎｇ’，ＤＯＮＧ Ｃｈｅｎｇ’ ，ｌｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ｗｅｎｚｈｏｕ ３２５００６，Ｃｈｉａ）ｎ （Ｉ．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＧｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆ‰ 衄ｚ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎｏ ＩＩ Ｇｅｏｌｏｇｙ Ｐａｒｔｙ，蛳Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ‘ｓｉｔｕ ｓｔｒｅｓｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ｉｎ ａ ｓｕｒｖｅｙ ｔｕｎｎｅｌ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｈｏｌｌｏｗ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ ｓｔｒｅｓｓ ｇａｕｇｅ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｇａｉｎ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｔｒｅｓｓ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｕｓｈｉｈｅ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ．Ａ ｔｏｔａｌ ｏｆ ｉｖｅ ｉｆｎ・－ｓｉｔｕ ｓｔｒｅｓｓ—－ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓｉｔｅｓ ｗｅｒｅ ｄｅｐｌｏｙｅｄ ａｎｄ ｍａｎｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ａｔ ｅａｃｈ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓｉｔｅｓ．Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｆｉｖｅ ｓｉｔｅｓ ｗｅｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ：ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ｎｅａｒｌｙ ｈｏｒｉｚｏｎｔｌ ａｎｄ ｏｒａｉｅｎｔｅｄ ｉｎ ａ Ｎ７９。Ｗ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．ｗｉｔｈ ａ ｓｔｒｅｓｓ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ ｏｆ ７１ ＭＰａ．Ａｌｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ．ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｅｇｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓｉｔｅｓ ｓｈｏｗ ｃｅｒｔａｉｎ ｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ ｍａｉｎｌｙ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｒｏｃｋ ｍａｓｓｅｓ ａｔ ｄｉｉｆｅｒｅｎｔ ｓｉｔｅｓ，ｔｈｅ ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｈｉｎｇｅ ａｒｅａ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｐｕｓｈｉｈｅ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ；ｈｏｌｌｏｗ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ ｓｔｒｅｓｓ ｇａｕｇｅ；ｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
